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capteurs de force

Cellules de charges et capteurs de force

Force, Accélération et Couple

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.

Capteur de force

Le détecteur d'accélération et de force dynamique le plus courant est le capteur piézoélectrique. Le mot piezo vient du grec qui veut dire "serrer". Le capteur piézoélectrique (voir image ci-dessous) produit une tension quand il est "serré" par une force qui est proportionnelle à la force appliquée. La différence fondamentale entre ces dispositifs et les appareils de détection de force statique tels que les jauges de déformation, est que le signal électrique généré par les cristaux détériore rapidement après l'application de la force. Ceci rend les appareils inadéquats pour la détection de force statique. Le signal électrique à impédance haute généré par le cristal piézoélectrique est converti (par un amplificateur) à un signal à impédance basse qui est adapté aux instruments tels que les oscilloscopes à mémoire numérique. La mémoire numérique du signal est requise afin de permettre une analyse du signal avant sa détérioration. Selon les besoins de l'application, la force dynamique peut être mesurée en tant que force de traction, de compression, ou de couple. Les applications peuvent comprendre la mesure de ressort ou d'autres forces de frottement latéral, tensions de chaine, forces de commande d'embrayage, ou des résistances au pelage de stratifiés, étiquettes, et tirettes.
Tiny accelerometer is useful for low-mass laboratory applications.
Le petit accéléromètre est utilisé pour les applications de laboratoire à masse basse. Piezoelectric Sensor Element Designs
Conceptions de capteurs piézoélectriques

Un capteur de force piézoélectrique est presque aussi rigide qu'un bout d'acier calmé en proportions similaires. Cette rigidité et résistance permet aux capteurs d'être insérés directement dans des machines comme pour faire partie de leur structure. Leur rigidité leur fournit une fréquence naturelle haute, et leur temps de montée haute correspondante fait qu'ils sont idéals pour la mesure de forces transitoires rapides telles que celles qui sont générées par les impacts métal sur métal et les vibrations haute fréquence. Pour assurer une mesure précise, la fréquence naturelle du capteur de mesure doit être substantiellement plus haute que la fréquence à mesurer. Si la fréquence mesurée est trop proche à la fréquence naturelle du capteur, des erreurs de mesure auront lieu. [Haut de page]
 

Débitmètres à impact

Le débitmètre à impact est aussi un capteur de force. Il mesure le débit de solides volumineux à haute fluidité venant de l'évacuation d'un conduit de matériaux. Le conduit directe l'écoulement de matériaux de façon à ce qu'ils empiètent sur une plaque détectrice (démontrée ci-dessous). La force de choc exercée sur la plaque par le matériel est proportionnelle au débit. La construction est telle que la plaque détectrice ne peut se déplacer que sur le plan horizontal. La force de l'impact est mesurée en captant la déviation horizontale de la plaque. Cette déviation est mesurée par un transformateur différentiel à variation linéaire (LVDT). La tension de sortie du LVDT est converti en signal à modulation d'impulsions en fréquence. Le signal est transmis comme signal de débit au système de commande. Les débitmètres à impact peuvent être utilisés comme alternatives aux installations de pesage pour mesurer et contrôler le débit de solides volumineux aux procédés continus (ceci est illustré ci-dessous). Dans ce cas, un débitmètre à impact est placé en-dessous du conduit de máteriaux en aval d'un distributeur à vis à vitesse variable. La vitesse d'avance est en tonnes par heure, et le système de commande règle la vitesse du distributeur à vis pour atteindre la vitesse d'avance désirée. Le système de commande utilise un algorithme PID pour configurer la vitesse nécessaire pour garder le débit constant. Les débitmètres à impact peuvent mesurer le débit de matériaux volumineux à des vitesses de 1 à 800 tonnes par heure et avec une répétabilité et une linéarité dans 1%.
Impact Flowmeter Application
Application de débitmètre à impact
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Accélération et Vibration

Les premiers capteurs d'accélération et de vibration étaient des engins mécaniques complexes (voir ci-dessous) adaptés plus pour les laboratoires que pour les ateliers ou les usines. Grâce aux progrès de la technologie au cours des années, les nouveaux accéléromètres ont été améliorés quant au prix, précision, et confort d'utilisation.

Les premiers accéléromètres étaient des appareils électroniques analogiques qui se sont convertis en conceptions électroniques numériques et commandées par microprocesseur. Les commandes de coussin de sécurité gonflable de l'industrie automobile utilisent des microsystèmes électromécaniques (MEMS). Ces appareils fonctionnent grâce à la "couche libre", ou bien une pièce démontable de matériel de circuit dans le micro-espacement au dessus de la surface de puce. Dans un circuit numérique, cette couche dérange l'écoulement libre des électrons, parce qu'elle réagit avec l'environnement analogique.

Dans un accéléromètre MEMS, cette couche est utilisée comme capteur pour mesurer l'accélération. Dans les automobiles de nos jours, les capteurs MEMS sont utilisés dans les commandes de coussin de sécurité gonflable et de châssis, la détection de choc latéral et les systèmes de freinage antiblocage. Les capteurs d'accélération de l'industrie automobile sont disponibles pour des fréquences de 0,1 à 1,500 Hz, avec des plages dynamiques de 1,5 à 250 G autour de 1 ou 2 axes, et des sensibilités de 7,62 à 1333 mV/G.

Les applications industrielles pour les accéléromètres comprennent l'analyse des vibrations de machinerie pour diagnostiquer, par exemple, les conditions balourdes des pièces rotatives. Un analyseur de vibration basé sur accéléromètre peut détecter des vibrations anormales, analyser la signature de vibration, et peut aider à identifier la cause.

Une autre application est l'essai structurel, où la présence d'un vice de construction, tel qu'une fissure, soudure mauvaise, ou corrosion peut changer la signature de vibration de la structure. La structure peut être la gaine d'un moteur ou une turbine, un caisson de réacteur, ou un réservoir. L'essai est effectué en heurtant la structure avec un marteau, en excitant la structure avec une fonction de forçage connue. Ceci génère un modèle de vibration qui peut être enregistré, analysé et comparé à une signature de référence.

