Capteur de force piézoélectrique: 5 règles d'or pour l'installation et le montage
Les capteurs de force piézoélectriques impressionnent par leur niveau élevé de fiabilité et de flexibilité. L’installation et le fonctionnement sont simples. Mais, comme avec toutes les technologies, les dispositions suivantes s'appliquent également ici: Afin de garantir une précision de mesure maximale avec une sécurité d'exploitation élevée, certaines règles doivent être prises en compte. Nous avons réuni, dans ce document, cinq points importants sur la manipulation des capteurs de force piézoélectriques.
Les capteurs de force piézoélectriques offrent de nombreux avantages pour des applications en milieu industriel:
- les capteurs piézoélectriques sont extraordinairement compacts
- les chaînes de mesure piézoélectriques, si elles sont bien définies, démontrent une capacité de surcharge extrêmement élevée avec des déplacements du corps d’épreuve négligeable
- Il en résulte une très grande rigidité et donc d'excellentes propriétés dynamiques.
1. Est-ce qu’une contrainte initiale est nécessaire?
HBM propose deux conceptions différentes de capteurs de force piézoélectriques :
Les rondelles de force CFW et les capteurs de force CFT.
Les capteurs de force CFT sont étalonnés et livrés avec un certificat d’essais. Comme ces capteurs de force sont déjà précontraints en interne, ils sont adaptés à une application immédiate. Une nouvelle calibration de la chaîne de mesure n'est pas nécessaire.
Les rondelles de force CFW sont de conception nettement plus plates et ne sont pas précontraintes. Une précontrainte est donc nécessaire lors du montage.
Ces capteurs doivent être alors étalonnés dans leurs conditions de montage.
La précontrainte de la rondelle de force est nécessaire pour assurer la linéarité et la durabilité structurelle du capteur.
Cette précontrainte signifie qu'un autre élément mécanique doit être monté parallèlement à la rondelle de force.
Nous préconisons que la rondelle de force soit précontrainte en effort à au moins 10% de sa valeur nominale. La rondelle de force, elle-même, peut être utilisée pour déterminer la contrainte initiale.
Une partie de la force de mesure est maintenant introduite à travers l'élément de précontrainte. La précontrainte et la force de dérivation sont déterminées par la situation de montage. Il est donc nécessaire d’étalonner les rondelles de force après que le montage soit terminé, il s’agit de comparer le signal de sortie du capteur avec une force connue. La précision des résultats de mesure dépend ici essentiellement de la précision de l'étalonnage.
2. Augmentez la qualité de votre signal de sortie
La sortie de charge du capteur piézoélectrique est convertie en une tension directement proportionnelle au moyen d'un amplificateur de charge.
Les capteurs piézoélectriques sont parfaits pour les mesures dynamiques. La dérice générée par les chaînes de mesure piézoélectriques est si faible qu'elle n'affecte pas la précision même si les exigences sont élevées.
Schéma de principe d'un amplificateur de charge
La dérive est un effet de l’amplificateur de charge. Les capteurs eux-mêmes ne présentent pas de dérive si le montage et le raccordement sont correctement effectués. La dérive maximum d'une chaîne de mesure est de 0,1 pC / s ou 25 mN / s si le quartz est utilisé comme matériau pour l’élément sensible et 13 mN / s si on utilise du phosphate de gallium.l.
Afin de parvenir à une dérive inférieure, veuillez noter les deux points suivants:
1. Rodage du comportement de l'amplificateur de charge
L'amplificateur de charge devrait fonctionner au moins une heure avant le début des mesures.
2. Propreté des connexions
Si la résistance d'isolement du câble entre le capteur et amplificateur de charge est trop faible, la chaîne de mesure dérivera comme la charge se déchargera via la résistance d'isolement trop faible. Afin de maintenir la dérive de la chaîne de mesure piézoélectrique basse, toutes les connecteurs et prises doivent être maintenus propres tout le temps.
Veuillez aussi vous assurer de ne pas toucher les surfaces de contact avec la main car cela réduit la résistance d'isolement requise.
Nous recommandons également que les capuchons de protection (fournis à la livraison) doivent être laissés sur les prises des capteurs et amplificateurs de charge jusqu'à ce que le capteur et l’amplificateur de charge soient raccordés. Lorsque les connexions sont déconnectées, les capuchons de protection doivent être vissés à nouveau.
Les capteurs piézoélectriques doivent être reliés à un amplificateur de charge par un câble coaxial de haute qualité, pour cela HBM propose le câble 1-KAB143 / 3. Ce câble ne peut pas être réparé, il doit être remplacé s'il est endommagé.
