Articles : Exactitude des mesures en analyse expérimentale des contraintes - Partie 1

Depuis des dizaines d’année et à plusieurs reprises, la technologie des jauges de contrainte a été largement optimisée notamment sur la compensation des erreurs. Mais il y a tout de même certaines influences qui peuvent affecter les mesures. L’objectif des articles est d’une part de  préciser ces nombreuses sources d'erreur potentielles (souvent évitables) quand on travaille avec des jauges et d’autre part de vous aider à déterminer l'incertitude de mesure que vous pouvez avoir et cela dès la conception de votre projet.

Questions fondamentales

Les observations suivantes peuvent être utiles avant de faire ses mesures à partir des jauges de contrainte. Elles sont le fruit des expériences acquises par leurs auteurs. Les questions essentielles suivantes sont à se poser (par exemple concernant la protection du point de mesure ou l'incertitude de mesure qui peut être obtenue) :

  • Quand le point de mesure atteindra-t-il sa fin de vie ?
  • Comment seront les niveaux de contrainte : élevés ou faibles ?
  • Les points de mesure seront-ils soumis à une variation de la température ? Si oui, laquelle et de quelle manière : rapidement ou lentement ?
  • Est-ce que les jauges travailleront dans des environnements sévères (eau, humidité, poussières etc.) ?
  • Quel est le matériau de la pièce recevant la jauge (non homogène, anisotrope, fortement hygroscopique, etc.) ?
  • Y a-t-il une possibilité d’ajuster le point zéro, au besoin ?

L'ingénieur d’essais expérimenté cherchera les réponses en analysant la tâche de mesure (bien avant d’installer la première jauge). La réponse à la dernière question dépend principalement si la mesure est relative ou pas au point zéro.

 

 

Mesures relatives au point zéro

Par mesures relatives au point zéro, il faut entendre des mesures concernant des valeurs mesurées courantes avec les valeurs mesurées obtenues au début de la mesure sur plusieurs semaines, mois ou même années. Aucune  « remise à zéro » de la chaîne de mesure n'est exécutée entre temps. Les mesures relatives au zéro sont bien plus critiques que des mesures non relatives non au zéro, parce que les dérives de zéro (résultant d’une variation de la  température ou d'autres influences) sont entièrement intégrées au résultat de mesure.

Les erreurs de zéro sont particulièrement dangereuses pour de petites valeurs de contrainte, parce que proportionnellement ces dérives relatives deviennent conséquentes par rapport à la valeur mesurée. Les contraintes générées sur des composants et structures de machine sont souvent d’à peine 100 µm/m, parce généralement un facteur de sécurité important est appliqué sur le dimensionnement des machines au moment de la construction. Dans ce cas une dérive de zéro de 100 µm/m, a pour conséquence une erreur de mesure de 100 %.

Étant donné qu'une mesure continue de surveillance structurale est presque toujours une mesure relative au point zéro, une attention toute particulière doit être portée sur la protection des jauges de contrainte contre les éventuelles influences environnementales. Il est essentiel que le point de mesure soit d’une stabilité suffisante sur le long terme. Comme de grandes variations de température doivent être prévues, les coefficients de température doivent être petits. De faibles amplitudes de signal de mesure sur des composants généreusement dimensionnés sont susceptibles d'être superposées par des effets résultant d’une déficience d'installation d’une jauge de contrainte. L'électronique de mesure répond alors à chaque variation de résistance par un changement à l’affichage.

Ceci peut être dû à un changement de la grandeur mesurée ou, aussi, à l'admission de molécules d'eau. La valeur réelle mesurée, comme signal composé de toutes les proportions de contrainte à la jauge, ne permet pas de faire une distinction entre les proportions de contraintes voulues et non désirées.

 

 

 

 

Mesures non relatives au point zéro

Les mesures non relatives au point zéro signifient des mesures prises pendant des campagnes de mesure qui permettent à des moments spécifiques un équilibrage à zéro sans aucune perte d'information. Seule la variation de la grandeur mesurée intervenant après « l’équilibrage à zéro » est prise en compte.  (Des balances modernes de salle de bains sont automatiquement tarées chaque fois qu'elles sont mises sous tension, sans perte d'information.) « L'équilibrage à zéro » est souvent possible lors d’essais de charge uniques (souvent sous forme de mesures à court terme), par conséquent les dérives zéro sont totalement insignifiantes.

Dans des essais destructifs se produisent des contraintes très élevées, cela signifie qu’il faut des jauges de contrainte avec des gammes de mesure adéquates. Il est vraiment embarrassant et parfois coûteux de devoir changer des jauges mal adaptées après des semaines de travaux préparatoires.

Dans les laboratoires et halls d’essais, les mesures sont considérées moins critiques, car les conditions ambiantes (température, humidité) sont assez modérées.

Les mesures effectuées dans des chambres à atmosphère contrôlée ou bien sur le terrain sont  plutôt critiques.

 

 

 

 

A lire également ...

Pour en savoir plus sur le notre série d'articles "Incertitude de mesure en analyse expérimentale des contraintes", n'hésitez pas à parcourir les trois autres parties 2, 3 et 4 disponibles.

Lire la Partie 2

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