"Exactitude - la politesse des rois!" A notre époque, la pertinence de cet aphorisme français médiéval ne fait que croître. Pour effectuer des calculs de mesure précis dans la production et dans la vie quotidienne, des appareils basés sur des jauges de contrainte sont de plus en plus utilisés.
Contenu
- 1 Qu'est-ce qu'une jauge de contrainte et à quoi servent les jauges de contrainte ?
- 2 Appareil et principe de fonctionnement
- 3 Cellules de charge en traction et en compression
- 4 Avantages et inconvénients des jauges de contrainte
- 5 Schémas de câblage de base
- 6 Exemples d'application pour les jauges de contrainte
Qu'est-ce qu'une jauge de contrainte et à quoi servent les jauges de contrainte ?
La tensométrie (du latin tensus - stressé) est une méthode et une technique permettant de mesurer l'état de contrainte-déformation d'un objet ou d'une structure mesuré. Le fait est qu'il est impossible de mesurer directement la contrainte mécanique, il s'agit donc de mesurer la déformation de l'objet et de calculer la contrainte à l'aide de techniques spéciales qui tiennent compte des propriétés physiques du matériau.
Le travail des jauges de contrainte est basé sur l'effet de contrainte - c'est la propriété des matériaux solides de changer leur résistance avec diverses déformations. Les capteurs à jauge de contrainte sont des appareils qui mesurent la déformation élastique d'un corps solide et convertissent sa valeur en un signal électrique. Ce processus se produit lorsque la résistance du conducteur du capteur change lorsqu'il est étiré et comprimé. Ils sont l'élément principal des instruments de mesure de la déformation des solides (par exemple, pièces de machines, structures, bâtiments).
Appareil et principe de fonctionnement
La base de la jauge de contrainte est une jauge de contrainte équipée de contacts spéciaux fixés sur la face avant du panneau de mesure. Pendant la mesure, les contacts sensibles du panneau sont en contact avec l'objet. Leur déformation se produit, qui est mesurée et convertie en un signal électrique transmis aux éléments de traitement et d'affichage de la valeur mesurée de la jauge de contrainte.
Selon l'étendue de l'utilisation fonctionnelle, les capteurs diffèrent à la fois par les types et les types de grandeurs mesurées. Un facteur important est la précision de mesure requise. Par exemple, un capteur de pesage à la sortie de la boulangerie n'est absolument pas adapté aux balances pharmaceutiques électroniques, où chaque centième de gramme est important.
Examinons plus en détail les types et les types de jauges de contrainte modernes.
Capteurs de couple
Les capteurs de couple sont conçus pour mesurer le couple sur les pièces rotatives de systèmes tels que le vilebrequin du moteur ou la colonne de direction.Les jauges de contrainte de couple peuvent déterminer à la fois le couple statique et dynamique par méthode de contact ou sans contact (télémétrique).
Cellules de pesée à poutre, en porte-à-faux et en bordure
Ces types de transducteurs sont généralement fabriqués sur la base d'une conception en parallélogramme avec un élément de flexion intégré pour une sensibilité et une linéarité élevées des mesures. Les jauges de contrainte qu'ils contiennent sont fixées sur les zones sensibles de l'élément élastique du capteur et sont connectées selon le schéma de pont complet.
Structurellement, la cellule de charge de la poutre a des trous spéciaux pour une répartition inégale de la charge et la détection des déformations en compression et en traction. Pour obtenir le maximum d'effet, les jauges de contrainte sont strictement orientées par des marques spéciales sur la surface de la poutre à son point le plus mince. Des capteurs très précis et fiables de ce type sont utilisés pour créer des systèmes de mesure multi-capteurs dans des balances à plate-forme ou à trémie. Ils ont trouvé leur application dans les doseurs peseurs, les conditionneurs de produits en vrac et liquides, les tensiomètres de câbles et autres compteurs de puissance.
Cellules de charge en traction et en compression
Les cellules de charge de traction et de compression sont généralement en forme de S, en aluminium et en acier inoxydable allié. Conçu pour les balances de trémie et les doseurs avec une plage de mesure de 0,2 à 20 tonnes. Les cellules de charge de traction et de compression en forme de S peuvent être utilisées dans les machines à câbles, tissus et fibres pour contrôler la force de traction de ces matériaux.
