Vues : 0 Auteur : Éditeur du site Heure de publication : 2026-10-26 Origine : Site
Une station d'ajustement par pression doit confirmer qu'une petite pièce est correctement installée. Un test de connecteur doit capturer les forces d’insertion et d’extraction. Un test de bouton doit mesurer la force de contact à l’intérieur d’un luminaire avec peu d’espace disponible. Dans chaque cas, le capteur doit s'adapter à l'espace disponible tout en mesurant la force importante.
Un capteur de force miniature peut fournir cette mesure, mais sa taille n’est qu’un point de départ. La direction de la charge, le montage, la force maximale, la qualité de la mesure et l'interface électrique déterminent tous si cela fonctionnera dans l'équipement. Ce guide se concentre sur les capteurs de force miniatures à jauge de contrainte utilisés dans la mesure industrielle et l'automatisation.
Un capteur de force miniature est un transducteur compact qui convertit une force mécanique appliquée en signal électrique. Il peut également être appelé cellule de pesée miniature ou petit transducteur de force. Selon sa conception, il mesure la compression, la tension ou les deux. Le dispositif de montage doit diriger la force prévue à travers sa structure de détection.
La miniature décrit l'enveloppe physique plutôt qu'une plage de mesure universelle. Les capteurs ayant des dimensions extérieures similaires peuvent avoir des capacités, des rigidités et des limites de surcharge différentes. Une conception à profil bas peut permettre de gagner en hauteur mais nécessite plus d'espace latéral, tandis qu'une conception cylindrique étroite peut nécessiter un espace supplémentaire pour les filetages, les câbles ou une pointe de chargement.
Par exemple, le catalogue de produits FIBOS répertorie le FA101 avec un diamètre de corps de 8 mm et une hauteur totale de 6 mm, tandis que le FA107A a un diamètre de corps de 20 mm et une hauteur totale de 5 mm. Les deux sont des modèles à compression, mais leurs détails de montage diffèrent. Ces dimensions décrivent ces modèles de catalogue ; ils ne constituent pas une norme de taille pour les capteurs miniatures.
Figure 1. Dimensions des carrosseries FA101 et FA107A du catalogue.
Un capteur de force mesure une charge appliquée, généralement exprimée en newtons. Un capteur de pression de fluide mesure la pression dans un gaz ou un liquide, généralement exprimée en pascals, bar ou psi. Bien que la pression et la force soient liées par la surface, la mesure de la force de contact ne fournit pas automatiquement une répartition de la pression de contact. La méthode de détection et la quantité requise doivent correspondre.
Figure 2. La force de contact et la pression du fluide sont des quantités mesurées différentes.
Dans un capteur à jauge de contrainte, la charge produit une petite déformation élastique dans un élément de détection métallique. Les jauges de contrainte liées modifient la résistance électrique à mesure que l'élément se déforme. Un circuit en pont convertit ce changement de résistance en une petite tension différentielle. Dans les conditions spécifiées, l'étalonnage établit la relation entre ce signal et la force appliquée.
Figure 3. La force appliquée devient une lecture utilisable grâce à la détection, au conditionnement et à l'étalonnage.
Un capteur de type bouton mesure une force de poussée appliquée via une fonction de chargement désignée. Il peut être utile sous une tête de test ou dans un appareil de compression compact. La surface de contact prévue, la zone de support et le dégagement des câbles doivent rester corrects après l'installation. Les capteurs de force de bouton miniatures doivent être comparés à la fois par leur dessin mécanique et leurs spécifications de mesure.
Pour un test push-pull, choisissez un capteur explicitement spécifié pour les deux directions. Les conceptions en ligne filetées peuvent se connecter entre deux appareils, tout en étant compactes Les conceptions de type S offrent un autre arrangement pour la tension et la compression. Tous les capteurs des deux catégories ne sont pas miniatures, et on ne peut pas supposer qu'un capteur à bouton de compression uniquement mesure la tension simplement en inversant le signe d'affichage.
Figure 4. Des capteurs d'apparence similaire peuvent nécessiter des dispositions de montage différentes.
Vérifiez quelles surfaces supportent le capteur, où la force entre et quelles zones doivent rester libres. Le dessin du catalogue FIBOS FA101 montre une installation encastrée, tandis que le dessin FA107A montre une fixation par vis. Le FA201 utilise des connexions filetées pour la tension et la compression. Ces exemples illustrent pourquoi les instructions de montage appartiennent au modèle, plutôt qu'à chaque capteur ayant une apparence similaire.
Un capteur situé dans le trajet de la charge de pressage peut suivre l'évolution de la force au fur et à mesure de l'assemblage d'un composant. L'évaluation de la force ainsi que du déplacement peut aider à distinguer un modèle d'assemblage attendu d'une pièce mal alignée, d'une obstruction ou d'une assise incomplète. Des limites d'acceptation doivent être développées pour les pièces et le processus réels ; la mesure de la force à elle seule ne prouve pas la qualité de l’assemblage.
