Différents types de capteurs de monocomposante (de force et de couple)
Mesure de force et de couple - Capteurs de force (partie 1)

R1820 v2 Article de référence

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

Nous débutons par la composante Résultante (force). Les capteurs d’efforts sont également appelés « dynamomètres », ou « pesons », ou « cellules de force ».

Un capteur d’efforts est toujours inséré dans la chaîne mécanique par laquelle chemine l’effort. Nous nous trouvons le plus souvent dans la configuration de la figure 10 qui représente une éprouvette accorchée à un dispositif de double lame élastique faisant office de liaison rotule (brevet H. Hild-LMT) lui-même solidaire du capteur d'effort.

Si nous souhaitons connaître l'effort qui est appliqué à l'éprouvette dans ce cas précis, nous devons assurer l'équilibre de celle-ci. Elle est soumise à des actions des pièces extérieures notées 1 et 2 (systèmes de fixation) et à la gravité. Nous écrivons alors :

Pour relier les actions mesurées par le capteur à celles qui sont exercées sur l'éprouvette, il faut isoler le capteur et écrire :

Sans précautions particulières, nous ne pouvons rien écrire de la forme de ces torseurs. Si ce que nous souhaitons est d'avoir un torseur d'actions qui se résume (au point A) à un glisseur, alors nous devons avoir un moment nul en ce point.

Une des manières de le réaliser est d'introduire le degré de liberté correspondant (rotation) de façon à annuler automatiquement ce moment. C'est la raison de la présence systématique de liaisons rotules insérées dans la ligne d'effort. Le PFS (principe fondamental de la statistique), appliqué à l'éprouvette et au capteur, garantit que les actions se résument à un effort (vecteur d'axe AA').

Dans ce cas, le capteur soumis à l'effort à mesurer et l'épouvette se déforment. C’est cette déformation qu’il convient de traduire en une grandeur mesurable. Plusieurs principes physiques permettent la mise en évidence de la déformation, plusieurs technologies en découlent que nous allons examiner successivement...

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