Jauges de contrainte à fil et feuille
Fil les jauges de contrainte sont réalisées sous la forme d'une spirale de fil de petit diamètre et montées sur un élément élastique ou une pièce à tester avec de la colle.Ils se distinguent par :
- facilité de fabrication;
- dépendance linéaire à la déformation ;
- petite taille et prix.
Parmi les inconvénients, on note une faible sensibilité, l'influence de la température et de l'humidité de l'environnement sur l'erreur de mesure, la possibilité de n'utiliser que dans le domaine des déformations élastiques.
déjouer Les jauges de contrainte sont actuellement le type le plus courant de jauges de contrainte en raison de leurs hautes qualités métrologiques et de leur manufacturabilité. Cela est devenu disponible grâce à la technologie photolithographique de leur fabrication. La technologie avancée permet d'obtenir des jauges de contrainte simples avec une base de 0,3 mm, des douilles de jauge de contrainte spécialisées et des chaînes de jauges de contrainte avec une large plage de température de fonctionnement de -240 à +1100 ºC, en fonction des propriétés des matériaux de la grille de mesure.
Avantages et inconvénients des jauges de contrainte
Les jauges de contrainte sont largement utilisées en raison de leurs propriétés :
- la possibilité d'une liaison monolithique de la jauge de contrainte avec la pièce étudiée ;
- petite épaisseur de l'élément de mesure, ce qui garantit une précision de mesure élevée avec une erreur de 1 à 3%;
- facilité de fixation, à la fois sur des surfaces planes et courbes;
- la capacité de mesurer des déformations dynamiques qui changent avec une fréquence allant jusqu'à 50 000 Hz ;
- la possibilité d'effectuer des mesures dans des conditions environnementales difficiles dans la plage de température de -240 à +1100˚С ;
- la possibilité de mesurer des paramètres simultanément en plusieurs points des pièces ;
- la possibilité de mesurer la déformation d'objets situés à de grandes distances des systèmes à jauges de contrainte ;
- la capacité de mesurer les déformations des pièces mobiles (rotatives).
Parmi les lacunes, il convient de noter:
- influence des conditions météorologiques (température et humidité) sur la sensibilité des capteurs ;
- des modifications insignifiantes de la résistance des éléments de mesure (environ 1%) nécessitent l'utilisation d'amplificateurs de signal.
- lorsque les jauges de contrainte fonctionnent dans des environnements à haute température ou agressifs, des mesures spéciales sont nécessaires pour les protéger.
Schémas de câblage de base
Considérons cela en utilisant l'exemple de la connexion de jauges de contrainte à des balances domestiques ou industrielles. Un capteur de pesage standard pour les balances a quatre fils multicolores : deux entrées sont l'alimentation (+Ex, -Ex), les deux autres sont des sorties de mesure (+Sig, -Sig). Il existe également des options à cinq fils, où un fil supplémentaire sert d'écran pour tous les autres. L'essence du travail du capteur de mesure de poids du type à faisceau est assez simple. L'alimentation est fournie aux entrées et la tension est supprimée des sorties. La valeur de la tension dépend de la charge appliquée sur le capteur de mesure.
Si la longueur des fils entre la cellule de charge de poids et l'unité ADC est importante, la résistance des fils eux-mêmes affectera la lecture des échelles. Dans ce cas, il est conseillé d'ajouter un circuit de rétroaction qui compense la chute de tension en corrigeant l'erreur de la résistance des fils introduits dans le circuit de mesure. Dans ce cas, le schéma de raccordement comportera trois paires de fils : puissance, mesure et compensation de perte.
Exemples d'application pour les jauges de contrainte
- élément de pesée.
- mesure des forces de déformation dans le traitement des métaux par pression sur les presses à emboutir et les laminoirs.
- surveillance des états de contrainte-déformation des structures de construction et des structures pendant leur construction et leur exploitation.
- capteurs haute température en acier allié résistant à la chaleur pour les entreprises métallurgiques.
- avec élément élastique en acier inoxydable pour les mesures dans des environnements chimiquement agressifs.
- pour la mesure de pression dans les oléoducs et gazoducs.
La simplicité, la commodité et la fabricabilité des jauges de contrainte sont les principaux facteurs de leur mise en œuvre active ultérieure, à la fois dans les processus métrologiques et dans la vie quotidienne en tant qu'éléments de mesure des appareils électroménagers.
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