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Qu'est-ce qu'un capteur « poutre » et quel est son principe de fonctionnement?

Les capteurs en forme de poutre constituent l'une des catégories les plus utilisées dans l'industrie du pesage. Il en existe d’autres types comme par exemple en compression, en traction, ou à point d’appui central. Ils sont sans aucun doute le type de capteur le plus souvent mis en œuvre à ce jour.

Les pesons en forme de poutre fonctionnent comme de simples barreaux montés en porte-à-faux qui fléchissent légèrement lorsqu'ils sont soumis à une force ou à un poids. Ils sont généralement fixés à une extrémité et libres à l'autre, se comportant un peu comme une lame, bien qu'il existe également des versions « double poutre » qui sont montées, elles, à chaque extrémité et chargées au centre, un peu plus comme l’est un hamac. De plus, il est courant de voir ces capteurs « poutres » classés en deux sous-catégories, selon la façon dont ils mesurent la force ou le poids. Les capteurs en flexion mesurent des déformations dues à une flexion tandis que les cellules en cisaillement mesurent des déformations dues à des contraintes de cisaillement.

Les capteurs « poutres » représentent le groupe le plus étendu et le plus polyvalent, couvrant une large gamme de capacités et offrant diverses options de montage et autant d’accessoires. Ils sont souvent montés en plusieurs points lorsque les dimensions des systèmes de pesage ou des balances rendent impossible l'utilisation d'un seul capteur à point d’appui central.

Principe de fonctionnement

Les capteurs en forme de poutre, comme toutes les autres cellules de charge modernes, sont essentiellement des transducteurs qui convertissent la force ou le poids en un signal électrique au moyen de jauges d’extensiométrie. Lorsqu'une charge lui est appliquée, le corps d’épreuve de la cellule fléchit grâce aux propriétés élastiques du matériau métallique dans lequel il est fabriqué. Les jauges d’extensiométrie collées, positionnées stratégiquement et solidaires de la surface du capteur, s'allongeront ou rétréciront en conséquence. Cela modifie leur résistance électrique et entraîne une modification de la tension aux bornes du circuit électrique (pont de jauges). Cet effet étant proportionnel à la grandeur appliquée, il permet de fait d’en déterminer la valeur.

Conception

Les capteurs « poutres » se présentent sous de nombreuses formes et dimensions permettant de s'adapter à un large éventail d'applications. En règle générale, ils présentent tous une faible hauteur en comparaison de leur longueur. Cela contraste avec les capteurs de charge en compression de type colonne, inversement proportionnés, étant plus minces que hauts.

Les cellules de pesage en flexion sont conçues de telle sorte que leur corps d’épreuve se déforme proportionnellement à la charge appliquée. Elles sont dimensionnées pour offrir un niveau de déformation ou de flexion important pour des forces relativement modérées, ce qui convient bien à des applications de faible capacité.

Les jauges d’extensiométrie positionnées sur la surface convexe s'allongeront, tandis que celles situées sur la surface concave raccourciront.

Il y a donc toujours deux surfaces soumises à une déformation égale et opposée, ce qui est pratique pour la mise en œuvre d'un circuit à pont complet de jauges et pour la compensation en température.

Les capteurs en cisaillement, même s’ils peuvent sembler similaires au premier abord, fonctionnent un peu différemment. Un trou borgne est usiné de chaque côté du corps d’épreuve, tout en y préservant une section relativement mince en son centre. Cela donne à la cellule de charge un aspect en coupe similaire à celui d’une poutre structurelle en forme de « I » , répandue en construction, pour qui, tout comme elle, la majeure partie de la contrainte de cisaillement est concentrée dans cette section verticale plus mince. Des jauges d’extensiométrie sont collées sur les surfaces latérales de cette section, à des angles de 45 degrés pour en mesurer les déformations. Conjointement, les lames supérieures et inférieures offrent résistance à la flexion et / ou aux moments fléchissants.

Les capteurs en cisaillement sont majoritairement répandus dans les applications de moyennes et de hautes capacités, offrant une excellente résistance aux forces latérales. Ils ne sont généralement pas conçus pour les faibles charges en raison de la difficulté à devoir réaliser une section suffisamment mince pour obtenir les niveaux de déformation nécessaires. Les capteurs en flexion et à point d’appui central sont plus appropriés dans de tels cas d'utilisation.

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