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Introduction aux jauges de contrainte
Jauges de contrainte (jauges) : qu’est-ce qu’une jauge de contrainte? Une jauge de contrainte est un capteur dont la résistance varie selon la force appliquée. Elle convertit la force, la pression, la tension, le poids, etc. en une variation de la résistance électrique qui peut ensuite être mesurée.

Lorsque des forces extérieures sont appliquées à un objet fixe, il en résulte une contrainte et une déformation. La contrainte est définie par les forces de résistance internes de l’objet, et la tension est définie par le déplacement et la déformation qui en découlent.

La jauge de contrainte constitue l’un des outils les plus importants des techniques de mesure électriques appliquées à la mesure des grandeurs mécaniques. Comme leur nom l’indique, elles sont utilisées pour mesurer la contrainte. Le terme technique « contrainte » indique une contrainte de traction et de compression, qui se distingue par un signe positif ou négatif. Ainsi, les jauges de contrainte peuvent être utilisées pour mesurer l’expansion aussi bien que la contraction.

La contrainte d’un corps est toujours causée par une influence externe ou un effet interne. La contrainte peut être causée par des forces, des pressions, des moments, de la chaleur, des changements structurels de la matière, etc. Si certaines conditions sont remplies, le montant (ou la valeur) de la grandeur d’influence peut être déduit de la valeur de contrainte mesurée. Cette fonction est largement utilisée dans l’analyse expérimentale des contraintes. L’analyse expérimentale des contraintes utilise les valeurs de contrainte mesurées sur la surface d’un échantillon, ou d’une partie de la structure, pour indiquer la contrainte du matériau et également prévoir sa sécurité et son endurance. Des transducteurs spéciaux peuvent être conçus pour la mesure des forces ou d’autres grandeurs dérivées, tels que des moments, des pressions, des accélérations, des déplacements, des vibrations et autres. Le transducteur comporte en général une membrane sensible à la pression, à laquelle sont liées des jauges de contrainte.

Jauges de contrainte en feuille métallique

La première jauge de contrainte en feuille métallique à fil a été développée en 1938. La jauge de contrainte en feuille métallique à fil est composée d’une grille de filaments métalliques (résistance) de l’ordre de 0,025 mm (0,001 po) d’épaisseur, collée directement sur la surface contrainte par une fine couche de résine époxy. Lorsqu’une charge est appliquée sur la surface, la variation résultante de la longueur de la surface est communiquée à la résistance et la contrainte correspondante est mesurée en fonction de la résistance électrique de la feuille métallique, qui varie linéairement avec la contrainte. La membrane métallique et le liant adhésif doivent transmettre la contrainte conjointement, tandis que l’adhésif doit aussi servir d’isolant électrique entre la feuille et la surface. Pour choisir une jauge de contrainte, il est nécessaire de prendre en compte non seulement les caractéristiques de contrainte du capteur, mais aussi sa stabilité et sa sensibilité à la température. Malheureusement, les matériaux de jauge de contrainte les plus souhaitables sont également sensibles aux variations de température et leur résistance a tendance à changer à mesure qu’ils vieillissent. Ceci n’a pas d’incidence importante pour les tests de courte durée, mais pour les mesures industrielles en continu il est toutefois nécessaire d’inclure une compensation de la température et des dérives.

Circuits de mesure

Afin de mesurer la contrainte avec une jauge de contrainte à résistance liée, elle doit être connectée à un circuit électrique capable de mesurer les changements par minute de la résistance correspondant à la contrainte. Les capteurs de jauge de contrainte utilisent généralement quatre éléments de jauge de contrainte qui sont connectés électriquement pour former un pont de Wheatstone (Figure 1). Un pont de Wheatstone est un circuit en pont divisé utilisé pour mesurer la résistance électrique statique ou dynamique. La tension de sortie du pont de Wheatstone est exprimée en sortie millivolts par entrée volts (mV/V). Le circuit de Wheatstone est également adapté à la compensation de température. Le nombre de jauges de contrainte actives qui devraient être reliées au pont dépend de l’application. Par exemple, il peut être utile de connecter des jauges disposées sur les côtés opposés d’une cellule, l’une en compression et l’autre en tension. Dans cette configuration, il est effectivement possible de doubler la sortie du pont pour la même contrainte. Dans les installations où tous les bras sont reliés à des jauges de contrainte, la compensation de température est automatique, car la variation de résistance (due à des variations de température) est la même pour tous les bras du pont.

Jauges de contrainte personnalisées

OMEGA peut fournir des jauges de contrainte personnalisées. Nous comprenons que nos clients puissent exiger des jauges de contrainte personnalisées fabriquées selon leurs spécifications.

Les jauges de contrainte personnalisées peuvent être conçues pour simplifier l’installation de jauges de contrainte, pour une application spécifique ou pour un environnement où l’espace est limité. Si vous ne trouvez pas ce que vous souhaitez dans notre sélection standard de jauges de contrainte, veuillez communiquer avec nous. Nous pouvons personnaliser votre jauge de contrainte pour l’adapter à vos besoins, y compris :
  • Modifier un modèle de jauge standard
  • Créer un modèle de jauge personnalisé
  • Inclure plusieurs jauges sur un support commun
  • Fournir une longueur de terminaison sur mesure
  • Utiliser un matériau spécifique
  • Déplacer les plots de soudure ou fournir des points de câblage supplémentaires
  • Suivre des dimensions ou des formes spécifiques pour éviter les obstacles
Nous pouvons fournir des spécifications de fluage personnalisées pour correspondre à votre ressort afin d’optimiser les performances de votre capteur. Notre équipe travaillera avec vous pour augmenter ou réduire la compensation de fluage selon les résultats de vos tests. OMEGA peut fournir des demi-conceptions ou conceptions totales de ponts de Wheatstone ou rosettes personnalisés.

Nous nous efforçons de vous faciliter l’achat d’une jauge de contrainte sur mesure. Il vous suffit d’envoyer à OMEGA votre dessin personnalisé et votre cahier des charges, ainsi que la quantité de jauges de contrainte nécessaires. L’équipe OMEGA travaillera avec vous sur votre demande et vous fournira un devis pour des jauges de contrainte personnalisées. Nous pouvons fournir des prototypes de jauges personnalisées en seulement 2 semaines. Les produits peuvent être fabriqués peu de temps après. Un numéro de pièce personnalisé sera créé pour votre jauge de contrainte afin de faciliter vos futures commandes.

Graphique : Perte de pression du débitmètre : Venturi vs Orifice
Jauges de contrainte en feuille métallique typiques

(fig. 1)
(fig. 1) Circuit pont de Wheatstone schématique

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BCM-1 : Module complémentaire pont de jauge
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