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Cellules de Charge

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.

Les principes de fonctionnement fondamentaux de force, accélération et instrumentation de couple sont liés aux dispositifs piézoélectriques et de jauges de déformation utilisés pour mesurer les pressions statiques et dynamiques. Souvant les spécifications de la configuration et du procédé de signal déterminent la sortie de mesure. Un accéléromètre capte le mouvement de la surface sur laquelle il est monté et produit une sortie de signal électrique qui est liée à ce mouvement. L'accélération est mesurée en pieds par seconde au carré, et le résultat de l'accélération et la masse mesurée provoquent la force. Le couple est un effort de torsion, qui se trouve normalement sur les puits, colones, poulies et d'autres instruments de rotation. Il est définit comme le produit de la force et le rayon sur lequel il agit. Il est exprimé en unités de poids fois longueur, tel que lb.-pi. et N-m.

Load cells
Circuit de Wheatstone avec compensation

Apprendre plus sur les cellules de charge

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.

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.

Les capteurs de compression sont polyvalents avec des profilés profilés et soudés en acier inoxydable. Ils sont très précis dans le contrôle des forces de compression et de tension. Les cellules de pesage industrielles avec raccordement de charge fileté sont construites pour mesurer les forces de tension ou de compression dans les environnements industriels durs. Les unités bidirectionnelles vont de 25 à 10 000 livres dans un diamètre de 2 "(FSO Linearité de ± 0,15%).

Choisissez la bonne cellule de charge pour votre application

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Cellules de charge à compression Cellules de charge à compression
Les capteurs à compression sont idéales pour un montage là où l’espace est restreint. Elles offrent une excellente stabilité à long terme. Leur conception repose généralement sur des boutons.
Cellules de charge à compression/tension Compression/Tension Load Cells
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.
Cellules de charge en poutre en S 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.
Cellules de charge avec capteur à flexion Cellules de charge avec capteur à flexion
Les cellules de charge avec capteur à flexion 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
Cellules de charge à plateforme et uniques Cellules de charge à plateforme et uniques
Les cellules de charge à plateforme et uniques 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 Cellules de charge de silo
Les cellules de charge de silo 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.
Cellules de charge à faible encombrement Cellules de charge à faible encombrement
Les cellules de charge à faible encombrement sont des 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.

Questions fréquemment posées

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Comparaison: cellules de charge

Type Poids Précision (FS) Applications Forces Faiblesses
Cellules de charge mécaniques
Cellules de charge hydrauliques Jusqu'à 10 000 000 lb 0,25% Réservoirs, poubelles et trémies. Les Zones dangereuses. Prend des impacts élevés,
Insensible à la température.
Cher, complexe.
Cellules de charge pneumatiques Large Élevé Industrie alimentaire, zones dangereuses Sécurité intrinsèque. Les Ne contient aucun fluide. Réponse lente. Les Nécessite de l'air propre et sec
Cellules de charge à jauge de contrainte
Cellules de charge avec capteur à flexion 10-5k lbs. 0.03% Réservoirs, plate-forme, Faible coût, construction simple Les jauges de contrainte sont exposées,
Nécessitent une protection
Capteur de force en cisallement 10-5k lbs. 0.03% Réservoirs, plate-formes,
Charges hors centre
Rejet de charge élevée, meilleur
Étanchéité et protection
 
Cellules de charge de silo jusqu'à 500k lbs. 0.05% Balances de camion, de réservoir, de voie et de trémie Gère les mouvements de charge Aucune protection de charge horizontale
Cellules de charge à anneau et PanCake 5- 500k lbs.   Réservoirs, bacs, balances Tout acier inoxydable Pas de mouvement de charge autorisé
Cellules de charge à
rondelle et bouton
0-50k lbs
0-200 lbs. typ.
1% Petites échelles Petit, peu coûteux Les charges doivent être centrées, pas de Mouvement de charge autorisé
Autres cellules de charge
Hélicoïdal 0-40k lbs. 0.2% Plateforme, chariot élévateur, charge de roue,
Poids du siège automobile
Traite les charges hors axe,
Surcharges, chocs
 
Fibre optique   0.1% Transmission électrique
Câbles, supports de goujons
Immune à RFI / EMI et
Haute température, sécurité intrinsèque
 
Piezo-
Résistives
  0.03%   Extrêmement sensible, élevé
Niveau de sortie du signal
Haute coût, sortie non linéaire