Les tests de connecteurs et de composants peuvent nécessiter des mesures de force dans les deux sens. Les fixations doivent saisir l'élément de test sans ajouter de forces de flexion ou de frottement indésirables. La spécification pertinente peut être une force maximale, une force sur un trajet défini ou une répétabilité sur plusieurs cycles. La vitesse et l’alignement des tests doivent être contrôlés afin que les résultats puissent être comparés de manière significative.
Un capteur compact peut mesurer la force nécessaire pour actionner un bouton ou entrer en contact avec une petite pièce. La forme de la pointe, la position de chargement et la vitesse de déplacement affectent le test. Si une courbe force/déplacement est requise, associez la mesure de force à une mesure de déplacement appropriée et à une acquisition synchronisée. Le capteur de force lui-même ne mesure pas le déplacement.
Figure 5. Définissez les conditions de tâche et de montage avant de sélectionner le capteur.
Figure 6. Une deuxième vue d'installation du capteur de force fournie par le client.
Commencez par un croquis de l’assemblage complet. Marquez la force prévue, les points d'appui et chaque contact susceptible de transporter une charge autour du capteur. Décidez si vous avez besoin de compression, de tension ou des deux. Si des forces ou des moments dans plusieurs directions font partie de la mesure requise, évaluez une solution multi-axes plutôt que de vous attendre à ce qu'un capteur à axe unique les signale séparément.
Énumérez la charge de fonctionnement normale, la précharge ou la charge du luminaire, les pics attendus et les événements anormaux tels qu'un bourrage ou un impact. Vérifiez les conditions de charge autorisées du capteur sélectionné, les limites de surcharge et les exigences de fatigue, le cas échéant. Il n’existe pas de multiplicateur de capacité unique adapté à chaque mécanisme. Un indice de surcharge sûr ne constitue pas une extension de la plage de mesure calibrée.
Définissez également la plus petite force de travail ou changement de force que vous devez mesurer. Une plus grande capacité peut laisser de la place aux pics, mais la même petite force utilise alors moins de plage de sortie lorsque la sensibilité nominale est comparable. Évaluez le bruit, la résolution et l’erreur dans les unités de force à ce point de travail. Sélectionnez une plage qui s'adapte à l'enveloppe de charge complète tout en répondant aux exigences de mesure de faible force.
Figure 7. Considérez séparément les charges normales, les pics attendus et les événements anormaux.
Ces termes répondent à différentes questions. L'exactitude concerne l'accord avec une référence dans des conditions énoncées. La répétabilité concerne la cohérence des mesures répétées dans les mêmes conditions. La résolution concerne le plus petit changement que le système de mesure complet peut distinguer. Un affichage avec plus de décimales n’offre pas automatiquement une meilleure précision.
Vérifiez si une spécification d'erreur est basée sur une échelle réelle ou sur la lecture, et quels composants d'erreur elle inclut. À titre d'exemple arithmétique, 0,5 % d'une plage pleine échelle de 100 N équivaut à 0,5 N. Ce calcul à lui seul ne constitue pas une garantie de l'erreur totale du système installé. La température, le montage, le conditionnement du signal et l'étalonnage peuvent ajouter encore plus d'incertitude.
Figure 8. La précision, la répétabilité et la résolution décrivent différentes propriétés de mesure.
Réservez de l'espace pour le corps, le matériel de montage, la sortie des câbles, le rayon de courbure et tout élément de protection. Vérifiez la température, l'humidité, l'exposition au nettoyage, les vibrations et l'indice de protection réel du capteur et de ses connexions. Confirmez qu'une configuration électrique compatible est disponible pour le modèle sélectionné ; une option sur un modèle ou une version personnalisée n'est pas une option par défaut pour toute la famille.
Avant de demander une recommandation ou un devis, préparez l'application, la direction de la force, la force de travail minimale, les charges normales et maximales, la précharge, l'espace disponible, le croquis de montage, l'erreur de mesure requise, les exigences de cycle ou de réponse, l'environnement d'exploitation, l'interface de sortie et la quantité attendue. Incluez tous les impacts ou charges hors axe afin que le capteur proposé puisse être comparé à l'installation réelle.
Appliquez une force via la fonction de chargement prévue et soutenez le capteur comme son dessin l'exige. Une plaque environnante ne doit pas toucher une surface qui doit rester déchargée, et une butée dure ne doit pas contourner le capteur pendant une mesure normale. La forme du contact et l’état de la surface sont importants. Utilisez la méthode de montage et les instructions de fixation spécifiées plutôt qu'une procédure générique de serrage des boulons.
Figure 9. Concept de montage encastré par compression FA101 basé sur le catalogue.