Les capteurs d'accélération jouent un rôle dans l'orientation et la radiogoniométrie. Dans de telles applications, les capteurs triaxiaux miniatures détectent les changements de roulis, pas et azimut roll, pitch, and azimut (angle de la déviation horizontale), ou les axes X, Y, et Z. Ces capteurs peuvent être utilisés pour tracer les forêts dans les opérations de forage, déterminer l'orientation des bouées et des systèmes sonars, servir comme boussoles, et remplacer les gyroscopes dans les systèmes de navigation inertiels.

Les accéléromètres mécaniques, tels que l'accéléromètre de masse sismique, le capteur de vitesse, et le commutateur magnétique mécanique, détectent la force imposée sur une masse lorsqu'une accélération se produit. La masse résiste à la force de l'accélération et ainsi provoque une déviation ou un déplacement physique, qui peuvent être mesurés par les détecteurs de proximité ou les jauges de déformation (voir ci-dessous). Plusieurs capteurs sont fournis avec des amortisseurs de tension tels que des ressorts ou des aimants pour éviter l'oscillation.

Early Mechanical Vibration Sensor
Un ancien capteur de vibration mécanique

Un accéléromètre asservi, par exemple, mesure les accélérations de 1 microG à plus de 50 G. Il utilise une machine de rotation qui est déséquilibrée intentionnellement dans son plan de rotation. Quand l'accélération a lieu, il provoque un mouvement angulaire qui peut être capté par un détecteur de proximité.

Parmi les nouvelles conceptions d'accéléromètres mécaniques il y l'accéléromètre thermique: ce capteur détecte la position à travers un transfert de chaleur. Une masse sismique est positionnée au-dessus de la source de chaleur. Si la masse bouge à cause de l'accélération, la proximité à la source de chaleur change et la température de la masse change également. Les thermopiles sont utilisées pour détecter les changements de température. Dans les accéléromètres qui captent la capacité, les plaques de condensateur à microsystème (des plaques CMOS avec une profondeur de 60 microns) forment une masse d'environ 50 microgrammes. Comme l'accélération déforme les plaques, un changement mesurable de capacité a lieu. Mais les accéléromètres piézoélectriques sont peut-être les appareils les plus pratiques pour la mesure de choc et vibration. Similaire à un capteur mécanique, cet appareil comprend une masse qui, lors de l'accélération, exerce une force inertielle sur un cristal piézoélectrique.

Dans les applications à haute température où il est difficile d'installer les microélectroniques dans le capteur, les appareils à impédance haute peuvent être utilisés. Dans ce cas, les fils du capteur de cristal sont connectés à un amplificateur à gain élevé. La sortie, qui est proportionnelle à la force de l'accélération, ensuite est lue par l'amplificateur à gain élevé. Quand la température n'est pas excessive, la microélectronique à impédance basse peut être intégrée dans le capteur pour détecter les tensions générées par les cristaux. Les conceptions à impédance haute et basse peuvent être connectées mécaniquement à la surface de la structure, ou sécurisées à la surface avec des moyens adhésifs ou magnétiques. Ces capteurs piézoélectriques sont adaptés à la mesure d'accélérations à courte durée uniquement.

Les capteurs piézorésistives et à jauge de déformation fonctionnent d'une manière similaire, mais les éléments de jauge de déformation sont sensibles à la température et nécessitent la compensation. Ils sont préférables pour les vibrations à basse fréquence, les chocs à longue durée, et les applications d'accélération constante. Les unités piézorésistives sont résistantes, et peuvent opérer à des fréquences de jusqu'à 2,000 Hz.

Industrial accelerometer with associated electronics
Accéléromètre industriel avec électronique associée
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Mesure de couple

Le couple est mesuré soit en captant la déviation de l'arbre provoquée par la force de torsion, ou en détectant les effets de cette déviation. La surface de l'arbre sous le couple connaîtra une compression et une tension (voir image ci-dessous). Pour mesurer le couple, les éléments de jauge de déformation sont normalement montés en paires sur l'arbre, une jauge qui mesure l'augmentation de la longueur (dans la direction dans laquelle la surface est sous la tension), et l'autre qui mesure la réduction en longueur dans l'autre direction.

Les premiers capteurs de couple comprenaient des structures mécaniques avec des jauges de déformation. Leurs prix hauts et fiabilité basse leur empêchaient d'atteindre une reconnaissance industrielle générale. La nouvelle technologie, cependant, a réussi à descendre le prix de fabrication des mesures de couple, et le contrôle de qualité sur la production a augmenté le besoin pour la mesure de couple précise.

Torque on a Rotating Shaft
Couple sur un arbre de rotation
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Applications de couple

Les applications pour les capteurs de couple déterminent la quantité de puissance que consomment et génèrent un moteur, une locomotive, ou un autre dispositif de rotation. Dans le monde industriel, le ISO 9000 et d'autres spécifications de contrôle de qualité exigent que les fabricants mesurent le couple pendant la production, surtout quand les boulonneries sont fixées. Les capteurs prennent les mesures de couples requises automatiquement sur les machines à assemblage par vis, et peuvent être ajoutés aux outils à main. Dans les deux cas, les données saisies peuvent être accumulées sur des enregistreurs de données pour le contrôle de qualité et d'autres buts de signalement.

D'autres applications de capteurs de couple comprennent la mesure du taux de dépose de métal dans les machines-outils; l'étalonnage d'outils et capteurs de couple; la mesure des forces pelliculaires, frottement, et cartons pour capsules de couple; le contrôle de ressorts; et la mesure biodynamique.
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Configurations de capteur

Le couple peut être mesuré par des jauges de déformation rotatives ainsi que par des capteurs d'une proximité fixe, magnétostrictifs, et magnétoelastiques. Tous sont sensibles à la température. Les capteurs de rotation doivent être montés sur l'arbre, ce qui ne sera pas toujours possible à cause des restrictions d'espace.

Une jauge de d'déformation peut être installée directement sur l'arbre. Vu que l'arbre soit rotatif, le capteur de couple peut être connecté à sa source d'alimentation et l'électronique de conditionnement de signal via une bague collectrice. Les jauges de déformation peuvent aussi être connectées via un transformateur, ce qui élimine le besoin pour les bagues collectrices exigeantes. La tension d'excitation pour les jauges de déformation est couplée par l'induction, et la sortie de la jauge de déformation est convertie en fréquence d'impulsion modulée (voir ci-dessous). La vitesse maximale d'un telle configuration est de 15.000 rpm.

Inductive Coupling of Torque Sensors
Couplage inductif de capteurs de couple

Les jauges de déformation peuvent également être montées sur des supports fixes ou sur la gaine elle-même. Ces capteurs de "réaction" mesurent le couple qui est transféré par l'arbre aux éléments de réstriction. La lecture résistante n'est pas totalement précise, vu qu'elle ne compte pas l'inertie du moteur.

Les jauges de déformation utilisées pour les mesures de couple comprennent deux types de feuil, semiconducteur diffusé, et pellicule fine. Celles-ci peuvent être attachées directement à l'arbre avec une soudure ou des adhésifs. Si les forces centrifuges ne sont pas assez larges et qu'une charge balourde puisse être tolérée, l'électronique associée, y compris la batterie, l'amplificateur, et l'émetteur de radiofréquences peuvent tous être fixés à l'arbre.

Les capteurs de proximité et de déplacement peuvent également détecter le couple en mesurant la déviation angulaire entre les deux terminaux d'un arbre. En fixant deux roues dentées identiques à l'arbre en position séparée, la déviation angulaire provoquée par le couple peut être mesurée. Les capteurs de proximité ou les cellules photoélectriques situées à chaque roue dentée produisent des tensions de sortie avec laquelle la différence de phase augmente lorsque le couple visse l'arbre.

Un autre moyen serait de viser une cellule photoélectrique à travers deux groupes de roues dentées. Lorsque le couple augmente et provoque la superposition d'une roue avec une autre, la quantité de lumière qui atteint la cellule photoélectrique est réduite. Les déviations provoquées par un couple peuvent également être détectées par d'autres capteurs optiques, inductifs, capacitifs et potentiométriques. Par exemple, un capteur de couple capacitif peut mesurer le changement de capacitance qui a lieu quand un couple provoque un changement de la différence de capacitance entre deux plaques.

La concentration de flux magnétique venant d'un matériel d'arbre varie avec le couple et peut être mesuré en utilisant un capteur magnétostrictif. Quand l'arbre ne contient pas de charge, sa perméabilité est uniforme. Sous torsion, la perméabilité et le nombre de lignes de flux augmentent en proportion au couple. Ce genre de capteur peut être monté au côté de l'arbre en utilisant deux bobinages primaires et deux secondaires. Autrement, il peut être monté avec plusieurs bobinages primaires et secondaires sur une bague autour de l'arbre.

Un capteur de couple magnétoélastique peut détecter les changements de perméabilité en mesurant les changements dans son propre champ magnétique. Un capteur magnétoélastique est construit en forme de bague fine en acier qui est couplée fermement à un arbre en acier inoxydable. Cet assemblage agit comme un aimant permanent avec un champ magnétique qui est proportionnel au couple appliqué à l'arbre. L'arbre est connecté entre un moteur d'entraînement et un matériel entraîné, tel qu'un tour à décolleter. Un magnétomètre convertit le champ magnétique en signal de sortie électrique qui est proportionnel au couple qui est appliqué.
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Conceptions de cellules de charge

Avant que les cellules de charge à base de jauge de déformation deviennent la méthode de choix pour les applications de pesage industriels, les bascules mécaniques étaient utilisées. Les bascules mécaniques peuvent tout peser, des pilules jusqu'aux wagons de chemin de fer, et elles peuvent le faire d'une manière précise si elles sont adéquatement calibrées et maintenues. La méthode de fonctionnement peut comprendre soit l'utilisation d'un mécanisme de balance de poids, soit la détection de la force développée par les bascules mécaniques. Les premiers capteurs de force comprenaient des conceptions hydrauliques et pneumatiques.

En 1843, le physicien anglais Charles Wheatstone a conçu un circuit à pont qui pouvait mesurer les résistances électriques. Le circuit à pont Wheatstone est idéal pour la mesure de changements de résistance qui ont lieu dans les jauges de déformation. Même si la premières jauges de déformation à résistance liée ont été développées dans les années 40, il a fallu attendre jusqu'à ce que l'électrique moderne puisse rattraper à l'invention pour que la nouvelle technologie devienne techniquement et économiquement faisable. Depuis lors, cependant, les jauges de déformation ont proliférés en tant que pièces mécaniques de pesage ainsi que dans des cellules de charges autonomes.

De nos jours, apart certains laboratoires ou les balances mécaniques de précision sont toujours en utilisation, les cellules de charge à jauge de déformation dominent le secteur de pesage. Les cellules de charge pneumatiques sont parfois utilisées quand l'hygiène et la sécurité intrinsèque sont désirées, et les cellules de charge hydrauliques sont considérées dans des endroits à distance, vu qu'ils ne nécessitent aucun bloc d'alimentation. Les cellules de charge à jauge de déformation fournissent des précisions de 0,03% à 0,25% de pleine échelle et sont adaptées à presque toutes les applications industrielles.

Dans les applications qui ne nécessitent aucune précision, tels que la manutention de volumes et le pesage de camions, les bascules mécaniques sont toujours souvent utilisées. Cependant, même dans ces applications, les forces transmises par les leviers mécaniques sont souvent détectées par les cellules de charge grâce à leur compatibilité avec l'instrumentation à automatisation numérique.

Les caractéristiques et les capacités des conceptions variées de cellules de charges sont résumées dans le tableau ci-dessous.
Comparaison de performance des cellules de charge
Type Plage de poids Précision (pleine échelle) Applications Forces Faiblesses
 Cellules de charge
Cellules de charge hydrauliques Jusqu'à 5000 tonnes 0,25% Réservoirs, poubelles et trémies, endroits dangereux Prend les impacts hauts, insensible à la température Chères, compliquées
Cellules de charge pneumatiques Large Haute Industrie alimentaire, endroits dangereux Sécurité intrinsèque, ne contient aucun liquide Réponse lente, nécessite l'air pure et sèche
Cellules de charge à déviation du faisceau 5 à 2500 Kg 0,03% Réservoirs, bascules plate-formes Bas prix, construction simple Les jauges de déformation sont exposées, nécessitent une protection
 Cellules de charge à jauge de déformation
Cellules de charge à déviation du faisceau 5 à 2500 Kg 0,03% Réservoirs, balances plate-formes Prix bas, construction simple Les jauges de déformation sont exposées, nécessitent une protection
Cellules de charge à faisceau de cisaillement 5 à 2500 Kg 0,03% Réservoirs, balances plateformes, charges excentriques Baisse de charge extrémité supérieure, scellement et protection meilleurs  
Cellules de charge en boîte à 250 tonnes 0,05% Bascules de camion, réservoir, traçage et de trémie Peut supporter les mouvements de charge Aucune protection de charge horizontale
Cellules de charge pancake et bague à 250 tonnes   Réservoirs, poubelles, balances Tout en acier inoxydable Aucun mouvement de charge permis
Cellules de charge à rondelle et bouton 0 à 25 tonnes / 0 à 100 Kg typique 1% Petites balances Petite taille, économique Les charges doivent être centrées, aucun mouvement de charge permis
 Autres cellules de charge
Hélicoïdal 0 à 20 tonnes 0,2% Plateforme, élévateur à fourche, charge par roue, poids de siège Supporte charge désaxée, surcharges, chocs  
Fibre optique   0,1% Câbles de transmission électriques, montages sur goujons ou boulons Immune à RFI/EMI et hautes températures, sécurité intrinsèque  
Piézorésistive   0,03%   Extrêmement sensible, niveau de sortie de signal haut Prix haut, sortie non linéaire
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Principes de fonctionnement

Les conceptions de cellules de charge peuvent être distinguées selon leur type de signal de sortie qui est générée (pneumatique, hydraulique, électrique) ou selon la manière dont elles détectent le poids (déviation, cisaillement, compression, tension, etc.).

Hydraulique Les cellules de charge hydrauliques sont des appareils à bobines de forces qui mesurent le poids en tant que changement de pression d'un liquide de remplissage interne. Dans une cellule de charge hydraulique à diaphragme roulante, une charge ou une force qui agit sur une tête de charge est transférée à un piston qui comprime un liquide de remplissage qui est confiné dans une chambre de diaphragme élastomère. Lorsque la force augmente, la pression du fluide hydraulique augmente aussi. Cette pression peut être indiquée localement ou transmise pour un contrôle ou une indication à distance. La sortie est linéaire et relativement insensible à la quantité du fluide de remplissage ou sa température. Si les cellules de charge ont été correctement installées et calibrées, la précision peut être entre 0,25% de l'échelle pleine ou encore mieux, ce qui est acceptable pour la plupart des applications de pesage. Parce que ce capteur ne possède aucun composant électrique, il est idéal pour une utilisation dans les endroits dangereux.

Un inconvénient est que le diaphragme élastomérique limite la force maximale qui peut être exercée sur un piston à environ 1,000 psig. Les cellules de charge entièrement métalliques sont également disponibles et peuvent s'adapter à des pressions beaucoup plus hautes. Les cellules de charge à diaphragme métallique spéciales ont été conçues pour détecter les poids de jusqu'à 5000 tonnes.

Les applications de cellules de charge hydrauliques typiques comprennent le pesage de réservoirs, poubelles, et trémies. Pour une précision maximale, le poids du réservoir doit être obtenu en localisant une cellule de charge à chaque pointe de support et en totalisant leur sorties. Comme 3 pointes définissent un plan, le nombre idéal de points de support est trois. Les sorties des cellules peuvent être envoyées à un totalisateur hydraulique qui totalise les signaux des cellules de charge et génère une sortie. Les cellules de charge pneumatiques peuvent aussi opérer en suivant le principe de force-balance. Ces dispositifs utilisent des chambres de plusieurs amortisseurs pour fournir une précision plus haute que celle d'un appareil hydraulique. Dans quelques conceptions, la première chambre d'amortisseur est utilisée comme chambre de tare. Les cellules de charge pneumatiques sont souvent utilisées pour mesurer les petits poids dans les secteurs où la propreté et la sécurité sont primordiales.

Les avantages de ce type de cellule de charge comprennent leur résistance à l'explosion et leur insensibilité aux variations de température. De plus, ils ne contiennent aucun fluide qui pourrait contaminer le procédé s'il y a une rupture du diaphragme. Les inconvénients sont le temps de réponse lent et le besoin d'air pur, sec, régulé, ou nitrogène.

Jauge de déformation Les cellules de charge à jauge de déformation convertissent la charge qui agit sur elles en signaux électriques. Les jauges sont scellées sur un fléau ou une partie de la structure qui se déforme quand un poids est appliqué. Dans la plupart des cas, quatre jauges de déformation sont utilisées pour obtenir une sensibilité maximale et une compensation de température. Deux des jauges sont normalement en tension, et deux en compression, et sont câblées avec des ajustements de compensation (voir ci-dessous, à gauche). Lorsqu'un poids est exercé sur la jauge, la déformation change la résistance électrique des jauges en proportion à la charge.

