Fonctionnement du calculateur de pont de jauges
Une jauge de déformation change de résistance proportionnellement à la déformation de la surface sur laquelle elle est collée : ΔR / R = GF × ε, où GF est le facteur de jauge, proche de 2 pour les jauges à trame métallique. La variation est minime. À 1000 microdéformations, une jauge de 350 Ω varie de 0,7 Ω ; c’est pourquoi les jauges sont câblées en pont de Wheatstone : le pont transforme une petite variation de résistance en une tension qui part de zéro.
Le calculateur couvre les trois montages courants à bras de résistances égales :
- Quart de pont. Une jauge active et trois résistances fixes. Rapport de sortie GF·ε / 4, légèrement réduit par le terme 1 / (1 + GF·ε / 2).
- Demi-pont. Deux jauges actives soumises à des déformations égales et opposées, par exemple sur les faces supérieure et inférieure d’une poutre en flexion. Rapport de sortie GF·ε / 2.
- Pont complet. Quatre jauges actives, deux en traction et deux en compression. Rapport de sortie GF·ε. C’est le montage des capteurs de force et des couplemètres.
Saisissez une déformation pour obtenir la sortie, ou une sortie mesurée pour obtenir la déformation. Le calcul inverse utilise l’équation exacte, y compris le terme non linéaire du quart de pont.
Un exemple chiffré
Avec GF = 2, 1000 µε et une excitation de 5 V :
| Montage | Rapport de sortie | Sortie à 5 V |
|---|---|---|
| Quart de pont | 0,4995 mV/V | 2,4975 mV |
| Demi-pont | 1 mV/V | 5 mV |
| Pont complet | 2 mV/V | 10 mV |
Le pont complet à 1000 µε donne 2 mV/V, la sensibilité nominale inscrite sur de nombreux capteurs de force : un capteur de force est un pont complet dont le corps d’épreuve atteint à peu près cette déformation à charge nominale. Le calculateur de capteur de force poursuit avec la capacité, la charge morte et plusieurs capteurs en parallèle.
Pourquoi le quart de pont n’est pas linéaire
Dans un quart de pont, un seul bras varie, donc le courant dans ce bras varie avec la déformation. Avec un facteur de jauge de 2, la sortie est trop basse de 0,1 % à 1000 µε et de 0,5 % à 5000 µε, et l’erreur change de signe en compression. Les instruments pour quart de pont la corrigent par logiciel. Les demi-ponts et ponts complets à déformations égales et opposées n’ont pas cet effet, car les variations des bras adjacents s’annulent.
Excitation, courant et auto-échauffement
Une tension d’excitation plus élevée donne un signal proportionnellement plus grand, mais chaque jauge dissipe (Vex / 2)² / R. Un pont de 350 Ω sous 5 V est parcouru par 14,3 mA et chaque jauge dissipe 17,9 mW ; à 10 V, la puissance est quatre fois plus grande. La chaleur doit s’évacuer par le support de la jauge dans la pièce. Sur acier ou aluminium, c’est rarement un problème ; sur plastiques et sections minces, cela provoque une dérive, et la solution habituelle est une excitation plus faible ou une jauge de 1000 Ω.
De la sortie du pont à une valeur dans l’automate
La sortie du pont ne dépasse pas quelques millivolts, et une microdéformation représente quelques microvolts ou moins. Qu’une entrée puisse la résoudre dépend de son gain et de sa résolution : le calculateur de résolution CAN convertit les bits et le gain du convertisseur en grandeur mesurée par code.
Ce que le calcul ne prend pas en compte
- Fils de liaison. Dans un quart de pont, les fils sont en série avec la jauge et réduisent la sensibilité ; le montage trois fils supprime l’effet de la température des fils, mais pas la perte de sensibilité.
- Température. La déformation apparente due à la différence de dilatation entre jauge et matériau, et la variation du facteur de jauge avec la température, sont des propriétés de la jauge et de son installation.
- Tolérance du facteur de jauge. Typiquement ±1 %, indiquée sur l’emballage de la jauge.
- État de contrainte. La contrainte affichée est E × ε, valable en contrainte uniaxiale. Une contrainte biaxiale exige une rosette et le coefficient de Poisson.
Questions fréquentes
Qu’est-ce qu’une microdéformation ?
La déformation est un rapport de longueurs et n’a pas d’unité. Une microdéformation (µε) est une variation d’un millionième : 1000 µε correspondent à 0,1 %, soit un millimètre par mètre.
Quel facteur de jauge saisir ?
La valeur indiquée sur l’emballage de la jauge. Les jauges à trame métallique sont proches de 2,0 à 2,2 ; les jauges à semi-conducteur ont un facteur bien plus élevé, ne sont pas linéaires et ne sont décrites qu’approximativement par les équations simples utilisées ici.
Pourquoi ma sortie mesurée diffère-t-elle du calcul ?
Vérifiez l’excitation réellement présente au pont, la résistance des fils dans un quart de pont, et si la déformation est vraiment égale et opposée dans les jauges actives. Un pont non équilibré à charge nulle ajoute un décalage que le calcul n’inclut pas.