Le pesage industriel nécessite l’utilisation de systèmes de pesage spécifiques pour chaque activité industrielle. Dans le secteur de la logistique et de la manutention, le matériel de pesage comprend notamment les balances industrielles, les capteurs de pesage, les pesons de type industriel, les ponts à bascule, etc.
Table des matières
Les capteurs de pesage : fonctionnement
Un capteur de pesage est en général un élément de mesure qui transforme une contrainte mécanique en un signal électrique. Il est principalement utilisé pour mesurer le poids. Et bien qu’il puisse être employé pour mesurer d’autres forces telles que le couple, la compression, la pression, etc., nous nous concentrerons ici sur les applications de mesure du poids d’un objet.
L’unité standard mondiale de mesure du poids est le kilogramme (kg). Sans la gravité, qui est un champ physique, un objet ne pèse littéralement rien, mais sa masse reste inchangée, c’est une constante, quel que soit le champ de pesanteur dans lequel il se trouve. Lorsque vous pesez quelque chose, vous mesurez en réalité la masse de cet objet par rapport au corps céleste à proximité duquel il se trouve. Dans notre cas, c’est la planète Terre. Ainsi, un capteur de pesage mesure la masse en retraitant les paramètres du champ de pesanteur, en déduisant donc la masse de l’objet.
Généralement, le capteur de pesage est composé d’un corps d’épreuve (un élément ressort métallique) sur lequel sont appliquées des jauges de contrainte (mais ce n’est pas systématiquement le cas). Lorsqu’une charge est posée sur le corps d’épreuve, celui-ci se déforme plus ou moins, puis revient à son état initial lorsqu’il en est libéré. Ces déformations sont captées et converties en signal électrique pour indiquer le poids de la charge.
Il existe de nombreux types de capteurs de pesage industriel
Il existe plusieurs technologies utilisées dans un capteur de pesage, comme les capteurs pneumatiques. Les capteurs hydrauliques ne nécessitent pas d’alimentation électrique et sont donc fréquemment utilisés dans des endroits qui ne sont pas situés à proximité d’une source de courant. Il existe également des capteurs piézoélectriques qui fournissent une sortie de haut niveau (mais non linéaire).
Les capteurs à jauge de contrainte
Les capteurs de pesage les plus utilisés dans le secteur industriel sont de type jauge de contrainte. Les entreprises apprécient les capteurs de pesage à jauge de contrainte pour leur durabilité, leur rigidité et leurs valeurs de résonance. La jauge de contrainte du capteur de pesage est une résistance planaire qui se déforme en fonction des activités du matériau du capteur de pesage. La résistance électrique de la jauge de contrainte change de forme à des niveaux qui sont en corrélation avec la contrainte. Nous détaillons plus bas le fonctionnement de ces capteurs, qui sont de loin les plus répandus.
Les capteurs de pesage piézoélectriques
Avec le capteur de pesage piézoélectrique, la déformation est similaire à celle du capteur de pesage à jauge de contrainte. Cependant, le matériau piézoélectrique génère une tension en réponse au changement de forme du capteur de pesage. La tension ne sert pas à mesurer des valeurs statiques, mais reste néanmoins importante lorsque la déformation subit des changements. Avec le conditionnement d’un amplificateur de charge, le capteur de pesage piézoélectrique mesure particulièrement bien les objets étendus.
Les capteurs de charge hydrauliques
Le capteur de pesage hydraulique fonctionne en combinaison avec un cylindre et un piston recouvert d’une membrane. Le principe est le suivant : on place de l’huile dans le capteur et on augmente la pression de l’huile par le mouvement du piston en réponse à la charge. Le transfert de la pression à travers un tuyau permet de mesurer la pression hydraulique. En raison de l’absence de pièces électriques, un capteur de pesage hydraulique peut être utilisé en toute sécurité dans des environnements dangereux.
Les capteurs de pesage pneumatiques
Le capteur de charge pneumatique est conçu pour contrôler l’équilibre de la pression. Un côté du diaphragme est exposé à la pression de l’air, qui passe par la buse inférieure du capteur. Un manomètre intégré mesure la pression dans le capteur de charge.
Le type de capteur le plus répandu : les capteurs à jauge de contrainte
Les capteurs à jauges de contrainte sont le type le plus répandu dans le monde aujourd’hui. Ils sont peu coûteux, très fiables et disponibles pour gérer une large gamme d’entrées de force. Ils sont ainsi la norme dans l’industrie du pesage. Il se peut même que vous utilisiez chaque matin, sans même vous en rendre compte, une machine basée sur des capteurs à jauges de contrainte. En effet, alors que les balances mécaniques classiques utilisent une série de leviers pour répartir le poids appliqué et actionner un ressort relié à un cadran mécanique, la plupart des modèles numériques actuels utilisent plusieurs capteurs de charge à jauges de contrainte pour calculer le poids.