Si la chaîne de mesure est toujours en fonctionnement avec son câble connecté ou si les capteurs sont toujours stockés avec les bouchons de protection, alors la contamination des surfaces de contact ne peut généralement pas se produire.
3. Nettoyez les connecteurs souillés
Si toutefois, malgré tous les soins apportés, les connecteurs sont contaminés, ils peuvent être nettoyés de la manière suivante:
- Tout d'abord, dévissez la douille
- Essuyez à sec les surfaces blanches de la douille avec un tampon de nettoyage (par exemple, avec le produit HBM référence 1-8402.0026)
- Pulvérisez sur la prise de l’ isopropanol pur (par exemple: IPA200 de RS Components)
- Nettoyez à nouveau avec un nouveau tampon de nettoyage
Le câble ne peut pas être nettoyé, cela veut dire que s’il est contaminé, il doit être remplacé.
Le produit de nettoyage RMS1, qui est couramment utilisé pour le nettoyage des surfaces de collage des jauges de contraintes, n'est pas adapté pour le nettoyage des capteurs piézoélectriques.
4. Optimisez l'environnement de la force de mesure
Influence de la température du transducteur sur la courbe caractéristique:
L’influence de la température sur la sensibilité du capteur est très faible de l’ordre de 0,2% / 10K, elle est négligeable pour la plupart des applications.
Les changements de température conduisent à des contraintes thermiques. En outre, le module E des éléments de précontrainte dépend de la température.
Il est important que le signal de sortie ne change que dans le cas d'une modification de la température. Dans les états statiques, une charge n’est pas produite et il n'y a aucune influence des variations de température sur la mesure.
Les effets de la température peuvent être réduits s’il est avéré que
- Le capteur est suffisamment présent en temps à la température d'application
- Le capteur n'est pas touché avant la mesure même rapidement car la chaleur de la main peut échauffer les capteurs de manière inégale
- Une remise à zéro est effectuée après chaque cycle de mesure.
L’influence due à la dérive et aux changements de température est extrêmement faible, en particulier avec des temps de mesure dans la gamme de la minute et avec des forces plus importantes et donc n’a pas d’action sur les précisions appropriées en mesure.
5. Notez les limites de charge
Dans les capteurs de force piézoélectriques, le cristal se trouve dans la ligne directe de la force. Les éléments de mesure (quartz ou GaPO4) sont conçus pour chaque capteur à la charge normale maximum.
Appliquer des moments de flexion peuvent conduire à une surcharge du capteur parce que le cristal n’est plus fortement chargée d'un côté et en revanche la charge est plus élevée de l'autre côté.
La contrainte mécanique maximale est calculée à partir de l'addition des contraintes occasionnées par le moment de flexion dans le cristal et la charge de contrainte des forces à mesurer. La surface de pression maximale autorisée ne doit pas être dépassée en aucun cas.
Comme le signal de sortie ne dépend pas de la valeur nominale de force des capteurs piézoélectriques, il est possible de sélectionner des capteurs ayant une force bien supérieure à la force nominale afin d'éviter une surcharge dans de tels cas. Le schéma suivant montre les moments de flexion maximum admissibles, en fonction de la force du processus. Le moment de flexion admissible maximum peut être accepté par la rondelle de force à 50% de la charge.
Si le moment de flexion est généré par une force agissant sur le côté, une force latérale est également produite réduisant les valeurs maximales.
L'erreur de mesure causée par le moment de flexion est faible, comme la contrainte plus élevée du matériau sur le coté est compensée par la diminution du la contrainte de l'autre côté.
Si une rondelle de force piézoélectrique (1-CFW/50kN) est chargée avec un moment de flexion de 100 Nm, ce qui produit un signal de sortie de -2.3N. Veuillez noter la force latérale maximale selon la fiche technique.
Sélection des composants
Une chaîne de mesure piézoélectrique se compose du capteur, de l’amplificateur de charge et du câble de raccordement.
Si la force maximale à mesurer est connue, un amplificateur analogique de charge adapté de la série CMA peut être choisi.
Les gammes de mesure sont choisis librement avec les amplificateurs de charge numériques CMD600 de HBM . En outre, le CMD600 offre bien d’autres fonctions, par exemple, une bande graduée, un stockage de la valeur mesurée, valeurs crêtes / valeurs limites, des gammes de mesure automatiques (fonction «Sensorteach").
Le capteur peut être conçu en fonction de la surcharge maximale et les exigences géométriques comme le signal de sortie ne dépend pas de la charge nominale.
Le CMD600 peut couvrir toutes les gammes de mesure, le choix spécifique n'est pas nécessaire.
En savoir plus sur la echnique de mesure piézoélectrique PACEline de HBM:
