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Calculateur de pont de jauges de déformation

Sortie d’un pont de Wheatstone à jauges de déformation pour une déformation donnée, ou la déformation derrière une sortie mesurée. Saisissez dans l’un ou l’autre champ.

Pont

Montage du pont

Conversion

Résultat

Rapport de sortie
0,4995 mV/V1 jauge(s) active(s)
Signal par µm/m
2,5 µVsous 5 V d’alimentation, près de la déformation nulle
Non-linéarité du pont
-0,100 %de la lecture ; un quart de pont n’est pas linéaire
Variation de résistance
0,7 Ωpar jauge active, 350 Ω nominal
Courant du pont
14,29 mAprélevé sur l’alimentation
Puissance par jauge
17,86 mWauto-échauffement ; vérifiez la jauge et le matériau sur lequel elle est collée
Contrainte
—saisissez le module d’Young
Déformation
0,1 %1000 µε
Résistance de calibration shunt
174,65 kΩen parallèle sur une jauge ; donne 2,503 mV (Micro-Measurements TN-514)

Schéma

+εR−εR+εR−εRExcitation5 V0 VSortie2,4975 mV−+ε = 1000 µεR = 350 ΩGF = 2
Dessiné d’après les valeurs saisies ; pas à l’échelle.
Formules et normes
Quart: Vo / Vex = GF·ε / 4 × 1 / (1 + GF·ε / 2)
Demi: Vo / Vex = GF·ε / 2   Complet: Vo / Vex = GF·ε

ε est la déformation des jauges actives, GF le facteur de jauge et Vex la tension d’alimentation. Les quatre branches ont la même résistance nominale. Un demi-pont comporte ici deux jauges actives de déformations égales et opposées, comme sur les deux faces d’une poutre en flexion ; un pont complet en comporte quatre. Un quart de pont a une jauge active et trois résistances fixes ; sa sortie est légèrement non linéaire car le courant dans la branche active varie avec la déformation.

Le résultat concerne le pont seul. Il n’inclut pas la résistance des fils, qui désensibilise un quart de pont, les effets de la température sur la jauge et le facteur de jauge, la sensibilité transversale ni la tolérance du facteur de jauge, typiquement ±1 %. La contrainte n’est donnée que pour un état de contrainte uniaxial.

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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.

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