Définitions
Mesure de force et de couple - Capteurs de force (partie 1)

R1820 v2 Article de référence

Définitions
Mesure de force et de couple - Capteurs de force (partie 1)

Auteur(s) : - GAMAC

Date de publication : 10 juin 2008

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Sommaire
Médias

Présentation

1 - Définitions

1.1 - Notion d'actions mécaniques

Figure 1 - Repère de travail
1.2 - Force dans le cas d’un système au repos dans le repère terrestre

Figure 2 - Peson
1.3 - Force dans le cas d’un système en mouvement par rapport au repère terrestre

2 - Chaîne de mesure de force

2.1 - Rôle et place du capteur dans la chaîne de mesure
2.2 - Constitution du capteur
2.3 - Différents types de mesures à effectuer

Figure 9 - Différents types d’essais

3 - Caractéristiques métrologiques des capteurs

3.1 - Étendue de mesure (spécifiée)
3.2 - Sensibilité (ou coefficient de sensibilité)
3.3 - Linéarité (ou écart de linéarité)
3.4 - Hystérésis
3.5 - Mobilité (seuil de mobilité)
3.6 - Effet de la température
3.7 - Exemple numérique

Tableau 1

4 - Différents types de capteurs de monocomposante (de force et de couple)

4.1 - Capteurs à mesure directe de la déformation
4.2 - Capteurs à mesure indirecte
4.3 - Autres capteurs d'efforts

Bibliographie & annexes

Présentation

RÉSUMÉ

Pour aborder les capteurs de force, il faut s’intéresser à la détermination des actions mécaniques exercées sur un objet en mouvement ou au repos dans un référentiel donné, et donc aux notions de force, de couple, et de moment. Il est ainsi rappelé qu’une force est toute cause capable de modifier l’état de repos ou de mouvement d’un point matériel ou d’un solide rigide auquel elle est appliquée. Dans ce contexte, le rôle d’un capteur est de traduire la valeur de l’effort en une grandeur ou une indication exploitables. Selon le type de mesures à effectuer, différents principes de capteurs sont retenus. L’article s’attarde sur les capteurs à jauges de contrainte, ils représentent plus de 80% du marché des dynamomètres est constitué par les capteurs à jauges de contrainte.

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Auteur(s)

- GAMAC : Groupement pour l’avancement des méthodes d’analyse des contraintes (association loi 1901)

INTRODUCTION

Après un rappel des définitions formalisant les notions d'actions mécanique : force, couple, moment, cet article décrit les différents principes de capteurs utilisés pour la mesure des forces (ou efforts) et des couples.

Actuellement, plus de 80 % du marché des dynamomètres est constitué par les capteurs à jauges de contrainte. Ceux-ci seront donc étudiés plus longuement. En ce qui concerne le principe de mesure par jauges, le lecteur pourra se reporter aux articles Extensométrie et Capteurs à jauges extensométriques dans le présent traité.

Les capteurs destinés aux applications en robotique (tables dynamométriques, capteurs tactiles, etc.) ne sont pas traités ici, mais dans l'article Capteurs d'environnement en robotique : la perception des efforts dans le traité « Informatique industrielle » (rubrique « Robotique »).

Ce dossier est en 2 parties. La seconde traite de la mesure des couples et des systèmes de mesure multicomposants.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-r1820

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1. Définitions

1.1 Notion d'actions mécaniques

HAUT DE PAGE

1.1.1 Résultante Moment

Nous allons nous intéresser dans cet article à la détermination des « actions mécaniques » exercées sur un objet en mouvement ou au repos dans un référentiel déterminé. Ces actions mécaniques résultent d'interactions entre l'objet et son environnement (via les contacts entre solides, les interactions gravitationnelles, électromagnétiques…). Conformément aux lois de la dynamique (voir plus loin), nous dirons qu'une force F est une action mécanique exercée sur un point matériel M, action dont il faut connaître :

l'intensité (norme du vecteur, un des éléments qui représente l'action mécanique) ;
la direction (droite d'action) ;
le sens de la droite d'action qui passe par le point M.

Remarque : nous noterons F le vecteur F. Ceci correspond mathématiquement à la notion de vecteur dit « libre » R astreint à glisser le long de la droite d'action (Δ) passant par le point M. On l'appelle « vecteur glissant ».

Pour déterminer cette action mécanique, il faut donc à la fois connaître le vecteur R et la position d'un point M (dans l'espace euclidien associé E) de la droite d'action ou – ce qui revient au même – le moment de cette résultante en un point quelconque noté P de position connue dans E de façon à positionner la droite d'action.

On parle de façon équivalente d'action mécanique ou de doublet (Résultante, Moment (P)). L'écriture {R, M (R, P) } correspond au torseur d'actions mécaniques défini au point connu P. Les actions exercées sur un système matériel quelconque sont représentées par un ensemble de vecteurs glissants, donc par un ensemble de torseurs d'actions mécaniques.

Cas particuliers :

1^er cas : dans le cas où le moment M est nul, nous nous trouvons en un point particulier A de l'espace tel que la force se caractérise par sa seule résultante...