Les capteurs de force piézoélectrique génèrent une charge électrique proportionnelle à la force appliquée. L’unité de mesure des charges électriques est le pC (10-12 Coulombs, ce qui est équivalent à 3.2 10-6 charges élémentaires).
Les rondelles de charge utilisant du quartz comme matériaux sensibles permettent de générer un signal de 4,3pc/N. Cela signifie que pour une application d’effort d’1 Newton, la charge électrique générée est de 4.3pC. Certaines rondelles de charge utilise un matériau piézoélectrique de type Gallium-Phosphate. Ce matériau génère une charge électrique double du quartz. Pour le même effort, le signal de sortie est donc deux fois plus important. Cette charge électrique est acheminée par un câble haute impédance à l’amplificateur de charge qui convertit le signal issu de la rondelle en 0…10volts.
Un des avantages de cette technologie est donc de permettre la réalisation de capteurs d’étendues de mesure différentes mais ayant tous la même sensibilité. Une rondelle de charge de très grande capacité, peut donc être utilisée pour mesurer de petits efforts. Cette technologie permet également la réalisation d’une précontrainte avec remise à 0 du signal de charge, donc de bénéficier de la pleine échelle de l’amplificateur sans y inclure la pré-charge.
Dans ce cas de figure, l’amplificateur peut être réglé sur une étendue de mesure de travail qui est celle qui sera utilisée sans tenir compte de la pré-charge. La précontrainte est alors sans effet sur le signal de sortie.
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Capteur piézo-électrique fonctionnant sous une charge initiale:Une foisla charge initiale appliquée, une remise à zéro est effectuée sur l’appareil de mesure.L'amplificateur de charge peut fonctionner sur plage de mesure (plus petite) parfaitement ajustée.
Exemple:
Une rondelle de force est installée sous un boulon. Le but est de mesurer une force de tension agissant la vis. Au tout début la force de précontrainte est donc appliquée. Cette force de précontrainte peut également être déterminée en la mesurant à l’aide de rondelle elle-même. Le point zéro peut être exécuté en déclenchant un RESET sur l'amplificateur de charge. L'amplificateur de charge peut être réglé sur n'importe quelle gamme de mesure. Maintenant, même de très petites forces peuvent être mesurées correctement.
A noter :
- Ce type de mesure est tout particulièrement simple à faire en utilisant les amplificateurs de charge numériques modernes comme le CMD600, qui peut être réglé sur n’importe quelle plage de mesure.
- Dans l'exemple décrit ici, il s’agit d’une mesure deshunt de force. Un étalonnage sur place est exigé avant de pouvoir mesurer quantitativement les forces. Pour plus d'information voir notre article « Installation des capteurs de force ».
- Les rondelles de charge sont toujours sujettes à une dérive. Il est donc nécessaire de faire un zéro périodiquement ou d'utiliser un filtre passe-haut. Si aucune de ces options n'est disponible, il faut alors utiliser les capteurs à jauges de contrainte.