Tendances en Mesure de Force

Les avancées technologiques d’aujourd’hui dans le domaine des bancs d'essai ne sont pas uniquement le fait des amplificateurs de mesure et des logiciels utilisés dans cette application. Les capteurs contribuent efficacement à la notion d'innovation en s’adaptant aux tendances actuelles comme le besoin de temps d'installation plus courts, la recherche d’une plus grande flexibilité dans les essais et l'automation de ces essais.

A travers un exemple de mesure d’une force, nous aimerions vous montrer comment la dernière génération de capteurs à jauges de contrainte répond favorablement aux nombreuses  exigences requises dans les essais et particulièrement dans les bancs d'essai.

Ces dernières années, le développement des capteurs de force a  permis de fabriquer des capteurs plus précis mais aussi dans le même temps plus robustes, faciles à utiliser, pratiques à configurer et beaucoup plus économiques.

4 tendances majeures

Exactitude accrue

Conditions de fonctionnement extrêmes

Flexibilité maximale

Mesure de très grandes forces

Première Tendance : Exactitude accrue

Une exactitude plus élevée des capteurs entraine immédiatement un élargissement des possibilités d’essais du banc.

L'exactitude des capteurs représente un intérêt économique considérable. En effet, la plage de mesure utilisable augmente, c’est-à-dire la plage d’exploitation des capteurs avec une exactitude requise donnée s’élargit lorsque l'exactitude des capteurs est améliorée.

Cette corrélation est illustrée dans le diagramme : elle est fondée à partir d’un capteur industriel S2M, fabriqué en grande quantité en comparaison avec le modèle précédent S2. Conçu dans les règles de l’art, le S2M offre une plage de mesure sensiblement plus grande tout en se conformant à l'incertitude de mesure donnée. Dans notre exemple, le calcul est basé sur une mesure de force dans une plage de mesure partielle des deux capteurs. Le temps de mesure est de 30 minutes. Pendant la mesure, il s’est produit un changement de température de 20 K. La plage de mesure du capteur est de 500 N. Les grandeurs d'influence suivantes ont été prise en compte : Linéarité, coefficient de température du point zéro et de la sensibilité, hystérésis et fluage.

Avec un capteur d’une plage de mesure de 500 N, il est possible de déterminer avec précision des forces de 20 N. Cette possibilité avantageuse vous permet deux choses :

  • Vous pouvez utiliser un capteur proposant une portée plus élevée de manière à assurer une sécurité de chargement sur le capteur en cas de surcharge. Vous jouez ainsi la carte robustesse. C’est possible avec les capteurs modernes car leur incertitude est très basse.
  • Vous pouvez utiliser les capteurs dans une plage de mesure plus large. Vous réduisez ainsi la quantité de capteurs nécessaire pour couvrir une très large gamme de charges. 

Deuxième Tendance : Adaptation aux environnements extrêmes

Dans la plupart des cas, les capteurs de force sont scellés de façon hermétique. Les forces très petites jusqu'à 500N présentent toujours un réel défi. 

De plus en plus de situations avec des environnements extrêmes nécessitent des mesures. Voilà pourquoi il est avantageux de profiter de la supériorité à la fois de capteurs robustes et naturellement d’amplificateurs ultra durcis. Ils sont conçus pour relever le défi !

Les capteurs scellés hermétiquement par soudure répondent à ces exigences très élevées en termes de robustesse et de protection. Pour obtenir un très bon degré de protection IP68 (de série) le capteur a subit des tests en immersion dans une colonne de trois-mètre d'eau pendant 100 heures. 

Les aciers inoxydables modernes ont démontré leur efficacité en termes de résistance à la corrosion et leurs excellentes propriétés mécaniques. C’est pourquoi nous pouvons garantir pour nos capteurs une protection IP68, une enveloppe hermétique et une classe d’exactitude de 0.02*

*Les classes d’exactitude données par le standard HBM répondent à des exigences sensiblement plus élevées que les normes générales du marché.

Que faire dans le cas de petites forces ?

