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Introduction aux cellules de charge
Une cellule de charge est un transducteur qui convertit une force en une sortie électrique mesurable. Bien qu’il existe de nombreuses variétés de cellules de charge, les cellules de charge basées sur les jauges de contrainte sont les plus couramment utilisées.

Historique des cellules de charge
Avant que les cellules de charge basées sur les jauges de contrainte ne deviennent la méthode privilégiée des applications de pesage industriel, les balances de levier mécanique étaient largement utilisées. Les balances mécaniques peuvent tout peser, des pilules aux wagons de chemin de fer, et peuvent le faire avec une grande précision et fiabilité si elles sont correctement étalonnées et entretenues. La méthode de fonctionnement permet d’améliorer l’utilisation d’un mécanisme d’équilibrage de poids ou la détection de la force développée par des leviers mécaniques. Les premiers capteurs de force de jauge de précontrainte comprenaient des modèles hydrauliques et pneumatiques. En 1843, le physicien anglais Sir Charles Wheatstone a conçu un circuit en pont qui pouvait mesurer les résistances électriques. Le circuit en pont de Wheatstone est idéal pour mesurer les changements de résistance qui se produisent dans les jauges de contrainte. Bien que la première jauge de contrainte à fil résistif attaché a été développée dans les années 1940, ce n’est qu’avec l’électronique moderne que la nouvelle technologie est devenue techniquement et économiquement réalisable. Depuis lors, cependant, les jauges de contrainte ont proliféré en tant que composants des balances mécaniques et des cellules de charge autonome. Aujourd’hui, à l’exception de certains laboratoires où les balances mécaniques de précision sont encore utilisées, les cellules de charge à jauge de contrainte dominent le secteur du pesage. Les cellules de charge pneumatiques sont parfois utilisées là où une hygiène et une sécurité intrinsèques sont souhaitées. Les cellules de charge hydrauliques sont prises en considération dans les sites distants, car elles ne nécessitent pas d’alimentation. Les cellules de charge à jauge de contrainte offrent une précision comprise entre 0,03 % et 0,25 %, balance pleine, et conviennent à presque toutes les applications industrielles.

Comparaison des performances de cellule de charge
Type Plage de poids Précision (FS) Apps Avantages Inconvénients
Cellules de charge mécaniques
Cellules de charge hydrauliques Jusqu’à 10 000 000 lb 0,25% Réservoirs, silos et trémies.
Zones dangereuses.
Supportent des charges élevées,
insensibles à la température.
Onéreuses, complexes.
Cellules de charge pneumatiques Larges Hautes Industrie alimentaire, zones dangereuses Intrinsèquement fiables.
Ne contiennent aucun fluide.
Réponse lente.
Nécessitent de l’air propre et sec
Cellules de charge à jauge de contrainte
Cellules de charge avec capteur de flexion 10 à 5 000 lb 0,03% Réservoirs, balances à plateforme Fabrication simple et peu onéreuse Les jauges de contrainte sont exposées,
protection requise
Cellules de charge avec capteur à cisaillement 10 à 5 000 lb 0,03% Réservoirs, balances à plateforme,
charges décentrées
Rejet de charge côté haute pression,
étanchéité et protection plus élevées
 
Cellules de charge de silo Jusqu’à 500 000 lb 0,05% Balances pour camion, réservoir, camion-citerne et trémie Gèrent les mouvements de charge Aucune protection des charges horizontales
Cellules de charge à anneau et PanCake 5 à 500 000 lb   Réservoirs, silos et balances Intégralement en acier inoxydable Aucun mouvement de charge permis
Cellules de charge à
bouton et rondelle
0 à 50 000 lb
0 à 200 lb typ.
1% Petites balances Petites et peu onéreuses Les charges doivent être centrées, aucun
mouvement de charge permis
Autres cellules de charge
Hélicoïdales 0 à 40 000 lb 0,2% Poids pour plateforme, chariot élévateur, charge de roue,
sièges automobiles
Gèrent les charges hors-axe,
les surcharges et les chocs
 
Fibre optique   0,1% Câbles de transmission
électriques, fixation par goujons ou boulons
Immunisées contre les radiofréquences/les interférences électromagnétiques et
les températures élevées, intrinsèquement fiables
 
Piézo-
résistives
  0,03%   Extrêmement sensibles,
niveau de sortie du signal élevé
Onéreuses, sortie non linéaire

Principes de fonctionnement des cellules de charge :

Vous pouvez distinguer les conceptions de cellules de charge selon le type de signal de sortie généré (pneumatique, hydraulique, électrique) ou selon la façon dont elles détectent le poids (flexion, cisaillement, compression, tension, etc.).