Une force décentrée peut créer un moment de flexion ainsi qu'une charge axiale. Les forces latérales, la torsion et la traction du câble peuvent également perturber la mesure ou dépasser une limite mécanique. Vérifiez ces charges individuellement et en combinaison en utilisant les limites du fabricant. Les butées de protection ou les connexions conformes doivent être conçues de manière à protéger le capteur sans modifier le chemin de mesure prévu.
Figure 10. L'alignement et les chemins de charge parallèles peuvent modifier ce que mesure le capteur.
Un dispositif de fixation, un ressort ou un dispositif de serrage peut précharger le capteur avant le début du test. Incluez cette charge physique lors de la vérification de la plage de charge autorisée. Le tarage ou la mise à zéro peuvent supprimer sa contribution à la lecture affichée, mais ils ne suppriment pas la force du capteur ni ne restaurent la capacité déjà utilisée par cette précharge. Enquêtez sur les décalages de montage inattendus avant de les traiter comme une tare normale.
De nombreux capteurs basés sur un pont fournissent une sortie brute spécifiée en mV/V. Ceci décrit la sortie par rapport à la tension d'excitation, et non une tension API prête à l'emploi. Une électronique appropriée fournit l'excitation, amplifie et filtre le signal et le convertit en une lecture de force ou une sortie compatible. Certaines versions de capteurs incluent l'électronique ; d'autres nécessitent un externe amplificateur de cellule de charge ou un module de mesure à entrée en pont.
Faites correspondre l'excitation et la sortie du capteur à l'entrée de l'amplificateur, du module pont, de l'automate ou de l'acquisition de données (DAQ). Confirmez la configuration réelle du modèle et les affectations des broches avant de le connecter. Une entrée de tension ou de courant à elle seule ne rend pas un automate compatible avec un signal en pont brut.
Acheminez les signaux des capteurs de faible niveau loin du câblage d’alimentation et des sources d’interférences fortes lorsque cela est possible. Suivez les instructions du capteur et de l'amplificateur pour le blindage et la mise à la terre, et prévoyez un serre-câble afin que le mouvement du câble ne tire pas sur le capteur. Confirmez les affectations des broches à partir du dessin réel ; les couleurs des fils ne constituent pas une norme universelle entre les fabricants ou les modèles.
Figure 11. Faites correspondre la sortie brute ou conditionnée à l'équipement de réception.
Vérifiez la chaîne de mesure assemblée plutôt que le capteur seul. Après le montage et l'échauffement comme spécifié, établissez la condition de référence appropriée et inspectez la lecture du zéro. Appliquez des forces de référence connues appropriées aux points pertinents et comparez les valeurs mesurées avec les exigences d'acceptation. Vérifiez les deux sens de chargement lorsque l'application l'exige.
La mise à zéro supprime un décalage ; il n'établit pas la sensibilité du capteur ni ne prouve sa précision sur toute la plage. L'étalonnage caractérise la relation avec une référence, tandis que l'ajustement modifie la réponse de la mesure. Tenir des registres de l’équipement, du montage, des conditions, des résultats et de tout ajustement. Définissez des intervalles de revérification en fonction du risque, de l'utilisation, de la stabilité et des exigences de qualité applicables plutôt que d'adopter un intervalle pour chaque installation.
Figure 12. Vérifiez le système installé à l'aide des forces de référence pertinentes et des critères documentés.
Oui, si le modèle particulier est conçu, monté et calibré pour les deux directions. Confirmez la plage spécifiée et la méthode de chargement pour chaque direction. Une conception à compression uniquement ne doit pas être utilisée pour un essai de traction sans un arrangement explicitement approuvé.
Une surcharge peut provoquer un décalage du zéro, une modification de la sensibilité, une déformation permanente ou une défaillance. Si un événement de charge peut avoir dépassé une limite autorisée, arrêtez de vous fier à la lecture jusqu'à ce que le capteur et l'installation aient été évalués. Le retour de l'affichage à zéro ne démontre pas que le capteur reste conforme aux spécifications.
Cela dépend de la sortie du capteur et de l'entrée du PLC. Un pont mV/V brut nécessite normalement un matériel d'entrée de pont compatible ou un amplificateur. Une version analogique ou numérique conditionnée peut se connecter à une entrée ou une interface de communication correspondante, à condition que les exigences électriques et de protocole soient conformes.
Les capteurs à jauge de contrainte peuvent mesurer les forces changeantes lorsque le capteur, le montage et l'électronique répondent à la réponse dynamique requise. Vérifiez la bande passante du système complet et les paramètres d'acquisition. La fréquence naturelle, la fréquence d'échantillonnage et la bande passante de mesure utilisable sont des spécifications différentes et ne doivent pas se substituer les unes aux autres.
Incluez un dessin de montage et les exigences énumérées dans la liste de contrôle de sélection ci-dessus. Expliquez les dimensions, les cas de charge, les connexions de sortie ou les conditions environnementales qu'un modèle standard ne peut pas prendre en charge. Cela permet de déterminer si une conception standard différente ou une configuration personnalisée est appropriée.