Dans les meilleurs pèse-personnes numériques, un capteur de charge à jauges de contrainte est placé à chacun des quatre coins du pèse-personne. En fait, ils sont souvent intégrés sous les “pieds” du pèse-personne. Deux des capteurs sont positionnés en mode tension et les deux autres en mode compression. Lorsque vous montez sur la balance, le microcontrôleur prend leurs sorties et les convertit en une valeur de poids agrégée dans l’unité de mesure sélectionnée, puis affiche ce nombre sur un indicateur. Certains modèles utilisent même un thermocouple pour mesurer la température ambiante et en tenir compte dans l’équation, car les jauges de contrainte sont des capteurs à résistance et sont affectées par la température.
Fonctionnement physique d’un capteur à jauge de contrainte
Une jauge de contrainte mesure la contrainte au moyen d’une variation de la résistance. Une feuille de métal est montée sur un substrat flexible, qui sert également d’isolant. Un courant passe à travers la feuille. Lorsque l’objet testé est sollicité (c’est-à-dire comprimé ou mis en tension), on observe une variation de la résistance proportionnelle à la déformation.
Lorsqu’un conducteur est étiré, sa résistance augmente. Lorsqu’il est comprimé, sa résistance diminue. Ce changement de résistance peut être mesuré à l’aide d’un pont de Wheatstone, qui consiste en quatre jauges de contrainte disposées selon un schéma électrique précis.
Ainsi, lorsqu’une jauge de contrainte est fixée sur un boîtier mécanique, puis lorsque ce boîtier est soumis à une contrainte ou à une force, telle qu’un poids, la jauge mesure la compression ou la tension relative causée par cette charge. La combinaison d’un tel boîtier avec le capteur à jauge de contrainte monté dessus constitue un capteur de pesage complet.
Applications sectorielles des capteurs de pesage
- L’aérospatial : test de la poussée des moteurs à réaction, mesure de la charge sur les roues et les trains d’atterrissage.
- La navigation : surveillance des tensions sur les lignes d’amarrage lorsqu’elles s’étirent sous la charge du navire se déplaçant sur l’eau.
- Le transport : mesures du couple sur les moteurs électriques, à essence et diesel, surveillance de la charge par essieu, charges sur les roues des trains et des camions, mesure du poids des cargaisons aux stations de pesage des autoroutes.
- L’industrie : mesures de la force sur les boîtes d’engrenages et les pompes, mesures de la tension dans les applications de pose de tuyaux sous-marins, mesures de la tension et de la force dans les applications des papeteries et des aciéries, pesage de trémies et de navires.
- Le médical : lits d’hôpitaux qui pèsent le patient, balances de précision pour incubateurs de nourrissons et de bébés, mesures de la charge en milieu hospitalier.
- La construction : mesure de la force des câbles dans les ascenseurs, forces sur les échafaudages selon les normes internationales.
- La pétrochimie : mesure des forces exercées sur les outils de forage pétrolier et gazier.
- L’agriculture et l’élevage : mesure du poids du bétail passant dans des goulottes, mesure des forces sur les câbles et les équipements d’accueil, pesage de trémies, de citernes et de silos.
Si l’on considère la variété de leurs applications, les capteurs de pesage sont bel et bien au cœur de l’industrie dans une grande quantité de secteurs.
Comment choisir son capteur de pesage ?
Le processus de choix d’un capteur de pesage est souvent compliqué par le fait que chaque option présente des avantages uniques. Les différentes applications de pesage ont leurs propres caractéristiques. C’est pourquoi vous devez discuter de vos besoins en matière de capacité de pesage avec un fournisseur compétent avant de faire votre choix.
La décision que vous prenez en fonction des critères de sélection des capteurs de pesage n’est qu’une étape dans leur processus global de mise en œuvre. Ensuite, vous devez encore vous assurer que vous avez correctement installé et équipé le capteur de pesage avec l’instrumentation appropriée. Sans cela, vous n’obtiendrez pas de mesures assez précises.
Quels sont vos besoins capacitaires ?
Déterminez la capacité de charge maximale requise pour vos applications, ainsi que le minimum nécessaire. Lorsque vous déterminez les exigences de capacité des capteurs de pesage, vous devez tenir compte des facteurs extérieurs. Pour vous assurer d’avoir la capacité optimale, choisissez une capacité qui dépasse la charge de fonctionnement la plus élevée prévue.
Par conséquent, vous risquez de compromettre sérieusement la précision d’une application si vous ne choisissez pas le capteur de pesage approprié.