Câbles de raccordement pour capteurs à jauges de contrainte – Que faut-il prendre en considération ?

Les câbles de signaux utilisés pour connecter les capteurs à jauges de contrainte à un module amplificateur doivent répondre à de nombreuses exigences différentes. Le succès d’une mesure et la fiabilité des machines à commande électrique dépendent également du câble choisi. Lorsque vous prévoyez une installation, il vaut donc la peine de se demander quel capteur choisir et utiliser, même si cela semble, a priori, moins important que la question de savoir comment définir l’incertitude de mesure ou comment sélectionner les interfaces appropriées.

Quelle est la différence entre les cordons de mesure et les câbles électriques traditionnels ?

Pour répondre à cette question, commençons par considérer l’ordre de grandeur de la tension de sortie des capteurs à jauges de contrainte.

Un signal de sortie de capteur à jauges de contrainte est envoyé dans mV/V. HBK propose des capteurs de forces qui, en fonction de leur conception, produisent des signaux de sortie compris entre 0,5 mV/V et plus de 4 mV/V si ces signaux sont chargés avec leur force nominale (estimée).

Si, par exemple, une force de 250 000 N est appliquée, l’U10F/250KN a un signal de sortie de 2 mV/V. Les capteurs de force fonctionnent généralement avec une tension d’excitation (tension d’alimentation) de 5 V. Cela signifie qu’à la force nominale, une tension de sortie de 10 mV est disponible, que les amplificateurs modernes peuvent facilement résoudre en plus de 500 000 chiffres. Un chiffre correspond à un changement de tension de 0,02 µV ou 0,5 N. Le défi consiste à transmettre ce changement du capteur à l’amplificateur de mesure sans perte ou interférence. Les câbles de signaux doivent donc satisfaire les exigences suivantes :

  • Blindage étendu et très efficace pour garantir la sécurité, même dans des environnements EMC critiques.
  • Faibles capacitances et résistances de ligne. À défaut, un élément RC est créé dans le câble. Cet élément peut provoquer des déphasages et erreurs de grandeur lors de mesures rapides, et peut agir comme un filtre indésirable.
  • Symétrie capacitive des fils (les différentes paires de fils doivent présenter des capacitances identiques) afin d’éviter les influences indésirables lors de l’utilisation d’amplificateurs de mesure de la fréquence porteuse.
  • Symétrie géométrique élevée pour compenser les influences électromagnétiques et capacitives.

Les câbles de signaux à jauges de contrainte comprennent chacun quatre (ou six) fils séparés (voir illustrations). La capacitance entre les fils des câbles dépend de la conception et de la longueur du câble. Toutes les capacitances seront, idéalement, identiques et aussi faibles que possible. Les couleurs des fils sont conformes à la norme de HBK. Le bleu et le noir alimentent le circuit de la jauge de contrainte avec la tension d’excitation tandis que le signal de mesure, disponible sur les fils rouge et blanc, est amplifié et évalué.

Pour répondre à toutes les exigences susmentionnées, nous conseillons généralement d’utiliser des câbles conçus pour les mesures à jauges de contrainte.

Pourquoi différents types de câbles ?

Les aspects précités ne couvrent que quelques-unes des exigences requises pour les câbles de signaux – autrement dit les prérequis purement métrologiques.

Concrètement, de nombreuses fonctionnalités supplémentaires sont nécessaires, comme l’adaptation aux chaînes porteuses, une meilleure résistance à la température ou des mesures de très grande précision. Aucun câble ne peut satisfaire toutes ces exigences simultanément.

La gamme standard d’accessoires pour transducteurs de force de HBK propose ainsi trois types de câbles qui répondent aux différentes exigences.

Le câble de type 131, dont l’épaisseur est inférieure à 4 mm, convient bien pour les environnements difficiles, notamment les chaînes porteuses. Son diamètre réduit est très avantageux sur le plan mécanique, mais il implique des capacitances et résistances de ligne supérieures. Ce câble n’est donc pas recommandable pour des fréquences porteuses élevées (4,8 kHz) combinées à des longueurs de lignes importantes. L’utilisation pour des mesures très rapides n’est par ailleurs conseillée que si le câble est court (moins de 10 m).

Les câbles de type 131 peuvent également être utilisés lorsqu’il est important de garantir un shunt de force aussi faible que possible.

Le câble de type 139B présente un diamètre extérieur de 7,5 mm. En plus du blindage qui recouvre les fils de tous les câbles de signaux, les différentes paires sont également blindées, autrement dit les deux fils qui relient la sortie du capteur de force à l’amplificateur de mesure, les deux fils qui transmettent la tension d’excitation et les lignes de capteurs. Les courants d’excitation n’affectent donc pas le signal de mesure ou les lignes de capteurs.

Le câble et sa capacitance très limitée conviennent également pour des fréquences porteuses supérieures et des lignes très longues (≥ 100 m). C’est le choix de prédilection pour des mesures de haute précision dans la gamme de références. En revanche, il est très rigide et présente un grand rayon de courbure. Le câble de type 139B ne convient donc pas pour des applications où il serait toujours en mouvement, ou pour des chaînes porteuses. Ce câble est la « contrepartie spécialisée » du câble de type 131.

Vous trouverez des spécifications techniques détaillées de nos câbles ici. Les câbles sont tous disponibles en différentes longueurs.

En plus de ce qui précède, il est important d’observer les limites de température. Les influences chimiques peuvent aussi poser problème. Puisqu’il est impossible de tester un câble pour tous les types de produits chimiques, seul un test pratique permet d’identifier le câble idéal.

Les câbles mentionnés dans cet article ne peuvent être enfouis dans le sol. Nous vous conseillons, pour ces applications comme pour d’autres qui posent question, de contacter nos spécialistes en ventes HBK et de leur demander de suggérer une solution.

Si vous avez l’intention de souder vous-même la fiche au câble, assurez-vous que le blindage est bien relié à la terre. Avec les produits de HBK, le blindage du câble est relié galvaniquement au boîtier du capteur de force et au boîtier de l’amplificateur, créant ainsi une cage de Faraday pour toute la chaîne de mesure. Les chaînes de mesure de force de HBK atteignent par conséquent un très haut niveau d’immunité aux interférences électromagnétiques. Les essais dans le laboratoire CEM et selon la norme IEC font partie de la procédure d’essai-type pour tous les capteurs de forces de HBK.

Des potentiels électriques différents dans le capteur et l’amplificateur peuvent entraîner des courants de compensation dans le blindage du câble, ce qui peut fortement perturber la mesure. Le boîtier de l’amplificateur et le capteur doivent donc être court-circuités à faible résistance.

Si votre application exige de très longs câbles, nous conseillons d’utiliser des extensions, surtout si vous utilisez des transducteurs de forces avec un câble stationnaire. Nos câbles sont, à cet effet, disponibles au mètre, ce qui peut être utile pour des bancs d’essai parfois transformés.

HBMshop Voir les prix et disponibilités des produits. Et obtenez instantanément une offre.