Avec des forces très faibles jusqu'à 500 N, il est difficile d'utiliser un acier pour la fabrication du corps d’épreuve. Le module d'élasticité inférieur de l'aluminium est avantageux dans ce cas. Cependant, les jauges de contrainte doivent être protégées avec du silicone. C’est pourquoi, il est nécessaire d’améliorer les jauges dès la conception pour faire face à leur sensibilité à l'humidité. Par exemple, le Polyether Ether Ketone (PEEK) utilisé comme support de la grille de mesure absorbe seulement très peu d'humidité, ce qui fait de lui un  matériau très avantageux. Pour les capteurs de force équipés de ces jauges (PEEK) sont peu affectés par les variations d'humidité, ce qui est largement suffisant pour un grand nombre  d'application même si les capteurs ne sont pas entièrement encapsulés.

Avec un câble attenant et boitier entièrement hermétique, le capteur de force U10 d'HBM dispose d'un degré de protection IP68 et offre une précision parfaite.

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Troisième Tendance : Grande Flexibilité

Les capteurs de force modernes sont adaptés aux besoins spécifiques du client et sont prêt à être installer.

Les standards de flexibilité des capteurs existent de manière significative. Pour réduire encore plus les temps d'installation, les ingénieurs utilisant un banc d'essai s'attendent à ce que d’usine soit fourni en permanence une série d'accessoires destinée à l'introduction de la force, les étalonnages, les bonnes longueurs de câble ou bien les prises nécessaires.

Les capteurs de force modernes relèvent ce défi en proposant une conception modulaire. Pratiquement chaque capteur de force HBM peut être maintenant configuré individuellement grâce à une offre large de connecteurs et de câbles en option. Un total de 2304 combinaisons possibles différentes est disponible pour vous permettre de configurer le capteur de force C10 selon votre application !

La demande de la fonction TEDS (Transducer Electronic Data Sheet) a également fortement augmenté ces dernières années. Qu’est-ce que le TEDS ? Le capteur qui est réellement passif est équipé d’une petite puce mémoire qui comporte les données caractéristiques du capteur qui peuvent être lues par l’électronique raccordée. Avec cette électronique appropriée, cette technologie permet de s’éviter le paramétrage de la voie de mesure et de diminuer également le risque d’erreur liée à un réglage manuel.

Pour le capteur de force C10 il existe 2304 possibilités.

2304

C'est le nombre de combinaison possible disponible pour le capteur de force C10 : 

  • Double pont de mesure /un seul pont de mesure
  • Signal de sortie 4 mV/V ou 2m V/V
  • TEDS 
  • Calibration 100 % ou 50 %
  • Avec ou sans la plaque d'appui
  • Protection de la connectique
  • Connecteur, câble attenant
  • Option IP68 

Quatrième Tendance : Forces importantes

Réalisation d'un montage spécial : Obtenir une grande image à partir de petits détails. 

Étant donné que les installations techniques tendent à devenir de plus grandes, HBM propose  maintenant les solutions de mesure spéciales jusqu'au 20MN, en complément des solutions standards allant 5MN. Ces importantes charges s'appliquent par exemple au monde des  bateaux mais aussi aux éoliennes. Dans ces applications, il est nécessaire de mesurer de très grandes forces lors des nombreux essais menés sur les bateaux et éoliennes.

Naturellement, il est toujours nécessaire d’étalonner ces capteurs de force utilisés dans ces applications. Les possibilités d’étalonner ces forces très importantes sont limitées.

Généralement un générateur de force (par exemple un vérin hydraulique) et un capteur de force de référence sont utilisés pour étalonner ces niveaux de force. La précision du capteur de force de référence (capteur étalon) détermine la précision de l’étalonnage.

Pour cette raison, HBM a développé un système particulier de trois capteurs de force montés en parallèle. Ce  type de système  est employé dans le domaine de l’étalonnage et également dans beaucoup de projets de recherche. L'objectif est de pouvoir dériver le comportement du système complet à partir propriétés des différents capteurs. 

Par exemple, à l’aide de trois capteurs de petites capacités vous pourriez mesurer avec précision un système avec trois fois la capacité d'un de ces capteurs.  

Cette solution technologique, sponsorisée par l’Union Européenne, permet finalement d’utiliser des capteurs de force dans les essais de grosses portées avec un étalonnage suffisamment précis. La capacité des systèmes fournis jusqu'ici se situe entre 60 kN et 10MN

 

 

Solution HBM : Vue du montage conçu pour l'étalonnage de force très élevée avec trois capteurs montés parallèlement.

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