Qu’est-ce qu’un capteur de contrainte ?
Les capteurs de contrainte sont des instruments de mesure qui détectent la déformation d’un objet testé sous la forme d’une modification des signaux électriques. Ils mesurent la quantité de déformation à partir de cette modification des signaux électriques.
Ils sont capables d’effectuer des mesures extrêmement précises et rapides et peuvent être utilisés pour mesurer des déformations statiques et dynamiques.
Utilisations des capteurs de contrainte
Les capteurs de contrainte sont utilisés pour vérifier la résistance et la sécurité des véhicules, des chemins de fer, des avions et des bâtiments. Ils sont également utilisés en médecine clinique, en rééducation et en ergonomie, et sont utiles pour mesurer des quantités physiques dans un grand nombre de domaines.
Parmi les autres capteurs basés sur les capteurs de contrainte, l’on peut citer les capteurs d’accélération, les cellules de charge, les capteurs de pression, les capteurs de déplacement et les capteurs de couple.
Principe des capteurs de contrainte
La structure générale d’un capteur de contrainte consiste en un câblage en forme de zigzag constitué d’un mince film métallique sur un mince film isolant. Le câblage du film métallique est formé par un processus de photogravure et le capteur de contrainte est fixé à l’échantillon à l’aide d’un adhésif spécial.
Le capteur de contrainte effectue la mesure en convertissant la contrainte sur la surface de l’échantillon en un signal électrique. Le capteur modifie la résistance de l’ensemble du circuit électrique en réponse à la contrainte exercée sur l’échantillon. De cette manière, la contrainte peut être quantifiée en mesurant la résistance. Lorsqu’un capteur de contrainte est fixé à un échantillon et que celui-ci est déformé, le câblage en zigzag du capteur de contrainte se dilate et se contracte en fonction de la contrainte.
Lorsque le câblage est étiré, la section transversale du câblage devient plus petite et la résistance électrique augmente. A l’inverse, lorsque le câblage est rétréci et que la section transversale devient plus grande, la résistance électrique diminue. La déformation peut être mesurée et quantifiée à partir de ce changement de résistance électrique. Un circuit en pont de Hoiston est utilisé pour détecter cette infime variation de la résistance du capteur de contrainte.
Dans un circuit de pont de Hoiston, une tension est appliquée à l’entrée du pont et la tension modifiée par la déformation de l’objet à mesurer est mesurée à la sortie. Cette différence permet de détecter les variations de la résistance électrique du câblage du capteur de contrainte, ce qui permet de quantifier la contrainte de l’objet mesuré. Le câblage des capteurs de contrainte est principalement constitué d’une feuille de métal, mais certains sont également composés de semi-conducteurs. Il existe également des capteurs de contrainte qui utilisent l’effet piézoélectrique de la céramique.
Types de capteurs de contrainte
Les capteurs de contrainte peuvent être uniaxiaux, avec un seul élément et un câblage en zigzag, ou multiaxiaux, avec deux éléments ou plus. Dans la version multiaxiale, deux éléments sont disposés de manière à ce que certains d’entre eux se chevauchent.
Il en existe différents types, tels que ceux qui conviennent aux mesures du coefficient de Poisson et ceux qui comportent trois éléments disposés de manière à ce que certains d’entre eux se chevauchent et conviennent à l’analyse des contraintes. Les capteurs à éléments multiples disposés en parallèle conviennent à l’analyse des concentrations de contraintes.
Comment choisir un capteur de contrainte
Il est important de choisir le type de capteur de contrainte et la longueur de la section de câblage dans le sens de la déformation en fonction de l’objet à mesurer, ainsi que de faire correspondre le coefficient de dilatation linéaire du capteur de contrainte à celui de l’objet à mesurer.
Autres informations sur les capteurs de contrainte
1. Traitement de surface de l’objet à mesurer
Pour garantir la précision des mesures, il faut éliminer la rouille, la peinture, etc. de l’objet à mesurer. Il est également important de préparer la surface de l’objet à mesurer avec du papier de verre et de dégraisser la surface sur laquelle le capteur de contrainte doit être collé.
2. Comment appliquer le capteur de contrainte
Pour effectuer des mesures précises à l’aide de capteurs de contrainte, il faut d’abord déterminer et marquer la position exacte sur l’objet à mesurer. Ensuite, appliquez l’adhésif spécifié au dos du capteur de contrainte, alignez la marque sur l’objet à mesurer avec la marque centrale sur le capteur de contrainte et sertissez-le.
Même en cas d’utilisation d’une colle instantanée, il est important de veiller à ce que le temps de séchage soit suffisant.
3. Précision du capteur de contrainte
Les capteurs de contrainte mesurent la quantité de contrainte en utilisant les changements dans la résistance électrique des sections de câblage en forme de zigzag. Des erreurs de mesure peuvent se produire en raison d’erreurs dans les valeurs de résistance et d’erreurs spécifiques au câblage du capteur de contrainte. La résistance des fils de connexion reliant le capteur de contrainte et l’alimentation électrique, ainsi que la température et l’humidité de l’environnement de test, sont également des facteurs d’erreurs de mesure.
Il existe donc des appareils qui corrigent automatiquement ces erreurs en utilisant une combinaison spécifique de capteurs de contrainte et d’enregistreur de données.