Pourquoi les capteurs de force particulièrement précis permettent de nouvelles applications

Dans le domaine de la mesure, l'utilisation de capteurs extrêmement précis autorise des applications complètement nouvelles. Avec des produits comme le capteur S9M de HBM, des chaînes de mesure peuvent être installées sans que les résultats de mesure soient affectés même avec des surcharges très élevées. Autre avantage encore: Le capteur de force peut être utilisé en toute flexibilité pour de nombreuses tâches de mesure bien différentes. Il est aussi démontré que les capteurs de force extrêmement précis ne sont pas seulement des chefs d'oeuvre technologiques, ils offrent également des avantages économiques certains. Ceci devient évident si l’on regarde plus en détail les sources d’erreurs possibles pendant une mesure de force.

Avantages d'utiliser des capteurs de force très précis

Les récents capteurs de force tels que le S9M de HBM, atteignent les niveaux de précision les plus élevés. Les erreurs de linéarités, les erreurs relatives de réversibilité et les influences de la température sont plus petit que 0.02 % de l’étendue de mesure. De telles valeurs rendent l'utilisation des capteurs de force attrayante même sur de plus petites mesures:

  • La chaîne de mesure peut être choisie pour supporter des surcharges élevées, afin d’éviter des dommages sur le capteur de force. Même si le capteur de force S9M est utilisé seulement à 20 % de sa force nominale, la précision obtenue est assez grande dans presque toutes les circonstances pour avoir des résultats signicatifs. Vous pouvez compter sur une classe de précision 0.1 %.
  • En se basant sur les considérations ci-dessus, la plage d'application peut être étendue : Il est possible de maîtriser diverses tâches de mesure sans changer les capteurs, réduisant ainsi le temps et les dépenses. C'est pourquoi nvous pouvez couvrir un spectre large de force, s'étendant de petits pourcentages à la pleine échelle de la force nominale, avec uniquement un seul capteur.

Sources possibles d'erreur

Pourquoi est-ce le cas ? Afin de bien comprendre pourquoi, le regard vers les sources d'erreur possibles pendant une mesure de force est important. Il y a deux groupes possibles d'erreur dans les capteurs de force construits sur le principe des jauges de contrainte, comme le S9M :

  • Erreur indépendante de la charge : erreurs qui se produisent sur le signal de sortie indépendamment de la charge appliquée
  • Erreur dépendante de la valeur réelle : erreurs dont les grandeurs sont proportionnelles à la force appliquée au moment de la mesure

L'influence de la température sur le point zéro est un exemple d'erreur indépendante de la charge : cette dérive de mesure produit une valeur spécifique qui est indépendante de la force mesurée. Si une telle erreur est considérée par rapport au signal de sortie, on peut voir que l'influence de la température sur le point zéro (TKZero) est toujours particulièrement grande quand un petit pourcentage de la force (évaluée) nominale est juste employé. La valeur absolue est toujours la même, mais avec des augmentations dues au petit signal utile du pourcentage relatif dans cette situation.

En plus de TKZero, l'erreur de linéarité est également relative à la valeur nominale.

Les erreurs qui sont relatives à la valeur réelle (erreurs dépendantes de la valeur réelle) sont calculées par rapport au signal appliqué réel. Ceci inclut, par exemple, la dépendance de la sensibilité à la température (TCS), le fluage ou même la tolérance d'un étalonnage qui a pu avoir été réalisé.

Pour évaluer une erreur, les différentes erreurs sont ajoutées géométriquement, c.-à-d. qu’une amélioration significative de la précision de mesure peut seulement être réalisée si les plus grandes erreurs individuelles sont améliorées. Dans de nombreux cas, le TKZero et le TCS sont crucialement importants. Car ces erreurs sont déterminées par rapport à la pleine échelle, c.-à-d. que le signal de sortie est proportionnel à la charge nominale et n'importe quelle amélioration de ces paramètres est particulièrement efficace, également cela permet d’utiliser le capteur de force dans une plage partielle par rapport à la charge nominale.

S9M force transducer
U10 force transducer

S9M de HBM ouvre de nouvelles applications en mesure de force

Le capteur de force de S9M de HBM offre un TKZero et une linéarité de 200 ppm. Si un tel capteur de force est utilisé à 20 % de la force nominale, l’erreur causée par le TCS ou le TKZero par rapport à la force appliquée est de 0.1 %. Ceci montre : que si les capteurs de force comme le S9M sont choisis alors les chaînes de mesure peuvent également être installées pour des surcharges élevées, sans avoir aucune perte de justesse sur les résultats.

Avec des forces nominales plus élevées, les capteurs comme le U10 sont une option remarquable car ils présentent une erreur relative de réversibilité de 300 ppm par rapport à la force nominale et un TKzero de 150 ppm/10K grâce à la disposition extrêmement favorable des jauges sur le corps d’épreuve

La figure 1 démontre un autre argument de taille pour avoir une mesure de force précise: La force à mesurer pour un contrôle qualité est montrée sur l'axe des abscisses. Le nombre de pièces produites est indiqué sur l'axe des ordonnées. La dispersion des pièces produites est distribuée selon une courbe de Gauss. Les Lignes Vertes, indiquant les tolérances permises, sont représentées dans les diagrammes et l'incertitude de mesure de la chaîne de mesure de force peut être vue à gauche et à droite de ces limites en rouge.


Fig. 1 Surveillance de process avec un système de mesure de force avec l'exactitude haute et basse.

Il est nécessaire d'estimer l'exactitude de mesure du capteur afin d'évaluer le processus. Pour mettre en application une évaluation bonne/mauvaise, les composants peuvent seulement être évalués OK quand ils se trouvent en dessous de la marge du point de consigne moins la tolérance de mesure (symbolisée dans les diagrammes par les lignes hachées bleues).

On peut facilement identifier que le nombre de pièces tolérables augmente quand l'exactitude de mesure augmente également. Exprimé d'une manière différente, le nombre de pièces qui doivent être rejetées dépend également de l'exactitude de mesure de la chaîne de mesure de force.

Les capteurs modernes de force tels que le S9M ou l'U10M de HBM réalisent des précisions élevées, bien au-dessus de la norme de classe, surtout avec le respect des facteurs d'influence des valeurs dépendantes sur l'incertitude de mesure. En outre, il y a la possibilité d'employer une chaîne de mesure pour l'opération dans une plage partielle de charge et d'augmenter de ce fait de manière significative la tolérance contre des surcharges. Ceci permet d’améliorer la fiabilité. Surtout, c'est l'influence minimum de la température sur le zéro  qui permet d’utiliser le même capteur pour différentes gammes de mesure ou pour augmenter le pourcentage d’une bonne partie de la haute précision.

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