Wheatstone Circuit with Compensation
Circuit Wheatstone avec compensation Button style compression load cells
Cellules de charge à compression en style de bouton [Haut de page]
 

Développements de nouveaux capteurs

Les cellules de charge à fibre optique sont de plus en plus populaires grâce à leur immunité au brouillage radioélectrique et électromagnétique (EMI/RFI), adaptabilité à l'utilisation dans les températures élevées, et leur sécurité intrinsèque. Les capteurs de charges optiques sont encore en progrès. Deux techniques promettent beaucoup: la mesure de l'effet de perte de microcourbure d'une fibre optique monomodale et la mesure des forces utilisant l'effet de fibre de réseau de Bragg (FBG). Les capteurs optiques basés sur les deux technologies sont en cours d'essais pratiques à Hokkaido, Japon, où ils sont utilisés pour mesurer les charges de neige sur les lignes de transmission électriques. "S" Beam load cells for compression or tension applications
Les cellules de charge "S"

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Configurations de jauges de déformation

Les éléments de ressort (ou bien "le fléau") dans une cellule de charge peuvent réagir à une contrainte simple, un courbage, ou un cisaillement. Ils sont normalement appelés par des noms tels que fléau de courbage, fléau de cisaillement, colonne, cartouche, hélicoïdal, etc. (voir ci-dessous). Les deux conceptions les plus populaires pour les applications de pesage industrielles sont le fléau de flexion et les cellules de fléau de cisaillement.

Load Cell Spring Elements
Eléments de ressort de cellules de charge

Le capteur à fléau à courbure est une des conceptions de cellule de charge les plus populaires à cause de sa simplicité et son prix relativement bas. Il consiste d'un fléau droit attaché à une base à un côté et chargé à l'autre. Sa forme peut être celle d'un fléau cantilever, une conception "binoculaire" (voir ci-dessus - figure A) ou une conception de bague (voir ci-dessus - figure B). Les jauges de déformation sont montées en haut et en bas pour mesurer les forces de tension et compression. Puisque les jauges de déformations sont vulnérables, normalement elles sont protégées par des soufflets de cautchouc. Le fléau est souvent fabriqué en acier allié et protégé par un nickelage.

Dans l'instrumentation médicale, la robotique, ou d'autres applications à faible charge, les capteurs petits avec un fléau miniature sont disponibles pour la mesure des charges de jusqu'à 18 kg. Pour les charges jusqu'à 230 g, le fléau est fait de cuivre au béryllium, et pour les les charges plus larges, l'acier inoxydable est utilisé. Dans cette conception, les jauges de déformation sont normalement protégées par une couche en uréthane.

Bagues ou Pancake Ces conceptions sont des capteurs à fléaux à courbures rondes ou plates qui sont faites de jauges de déformation à papier collé encapsulées dans une gaine d'acier inoxydable. L'ensemble est semblable à une crêpe plate (voir figure B ci-dessus). Les capteurs à compression uniquement peuvent être montés dans un ensemble à autocentrage de protection qui limite le mouvement de la charge et dirige la charge vers le centre du pancake. Les conceptions de compression-tension possèdent un trou taraudé qui court complètement à travers le centre du capteur. Les diaphragmes de stabilisation sont soudés au bouton de charge sensible.

Les capteurs à fléau de cisaillement mesurent le cisaillement provoqué par la charge. Un fléau de courbure ne peut pas mesurer le cisaillement, parce que les tensions de cisaillement changent à travers la section transversale de la cellule. Dans un capteur à cisaillement, la construction de fléau "I" produit un cisaillement uniforme qui peut être mesuré précisemment par des jauges de déformation. Un capteur à fléau de cisaillement (voir figure C ci-dessus) est fourni avec une paire de jauges de déformation installées sur chaque côté du fléau "I", avec des lignes de quadrillage orientées tout au long des axes principales. Les avantages des capteur à fléau di cisaillement par rapport à un fléau à courbure sont une traitement plus efficace des charges de côté et de forces dynamique, ainsi qu'un retour à zéro plus rapide.

Typical high-capacity canister load cell
Cellule de charge en cartouche à capacité haute

Contrainte simple (ou colonne/cartouche) Ces cellules de charge sont des capteurs à fléau à courbure montées dans une colonne dans une gaine ronde et résistante (voir figure D ci-dessus). Le capteur à fléau est monté verticalement, avec deux des quatre jauges de déformation montées dans la direction longitudinale. Les deux autres sont orientées transversalement. La colonne peut être équerrée, circulaire ou circulaire avec des plates usinées aux côtés pour recevoir les jauges de déformation.

If provided with a rocker assembly or with self-aligning strut bearings, a canister load cell can tolerate a certain amount of tank movement and is relatively insensitive to the point of loading. Also, the canister protects the strain gauges from physical and environmental damage. Canister cells range in size from 38 mm. diameter "studs" with 50-250 Kg. capacity to 165 mm. diameter compression cells suitable for weighing trucks, tanks, and hoppers up to 250,000 kg.

Hélicoïdal Ces cellules de charge peuvent mieux s'adapter aux charges désaxées que le Ces cellules de charge peuvent mieux s'adapter aux charges désaxées que les cellules de compression en cartouche (voir figure E). L'opération d'une cellule de charge hélicoïdale est basée sur celle d'un ressort. Un ressort balance une force de charge par son moment de torsion. La réaction de torsion voyage à partir du haut de l'hélixe jusqu'au bas. En mesurant le moment de torsion avec des jauges de déformation montées sur un le ressort, une cellule de charge hélicoïdale peut fournir des mesures de charge assez précises sans avoir besoin de structures de montage couteuses. Les forces provoquées par les charges asymétriques ou désaxées ont peu d'effet sur le ressort, et les capteurs de jauge de déformation peuvent mesurer à la fois les forces de tension et de compression.

