Les capteurs de force s’imposent dans les industries où les mesures jouent un rôle central et doivent être aussi fiables que précises. On compte parmi elles l’industrie automobile, médicale, aéronautique et spatiale, de la défense, la fabrication de haute précision… Ce sont des transmetteurs qui servent à mesurer les contraintes de traction et de compression. Ils transforment les forces physiques en signaux électriques exploitables et proportionnels aux efforts exercés. On en distingue plusieurs types, mais dans ce dossier, nous allons nous attarder sur certains d’entre eux qui sont bien sûr les plus courants.
Les capteurs de force annulaires
Aussi appelés capteurs « donut » ou anneaux de mesure de force, les capteurs de force annulaires se distinguent par leur orifice transversant. Comme expliqué sur sensy.com, spécialiste des capteurs industriels, ces dispositifs sont conçus pour des applications qui requièrent la mesure d’une force au travers d’un perçage central. Ils sont extrêmement robustes, faciles à monter et sont en mesure de détecter des forces statiques élevées.
Ils peuvent en plus être munis de filetages leur permettant de se fixer efficacement sur les faces inférieures et supérieures. Leur géométrie et leurs caractéristiques permettent de déterminer les contraintes de compression et de tension pour un panel élargi d’applications :
- mesure de force sur des arbres d’entraînement,
- évaluation de force d’assemblage,
- lignes de production et bancs d’essai,
- équipements d’inspection et de mesure,
- dispositifs de coupe…
Les anneaux de force sont fréquemment utilisés dans le cadre des mesures des efforts de serrage de vis doublons. Dans tous les cas, les contraintes à mesurer doivent s’exercer de manière axiale, perpendiculairement aux anneaux de mesure et sans force transverse. Selon les modèles, les capteurs de force annulaires peuvent mesurer de 0,5 à 50 000 daN.
Les capteurs de force « pancake »
Les capteurs de force de type « pancake » ou « galette » disposent en leur centre d’un orifice taraudé de fixation (point d’application des forces). Au niveau de leur anneau extérieur se trouve une multitude de perçages que l’on utilise pour leur montage. Ces points de fixation se révèlent très utiles lors des mesures de contraintes de traction. Quoi qu’il en soit, les capteurs « pancake » disposent d’une hauteur réduite et la sensibilité de leur structure aux efforts parasites (moment, couple, forces transversales) est relativement faible.
Ces caractéristiques en font ainsi des outils idéals pour des applications qui requièrent rigidité et précision chirurgicale. On les utilise dans la majorité des cas sur des presses en compression dans une optique de contrôle des contraintes exercées durant les tests ou la production. Il est aussi possible d’en tirer parti pour des applications en fatigue ou d’endurance. Ils peuvent mesurer de 25 à 500 000 daN.
Les capteurs de force miniatures
Les capteurs de forces miniatures sont des mini-transmetteurs qui permettent de réaliser des mesures en compression et en traction d’une grande précision. Du fait de leur taille réduite, ils sont particulièrement adaptés aux applications qui exigent une très haute précision et où l’espace est restreint. Les capteurs de force miniatures se scindent en plusieurs catégories.
On trouve les transmetteurs de type bouton. Ce sont des dispositifs munis d’un cylindre central de petit diamètre sur lequel les forces en compression sont appliquées. On les utilise surtout pour des applications de mesure et de test, mais également pour le contrôle ainsi que la surveillance des machines d’assemblage, d’emballage ou de test de fin de ligne. On note aussi les capteurs en S miniatures dont la construction les rend très peu sensibles aux efforts parasites.
Les mini-transmetteurs en flexion sont quant à eux utilisés pour réaliser des mesures de flexion dans les deux sens. Ils sont très légers et disposent d’une excellente précision. Au-delà de ces outils, on cite les modèles miniatures à large surface d’appui haute capacité et les modèles en ligne avec filetage de fixation mâle.
Capteurs à jauge de contrainte ou piézoélectrique : quelle différence ?
Une jauge de contrainte est une grille conductrice dont la résistance se modifie à partir du moment où elle est comprimée ou étirée. Cela lui permet de mesurer les efforts appliqués en compression ou en traction. Ce type de jauge convient parfaitement aux tests de surveillance de longue durée.
Un capteur piézoélectrique génère quant à lui une tension lorsqu’il est serré par une force proportionnelle à l’effort appliqué. Il intègre une électrode comprise entre deux disques piézoélectriques. C’est cet élément-là qui produit une charge quand il fait l’objet d’une compression.
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