La force est une unité de mesure qui intervient surtout dans la science et dans beaucoup de domaines industriels. Elle peut se mesurer de différentes manières et plusieurs instruments peuvent concourir à la mesurer. On peut citer la balance, le dynamomètre, le capteur de pression et de force. Plusieurs technologies peuvent être utilisées dans la fabrication des capteurs de force. Il faudra donc tenir compte de la technologie utilisée pour adapter le capteur de force à votre application.
Qu’est-ce qu’un capteur de force ?
La mesure de la force est nécessaire dans tous les domaines. Elle permet de contrôler les opérations et les processus, que ce soit dans la construction des machines, pour des équipements logistiques de port ou dans de nombreux autres champs d’application.
La force se mesure en Newton (N.) et son instrument de mesure est le dynamomètre. Celui-ci est constitué d’un capteur de force qui permet de convertir l’état d’une grandeur physique observée (température, pression, position, concentration…) en un signal électrique mesurable. Différents modèles de capteurs de force peuvent être utilisés en fonction de l’étendue de mesure et de l’environnement. Ils sont disponibles en aluminium, en acier allié et en acier inoxydable.
Similaire à un dynamomètre, le capteur de couple est un instrument utilisé pour mesurer un couple de force. Encore appelé couplemètre, il est conçu pour travailler en torsion. On l’utilise généralement pour deux types d’application à savoir, la mesure d’un couple pur et l’étalonnage ou la vérification d’une clé dynamométrique.
Comment fonctionne un capteur de force ?
Plusieurs technologies peuvent être utilisées pour concevoir un capteur de force. Les principales sont les suivantes :
- capteurs à couche mince,
- jauges de contraintes (elles sont adaptées aux opérations de surveillance de longue durée et leur résistance varie en fonction de la déformation appliquée),
- capteurs piézoélectriques (ils disposent d’une électrode qui émet une charge lorsqu’elle est comprimée).
Il est conseillé d’utiliser des capteurs piézoélectriques lorsque vous devez les placer dans un espace restreint ou lorsqu’ils doivent couvrir des plages de mesure très larges. Privilégiez-les également s’ils doivent être utilisés dans des conditions extrêmes de température ou de surcharge.
Peu importe la technologie utilisée pour la fabrication du capteur, le principe de mesure demeure généralement le même. Toutefois, les capteurs de force équipés d’une jauge de contrainte sont les plus populaires. De par sa structure, un capteur de force est composé d’un corps d’épreuve et des extensomètres ou jauges de contrainte. Constituées d’une grille de fil métallique très fin, les jauges de contrainte sont collées au capteur de force. Elles sont reliées entre elles dans un montage appelé pont de Wheatstone.
Comme mentionné ci-dessus, elles s’allongent et se raccourcissent en fonction des déformations de la surface du capteur de force. Cela permet de générer une variation de la résistance électrique. Branchée au pont de Wheatstone, celle-ci est convertie en un signal électrique proportionnel à la puissance.
Les différents types de capteurs de force
Il existe différents types de capteurs de force selon leur construction. Pour choisir le type de construction adéquat, vous devez tenir compte de l’intensité et du type de force que vous avez besoin de mesurer. Cette force peut en effet s’appliquer sur le capteur de diverses manières. On distingue des capteurs de force :
- à traction (très utilisés, ils possèdent une excellente précision et une très large gamme de mesure. Certains d’entre eux sont aussi appelés capteurs de force de type S),
- à point d’appui unique (on les utilise dans une seule balance),
- en compression (facile à manipuler, il a de petites dimensions qui le prédisposent aux structures particulièrement étroites avec espaces réduits),
- en traction et en compression,
- en flexion ou cisaillement,
- à réservoir/à anneau de torsion (ils sont conçus pour les balances qui offrent des portées élevées),
- en compression ou oscillants (qui sont généralement en association avec des capteurs de pesage).
Le choix du meilleur type de capteur de force se fera en fonction de votre application et des exigences en termes de portée. Vous devez également tenir compte des différents modèles. Il s’agira de considérer l’étendue de mesure du capteur, la résolution, la précision, les dimensions, le type de signal de sortie, les matériaux et le niveau de protection.
À quelles applications les capteurs de force sont-ils destinés ?
On emploie généralement des capteurs de force dans les balances conçues pour les applications de pesage. Dans les supermarchés, la majorité des produits sont vendus en fonction de leur poids. On a donc dû les peser sur une machine de conditionnement équipée d’un capteur de force. Les balances disponibles dans les rayons boucherie et au niveau des caisses intègrent également ce dispositif. La farine pour gâteau est généralement livrée dans les usines à l’aide d’un pont-bascule. Capable de peser le camion entier, ce dernier intègre de nombreux capteurs de force.
Les capteurs de force peuvent également être intégrés dans des caddies de supermarché pour permettre aux consommateurs de faire leur achat rapidement et intelligemment. Il est possible d’utiliser un capteur à point d’appui central comme plateforme de pesage avec un peson. On peut aussi s’en servir pour fabriquer des balances simples de petite et moyenne capacité. Les balances plateforme pour colis en sont un parfait exemple.
Les capteurs de force en flexion ou cisaillement sont tout aussi efficaces. Destinés à des applications de pesage de moyenne et grande capacité, ils peuvent être employés dans des secteurs comme l’industrie pharmaceutique, la construction industrielle, la fabrication de matériaux de construction, l’industrie alimentaire et des biens de consommation.
Le capteur en cisaillement s’utilise aussi dans l’industrie automobile, en particulier pour le pesage embarqué sur véhicule. Il entre également dans la construction de balances multicapteur. Toutefois, vous devez vous assurer que ces dispositifs respectent la directive IECEx ou ATEX. En plus de leur précision, les capteurs en cisaillement offrent une portée allant de 250 kg à plusieurs tonnes.
Les capteurs à traction sont plus indiqués pour le pesage de réservoirs et charges suspendues et autres applications industrielles. Compacts et faciles à manipuler, ils garantissent des portées allant de quelques kilogrammes à plusieurs tonnes.
Quant aux capteurs oscillants ou en compression, ils se distinguent par leur extrême précision. Leur grande particularité est qu’ils servent à déterminer les poids trop lourds. Leur application se fait surtout pour le pesage de cuves et de silos. Fiables et très robustes, ils sont aussi adaptés pour le pesage ferroviaire et des balances industrielles. Ils prouvent également leur efficacité dans les ponts-bascules pour véhicules.