Une cellule de charge hélicoïdale peut être montée sur des surfaces rugueuses, même quand les surfaces supérieures et inférieures ne sont pas parallèles, et l'erreur totale peut encore rester dans 0,5 %. La cellule de charge hélicoïdale est résistante au choc et à la surcharge (elle peut supporter une surcharge de mille fois), ce qui la rend idéale pour la mesure de force ou de charge sur les pivots et les sièges de véhicules, et les machines élévateurs à fourche.

Les cellules de charge à jauges de déformation soudées à rondelle plate ou ronde sont disponibles en diamètres de 6 à 38mm. Les plus petits capteurs sont disponibles uniquement en styles de compression, mais quelques unes des cellules plus larges ont des trou taraudés pour mesurer la tension aussi. Même si la plupart des capteurs miniatures peuvent supporter jusqu'à 100 Kg, plusieurs sont capables de mesurer jusqu'à 25,000 Kg. Puisque ces petites cellules n'ont pas de pièces de fixation ou de flexions transversales, les chargements désaxés et les charge décalées ne peuvent pas être tolérés. Cependant, les cellules de charge à rondelle plate ou ronde sont très faciles à utiliser. Même le plus petit capteur est construit en acier inoxydable, possède un pont Wheatstone à 4 bras complet intégré, et peut mesurer jusqu'à 100 Kg à des températures de jusqu'à 800°C.
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Applications de pesage

Les conceptions des premiers systèmes de pesage étaient basées sur le travail d'Archimedes et Leonardo Da Vinci. Elles utilisaient le positionnement des contrepoids calibrés sur un levier mécanique et peuvent ainsi déterminer la taille des poids inconnus. Une variation de cet instrument utilise des leviers multiples, chacun d'une longueur différente et balancé avec un poids standard simple. Plus tard, les ressorts calibrés ont remplacé les poids standard, et les améliorations de fabrication et matériaux ont rendu ces balances précises et fiables.

L'introduction des cellules de charge hydrauliques et électroniques (normalement à base de jauge de déformation) a représenté le premier changement majeur de la conception dans le secteur de technologie de pesage. De nos jours, les cellules de charge dans les usines de traitement sont préférées dans la plupart des applications, même si les bascules à levier sont encore utilisées si l'opération est manuelle et le personnel d'opération et de maintenance préfèrent leur simplicité.

Les balances à levier mécanique sont également utilisées avec plusieurs applications telles que les bascules pour vehicules routiers, les pont-bascules, les bascules de trémie, les bascules de réservoir, les bascules plates et de grues. Les déviations et les erreurs de zéros et de mesures qui ont lieu à cause des changements de température gradués peuvent être corrigées avec un rajustement manuel ou l'application de coefficients de correction. La compensation pour les changements de températures rapides ou irréguliers est beaucoup plus difficile, et souvent ils ne peuvent pas être corrigés. Grâce à la précision et fiabilité des bascules mécaniques, elles sont utilisées en tant que normes en commerce et sont acceptées par le gouvernement.

Les bascules à peson à ressort sont également simples, et si elles sont fabriquées en alliage de première qualité (avec un module d'élasticité inchangé par les variations de température), elles peuvent être très précises si elles sont calibrées et maintenues correctement. Elles sont également économiques et parfaitement adaptées aux charges faibles.

La fonction de n'importe quel système de pesage est d'obtenir de l'information sur le poids apparent, net, ou brute, ou une combinaison de ceux-ci. Pour obtenir le poids net du contenu d'un vaisseau il faut deux mesures: le poids total et le poids d'un conteneur déchargé. Le poids net est obtenu en soustrayant l'un de l'autre.

La mesure du poids apparent comprend la mesure de quantités larges. Le poids total est souvent obtenu en faisant des mesures incrémentielles et en faisant la somme de ces poids pour arriver au total. Ceci permet une réduction de la taille du système de pesage, ce qui réduit le coût et parfois augmente la précision.

Les courroies peuvent aussi être utilisées pour la mesure du poids apparent. Ceci est une méthode moins précise, où le poids apparent total est obtenu en intégrant le produit de la vitesse du courroie et la charge du courroie graduellement.

Les systèmes de pesage remplissent les besoins des formules industrielles en distribuant précisemment un nombre de matériaux dans un vaisseau de reception commun pour un coupage ou une réaction. [Haut de page]
 

Conception de système de pesage

LeLes vaisseaux préssurisés et avec chemises de phase vapeur nécessitent une compensation supplémentaire parce que le poids des vapeurs varie lorsque la température et la pression changent. Si le réservoir ne contient que de l'air, un vaisseau de 20.000 litres will gain 25 Kgs. if the pressure is increased by one atmosphere at ambient temperature.

Considérations de performance

La performance des appareils de pesage est affectée par plusieurs facteurs qui comprennent: la température, vibration, mouvement structurel, environnement, et maintenance. La compensation de température est normalement fournie pour la plupart des systèmes et sa gamme doit toujours surpasser la plage prévue de variations de températures de fonctionnement et ambiantes. Quand le vaisseau de procédé est chaud (ou froid), les coussinets isolants de température de réservoirs à cellules peuvent être fournis.

Les rajustements de compensation de température pour zéro et portée sont construits dans la plupart des circuits de cellules de charge à jauge de déformation à haute qualité. Pour le fonctionnement en dehors des limites standard de température de -20 to 70°C, une correction ajoutée est requise, ou la température autour de la cellule de charge doit être controllée. La cellule de charge doit également être protégée de la chaleur rayonnante forte, surtout si elle n'atteint qu'un côté de la cellule.

Dans le secteur de traitement des métaux, les cellules de charge doivent pouvoir opérer continuellement à des températures jusqu'à 260°C. Les liants qui sont utilisés comme supports sur les jauges de déformations limitent normalement leur application pour les hautes températures. Pour les applications de haute température les alliages de fil sensible à la déformation peuvent être installés avec un ciment adhésif inorganique (céramique). Autrement, une technique au pistolet à flamme peut être utilisée, ce qui implique une vaporisation d'aluminium oxyde sur la grille détectrice de déformation pour la maintenir en place. Des telles installations peuvent supporter des opérations courtes jusqu'à 540°C.