Les cellules de charge hydrauliques sont des appareils avec équilibrage des forces mesurant le poids comme un changement de pression du fluide de remplissage interne. Dans une cellule de charge hydraulique de type diaphragme déroulant, une charge ou une force agissant sur une tête de chargement est transférée à un piston qui comprime à son tour un fluide de remplissage confiné dans une chambre à membrane en élastomère. À mesure que la force augmente, la pression du fluide hydraulique augmente. Cette pression peut être indiquée localement ou transmise pour un contrôle ou une indication à distance. La sortie est linéaire et relativement peu affectée par la quantité de liquide de remplissage ou par sa température. Si les cellules de charge ont été correctement installées et étalonnées, la précision peut être de 0,25 % ou supérieure, à balance pleine, ce qui est acceptable pour la plupart des procédés d’applications de pesage. Ce capteur n’ayant aucun composant électrique, il est idéal pour une utilisation en zone dangereuse. Les applications de cellules de charge hydraulique typiques incluent le pesage des réservoirs, des silos et des trémies. Pour une précision maximale, le poids du réservoir devrait être obtenu en plaçant une cellule de charge au niveau de chaque point de support et en additionnant les résultats.

Les cellules de charge pneumatiques fonctionnent également sur le principe de l’équilibrage des forces. Ces appareils utilisent plusieurs chambres à amortisseur pour fournir une plus grande précision que l’appareil hydraulique. Sur certains modèles, la première chambre à amortisseur est utilisée comme une chambre de poids à vide. Les cellules de charge pneumatiques sont généralement utilisées pour mesurer des poids relativement faibles dans les industries où la propreté et la sécurité sont des sujets de grande préoccupation. Les avantages de ce type de cellule de charge incluent leur caractéristique antidéflagrante inhérente et leur insensibilité aux variations de température. En outre, elles ne contiennent aucun fluide qui pourrait contaminer le procédé si le diaphragme se rompt. Les inconvénients incluent une rapidité de réponse relativement lente et la nécessité que l’air ou l’azote soit propre, sec et régulé.

 Les cellules de charge à jauge de contrainte convertissent la charge qu’elles supportent en signaux électroniques.  Les jauges elles-mêmes sont collées à une poutre ou à un élément structurel qui se déforme lorsque le poids est appliqué. Dans la plupart  des cas, quatre jauges de contrainte sont utilisées pour obtenir une compensation maximale de la sensibilité et de la température. Deux   des jauges sont habituellement en tension et deux en compression; le câblage est effectué à partir des réglages de compensation comme  illustré sur la figure 7-2. Lorsque le poids est appliqué, la contrainte modifie la résistance électrique des jauges proportionnellement  à la charge. D’autres cellules de charge tendent à disparaître, les cellules de charge à jauge de contrainte devenant de plus en plus   précises et de moins en moins onéreuses.

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Types de cellules de charge
Cellule de charge à compression LCGD Cellules de charge à compression
Leur conception repose généralement sur des boutons. Elles sont idéales pour un montage là où l’espace est restreint. Elles offrent une excellente stabilité à long terme.
Cellule de charge à compression/tension LCFD Cellules de charge à compression/tension
Elles peuvent être utilisées pour les applications où la charge peut passer d’une tension à une compression et vice versa. Elles sont idéales pour les environnements où l’espace est restreint. Les extrémités filetées facilitent l’installation.
Cellule de charge en poutre en S LC101 Cellules de charge en poutre en S
Les cellules de charge en poutre en S tiennent leur nom de leur forme en S. Elles peuvent fournir une sortie si elles sont soumises à une tension ou à une compression. Les applications incluent les balances de niveau du réservoir, de trémies et de camions. Elles fournissent un rejet de charge sur le côté supérieur.
Cellule de charge avec capteur à flexion LC501 Cellules de charge avec capteur à flexion
Elles sont utilisées dans plusieurs applications de cellule de charge, le pesage des réservoirs et le contrôle des procédés industriels. Leur faible encombrement permet une intégration dans des zones où l’espace est restreint.
Cellule de charge avec capteur à flexion LCHD Cellules de charge à plateforme et uniques
Elles sont utilisées dans les systèmes de pesage commerciaux et industriels. Elles fournissent des renseignements précis, quelle que soit la position de la charge sur la plateforme.
Cellules de charge de silo et uniques LC1001 Cellules de charge de silo
Elles sont utilisées pour les applications de pesage unique ou multiple. Elles sont souvent intégralement en acier inoxydable et hermétiquement fermées pour les zones humides et de lavage.
Cellule de charge à faible encombrement LC402 Cellules de charge à faible encombrement
Cellules de charge à compression et tension/compression. Les trous de fixation et les filetages femelles facilitent l’installation. Utilisées fréquemment dans les études de pesage et la surveillance des forces directes.

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