Utilisation efficace avec le capteur de force S2M en forme de S

L'utilisation de capteurs de grande précision, comme le S2M de HBM, apporte de nombreux avantages. Les capteurs offrent une classe de précision de 0.02 et permettent ainsi de constituer des chaînes de mesure de force conçues avec une marge de sécurité mécanique élevée. De plus : les capteurs peuvent être utilisés, avec souplesse, pour différentes campagnes de mesure : un avantage économique important.

Avec une précision de 0,02%, le capteur S2M fixe un nouveau standard dans cette gamme de précision. Pour atteindre un tel niveau élevé d’exactitude, toutes les différentes caractéristiques du capteur doivent être assorties de façon optimale.

Par quoi la précision des capteurs peut – elle être influencée ?

Les erreurs suivantes sont particulièrement appropriées aux capteurs de force construit sur le principe des jauges de contraintes :

  • Erreurs relatives par rapport à la pleine échelle :
    Erreurs produisant un effet sur le signal de sortie spécifique indépendant de la force appliquée, par exemple l'effet de température sur le point zéro (TCzéro) ou la non-linéarité.
  • Erreurs relatives par rapport à la valeur lue :
    Erreurs dont la grandeur est proportionnelle à la force appliquée au moment de la mesure.

TCzéro et linéarité sont souvent d'une importance essentielle. Ces erreurs sont relatives à la pleine échelle, c’est à dire qu’elles concernent le signal de sortie à la force nominale. Cette incertitude de mesure a une valeur spécifique, indépendamment de la façon dont  la force mesurée est grande.

Quand des mesures sont effectuées dans la plage supérieure d’un capteur de grosse portée, c-à-d. avec des  niveaux de force élevés, une erreur relative par rapport à la pleine échelle n’est pas critique, puisque sa proportion relative est petite comparée au signal de sortie élevé. La situation est très différente quand une force petite doit être mesurée à l'aide de ce même capteur de force. Dans ce cas, l'effet d'une erreur relative par apport à la pleine échelle est sensiblement plus grand. La valeur est identique, cependant, elle doit être liée à une plus petite force : la proportion relative augmente.

La linéarité et la dépendance du point zéro à la température (TCzéro) sont des erreurs importantes d'influences. Chaque amélioration de ces valeurs caractéristiques apportée au capteur de force permet de satisfaire aux exigences de précision et de l’utiliser pour mesurer des forces toujours plus petites. Les erreurs relatives par rapport à la pleine échelle déterminent la plage de mesure autorisée du capteur de force. De petites erreurs relatives annoncées augmentent la possibilité de mesurer dans une plage partielle.

Les erreurs relatives par rapport à la valeur lue entrent toujours en vigueur par rapport à la force actuellement mesurée. Quand de petites forces sont mesurées, l'influence de ces erreurs est donc plutôt faible.

Vaste champ d’application des capteurs de force de haute précision

Les utilisateurs du capteur de force S2M profite réellement d’une des précisions les plus élevées, en effet l’erreur de linéarité, l’erreur relative de réversibilité et les influences de la température sont données à moins de 0.02 % par rapport à la  pleine échelle. Cela prouve clairement que HBM poursuit sa politique à la fois vers un standard de grande précision avec des produits choisis et vers des produits standards pour un usage industriel qui offrent également une bonne robustesse.

Quand le capteur est utilisé à 5% de sa force nominale, l'erreur provoquée par la non linéarité et le TCzéro  est de seulement 0.4%. Avec ces propriétés, les capteurs de haute précision ouvrent de nouvelles applications. Ils permettent de mesurer de petites forces avec de gros capteurs et en cela :

  • Le fonctionnement de la chaîne de mesure dans une plage partielle de charge augmente la tolérance de surcharge et augmente alors la fiabilité. De très bons  résultats significatifs de mesure sont néanmoins garantis.
  • Le même capteur de force peut être utilisé pour différente tâches de mesure grâce à l'effet de température minimal agissant sur le point zéro. Des forces  nominales plus élevées peuvent être appliquées sur le capteur sans devoir s’en  inquiéter. Il en est de même lorsque des charges dynamiques sont appliquées, où une plus grande bande passante en vibration ou une plus grande rigidité sont exigées. Cette solution représente un énorme avantage économique. Les paramètres mécaniques dépendent de la force nominale. Les capteurs de force avec une force nominale plus élevée possèdent une plus grande rigidité et ainsi de plus hautes fréquences de résonance. La contrainte vibratoire diminue lorsque qu’un plus grand modèle est employé.
SensibilitéCapteurs de force classiquesS2M [%]
Hystérésis0.10.02
Linéarité0.050.02
TCzéro0.050.02
TCSensibilité0.050.02
Fluage0.050.02

Tableau 1 : Comparaison des facteurs principaux influençant l'incertitude de mesure

Force à mesurer Incertitude de mesure des capteurs classiques avec une portée nominale de 500N Incertitude de mesure du S2M/500N
150 N0.62 N = 0.41 %0.18 N = 0.12 %
20 N0.61 N = 3 %0.18 N = 0.9 %
5 N0.77 N = 12 %0.17 N = 3.4 %

Tableau 2 : Calcul de l’erreur globale du capteur de force S2M par rapport à la valeur lue en comparaison avec des capteurs conventionnels. (Température ambiante : 23… 45 °C, valeurs données en % par rapport à la force mesurée)

 

Efficacité de production au travers de la précision

Les capteurs de force précis comme le S2M impactent fortement à la fois vers de nouveaux champs d’application toujours plus larges mais aussi l'efficacité des processus de fabrication, comme le démontre le graphique de la figure 1.

Pour le contrôle qualité, la force à mesurer est indiquée 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 la loi de Gauss bien connue. 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 observée à gauche et à droite de ces limites en rouge.

L'exactitude de mesure du capteur doit être déterminée pour permettre d’évaluer le  processus. Pour mettre en œuvre une évaluation « Bon/Mauvais », les composants peuvent être seulement évalués comme OK quand ils se trouvent dans la plage de points de consigne en dessous de la tolérance de mesure, indiquée dans les diagrammes par les lignes hachées bleues.

Il est évident que le nombre de pièces, qui peuvent être tolérées, augmente avec l'augmentation de la précision de mesure. En d'autres termes : Le nombre de pièces à rejeter dépend également de l'exactitude de mesure de la chaîne de mesure de force.

Fig. 1 Surveillance d'un processus de fabrication avec une chaine de mesure de force de grande et faible précision

Capteur de force S2M

  • Pour mesurer des forces de traction et compression en statique et dynamique
  • Précision élevée
  • Robuste et fiable
  • Degré de protection
  • Efficace et économique
  • Plage de mesure : 0…10 N à 0…1000 N

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