Les influences de vibrations peuvent être minimisées en isolant les supports du système de pesage des structures ou des massifs de béton qui supportent les moteurs ou d'autres appareils de vibration qui sont influencés par la circulation routière. Les bandes d'absorption de vibration sont disponibles pour isoler les cellules de charge de la vibration du réservoir, mais la performance sera meilleure si les coussinets isolants sont utilisés à la source de la vibration. De la même façon, les émetteurs de poids peuvent être fournis avec un filtrage pour éliminer le bruit provoqué par la vibration, mais il est mieux que le bruit n'existe pas en premier lieu. Pendant le pesage, il est utile d'arrêter tous les débits d'entrée et de sortie et d'éteindre tous les moteurs et les mélangeurs qui sont attachés au réservoir pesé, si possible. Dans les vaisseaux agités, les chicanes doivent être ajoutées pour réduire le pompage et la giration du contenu.

L'environnement de la cellule de charge est dynamique, donc elle nécessite une surveillance périodique. Ceci devrait comprendre essayer de garder les cellules, le câble et la boîte à bornes éloignés des débris, de la glace, ou de l'eau stagnante (ou d'autres liquides), et protégés de la chaleur, le soleil et le vent. Les cellules doivent être protégées également des surtensions atmosphériques et électriques. Une maintenance correcte doit comprendre un contrôle de l'environnement de la cellule de charge, des structures, des câbles et des boîte à bornes (pour l'humidité et pour serrer les terminaux), le rajustement des tiges d'ancrage, et un étalonnage et contrôle périodique pour assurer que la charge est équilibrée.

Les cellules de charge peuvent supporter jusqu'à 200% de leur capacité dans les charges latérales. Si un vaisseau est heurté par un véhicule ou dérangé d'une autre manière, les cellules doivent être contrôlées pour les dégats et être recalibrées. Les contrôles doivent être effectués avec les vaisseaux chargés et non-chargés, et à toutes les températures possibles. [Haut de page]
 

Charpente support du vaisseau

Une considération très importante dans le développement de la conception est la sélection de la charpente support requise pour le réservoir. Les supports de tension ne peuvent qu'être utilisés pour mesurer les petits vaisseaux à cause de leur plage de poids des cellules de tension limitée. Dans les installations de tension, une à quatre cellules est utilisée (normalement une seulement), tandis que dans des installations normalement plus de trois sont utilisées. Quand la précision n'est pas critique (0,5% de l'échelle pleine ou moins) et que le réservoir contient un liquide, les prix peuvent être réduits en remplaçant les cellules de charge avec des cellules fictives ou des fléaux de flexion. Les réservoirs verticales sont normalement supportés de trois cellules, tandis que quatre sont utilisées pour les vaisseaux carrés ou horizontaux. Il est préférable que toutes les cellules de charge du système soient de la même capacité.

Les vaisseaux qui sont très larges, qui ont des charges non équilibrées, qui contiennent des matériaux dangereux, ou qui sont à risques de renverser, utiliseront probablement plus de cellules. Si un protéction du vent n'est pas fournie pour le vaisseau, la capacité de la cellule doit être augmentée pour s'adapter au soulèvement et aux poussées qui peuvent être provoqués par le vent.

Trois cellules sont meilleures pour la mesure précise parce que trois points définissent la plage donc la charge peut être équilibrée naturellement. Quatre cellules ou au delà de quatre nécessitent des rajustements de charge. La plage (taille) de cellule de charge minimum est obtenue en divisant le poids brut par le nombre de points de support. Il faut normalement sélectionner la cellule standard qui dépasse la spécification calculée. Certains ingénieurs ajoutent un facteur de sécurité de 25% au poids brut avant de faire le calcul susmentionné. D'autres ajoutent un facteur de chargement dynamique si la charge est déposée sur l'échelle avant le pesage. Il est également préférable que toutes les cellules de charge dans le système soient de la même capacité. Le charpente support du vaisseau doit être rigide et stable, et doit laisser le réservoir totalement libre à circuler verticalement. Chaque appareil de pesage doit être indépendant des charpentes support des autres vaisseaux ou de circulation de véhicules.
La déviation combinée de ka structure qui supporte les cellules et la structures supportée par les cellules ne doit pas dépasser 1/1200 de la distance entre les deux cellules, lorsqu'elle passe de déchargée à totalement chargée. Ceci correspond à un angle de 0,5°. Quelques fourches de montage à fléau de cisaillement permettent un peu plus.

La déformation des pieds support ajoute aussi du couple à la charpente support. Un chargement irrégulier à cause du cisaillement du vent, des poussées, et de téléchargement doit aussi être considéré pour permettre la conception de la structure à conformer aux spécifications de perormance des structures. Un auvent est essentiel, sinon les cellules de charge peuvent être totalement déchargées. Pour la plupart des cellules de charge, l'effet du vent sans auvent provoquera des erreurs en dessous de 0,1% de l'échelle pleine.

La structure de support doit être au même niveau (moins de 3 mm de différence); sinon, les cales doivent être placées en dessous des cellules pour assurer un plaque à bornes stable. Dans les applications de tension et de compression, la charge du vaisseau doit être transférée à travers la cellule de charge à l'axe de la toile de la charpente d'acier. Ceci évitera la torsion des fléaux. Des goussets doivent être fournis aux positions de support.
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Stabilisation du vaisseau

Pour fournir un mouvement vertical non limité et en même temps permettre une dilatation thermique horizontale, les tiges d'ancrage sont utilisées. Elles sont fabriquées de tiges et écrous filetés et servent à fournir une tension latérale. Leurs écrous sont serrés au gousset de la charpente support et à un support rigide sur la structure. Les écrous doivent être totalement serrés et sécurisés avec des contre-écrous (voir ci-dessous).

