Différentes méthodes de mesure de couple sur une ligne d'arbre

Dans de nombreuses applications, le couple est une grandeur mécanique très importante qu'il faut déterminer. Mesurer le couple avec une grande précision et tout particulièrement sur des parties tournantes demande des exigences importantes de la part des fabricants de banc d'essai et des utilisateurs de ces installations.

Pour déterminer le couple, il existe deux approches fondamentales différentes : en mesurant directement ou bien indirectement le couple.

Méthode directe

Le signal du couple est déterminé par une mesure directe du couple. Les capteurs de couple numériques à brides de HBM fonctionnent sur le principe d’une mesure sans contact, le T12 ou le T40B sont dans ce cas parfaitement appropriés.

La méthode directe de mesure du couple offre de nombreux avantages techniques. Le concept de disque pour les couplemètres HBM se caractérise principalement par un très faible encombrement. Vous pouvez donc intégrer aisément ces capteurs, de haute qualité, dans la majorité des bancs d'essai. D'autres avantages, comme une très grande précision et la possibilité de mesurer des vitesses de rotation élevées, vous sont également proposés.

Méthode indirecte

Cette méthode consiste à déterminer le couple en mesurant la puissance du moteur électrique du moteur d'entrainement.

Le couple et la vitesse de rotation peuvent être calculés. Les appareils de mesure et d’essai modernes rendent facile la mesure du courant électrique et de la vitesse de rotation des machines électriques. Cependant, des erreurs relativement importantes peuvent être faites occasionnant des incertitudes de mesure sur le calcul du couple. En effet, une perte de puissance et des états variables de fonctionnement de la machine ont aussi un impact direct sur le calcul. L’étalonnage est également très difficile à faire. Une deuxième méthode de mesure indirecte, appelée "montage balance" peut être utilisée, il s’agit alors de mesurer la force de réaction par un bras de levier. Cette force, appliquée à l'extrémité du bras, est mesurée à l'aide d'un capteur de force. D’autres méthodes existent en mesurant certaines grandeurs mécaniques, comme la mesure des contraintes résultant de la torsion de la ligne d’arbre ou bien en mesurant l’angle de torsion de l'axe. Dans les deux cas, le couple est alors calculé à partir de la grandeur mesurée.

Fig. 1: Mesure du couple de réaction avec un capteur de force

Fig. 2: Mesure dynamique du couple de réaction

Inconvénients de la méthode indirecte

Mesure du couple à l'aide d'un capteur de force

La détermination du couple en mesurant un couple de réaction à l'aide d'un capteur de force, monté par exemple sur un frein servomoteur (voir fig. 1), exige une mécanique compliquée. De nombreux effets peuvent interférer comme les variations du frein ou bien l’allongement du bras de levier sujet aux changements de température. Ces éléments doivent être pris en compte car ils peuvent générer des erreurs de mesure.

Il faut aussi savoir que cette méthode n'est pas appropriée aux essais dynamiques en raison des grandes masses impliquées dans le montage, ces pièces mécaniques agissent pratiquement comme un « filtre passe-bas mécanique » (voir fig. 2).

Mesure du couple en mesurant des grandeurs auxiliaires

Quand on mesure le couple en employant des grandeurs auxiliaires, par exemple, la déformation ou l’angle de torsion de l’axe, il est essentiel de prendre en compte les différentes erreurs issues des tolérances de la longueur de l’arbre d’entrée et de son diamètre ou de l’erreur de mesure de l'angle de torsion. En plus de cela, il faut aussi tenir compte des variations de température et des limites de la compensation en température lorsqu’on utilise cette méthode de mesure.