Tank Staying Arrangement
Assemblage d'ancrage de réservoir

Les tiges doivent être stables et droites et installées perpendiculairement à la direction de la dilatation thermique du vaisseau. Ceci permet un mouvement vertical non limité sans la production d'une charge latérale. Les tiges d'ancrage doivent être installées aussi près que possible à la plaque de la charpente support. Sur les réservoirs longs, ronds, et horizontaux, la connexion de la tige d'ancrage du vaisseau axial doit être proche du centre du vaisseau, et les tensions latérales doivent être situées près des terminaux. Ceci aide à éviter la dilatation thermique axiale large.

Les tiges de contrôle sont indentiques aux tiges d'ancrage sauf que leur prise est moins serrée grâce à l'interstice de 3 mm à l'écrou et aux trous surdimensionnés de la tige. Les tiges de contrôle peuvent étre montées au-dessus ou en-dessous de la charpente ou verticalement pour éviter le renversement du vaisseau. Sur les vaisseaux suspendus, les tiges de contrôle servent également en tant que bras de suspension de sauvegarde.

Pour déterminer la taille et l'endroit requis pour les systèmes de stabilisation, les forces externes (séismique, agitateur, etc.) doivent être évaluées. La charpente la plus stable est au centre de la gravité du réservoir quand il est plein. Les vaisseaux suspendus nécessitent des tiges d'ancrage ou de contrôle seulement quand le mouvement horizontal du vaisseau peut être provoqué par des forces externes. Pour les forces mineurs, les pare-chocs peuvent suffire.

La dilatation thermique des vaisseaux relative à leurs supports peut provoquer des charges latérales indésirables sur les cellules de charge. Certaines conceptions de cellules de charge permettent le mouvement horizontal du vaisseau pour remédier aux charges latérales. Les tiges de cellules de charge qui suspendent un vaisseau doivent rester aplombs entre 0,5°. Les cellules à conception de fléaux de cisaillement simple ou doubles peuvent éliminer ou réduire le besoin pour les tiges de contrôle ou d'ancrage (voir ci-dessous), tandis que les cellules cylindriques nécessitent les deux.

Cantilever Load Cells Reduce Staying Requirements
Cellules de charge cantilever diminuent le besoin d'ancrage

En ce qui concerne le mouvement horizontal non limité, les conceptions de cellules de charge peuvent être "fixes" (aucun mouvement permis), "linéaire" (mouvement linéaire permis), ou "plein" (tout mouvement horizontal de réservoir permis). Les cellules fixes et linéaires sont montées en positions de support qui sont les plus éloignées, avec le mouvement linéaire permis dans une ligne qui croise la cellule fixe.

Les adaptateurs de cellules de charge sont utilisés dans les bascules de véhicules où les forces horizontales larges ont lieu à cause de la décéleration ou l'accélération des véhicules sur les bascules. L'adaptateur suspend la plate-forme de pesage du haut de la cellule de charge à travers des maillons antigiratoires qui sont connectés à la plaque inférieure et la plate-forme. La cellule de charge est supportée par une plaque de base qui absorbe des charges latérales lourdes quand la déviation horizontale dépasse les dégagements des plaques de base. Des conceptions similaires sont disponibles pour les fléaux de cisaillement doubles (voir ci-dessous).

End-Loaded Shear-Beam Installation
Installation de fléau à cisaillement de chargement en bout

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Connexions de tuyaux

Si un tuyau est connecté à un vaisseau pesé, il introduira des forces verticales et horizontales. La force verticale totale (V) générée par les tuyaux connectés au vaisseau pesé doit être moins de 30 fois la précision du système (A) multipliée par la charge active maximum (L):

Formula

Les forces imposées sur les supports de tuyaux, le tuyau, et le contenu du tuyau, plus les forces de ressort qui résultent du mouvement du tuyau à cause de la dilatation thermique doivent tous être compris dans V, et dans l'évaluation des forces horizontales. Les forces horizontales qui agissent sur le vaisseau doivent être zéro.

Les points suivant sont des régles générales pour assister dans l'obtention d'une conception acceptable:

  • Les tuyaux doivent aligner avec la connexion du vaisseau sans le besoin d'une autre force.
  • La longueur du tuyau entre le vaissea et le premier support doit être assez long pour fournir une flexion verticale, mais assez courte pour que le tuyau ne s'affaisse pas et n'augmente pas le poids du vaisseau.
  • Les supports de cellules de charge doivent également supporter les deux premier supports des tuyaux.
  • Le mouvement montant et descendant du support de tuyaux doit être limité.
  • Si possible, utilisez un tuyau avec une épaisseur de paroi plus faible qui fournira plus de flexibilité. Par exemple, "10S" est plus flexible que "40S".
  • La transmission de forces horizontales doit être éliminée en utilisant des joints de dilatation et des conceptions de tuyaux avec des spires de 90° dans deux plaques.
  • Les pièces flexibles, les joints universels et les conduits ne peuvent être utilisés lors de la mise en place de connexions et doivent aligner de façon normale à la connexion du réservoir, sans force. Les only be used when making horizontal connections and must align normal to the tank connection, without force. Les boyaux à revêtement tressé ne doivent pas être utilisés. Braid-jacketed hose should not be used. Les bottes de caoutchouc flexibles sont acceptables pour faire des connexions verticales.
  • Quand une trémie et son capot sont soutenus indépendamment et scellés avec un botte, une erreur de pesage peut avoir lieu à cause du changement de pression provoqué par la venue et le débit de matériaux. L'évacuation de hottes (et donc le cassage du vide) sont requis pour éliminer la source de l'erreur.
  • Le boyau ne doit pas être utilisé pour faire des tours.
  • N'utilisez pas une isolation rigide sur les joints flexibles.
  • Sur les réservoirs ronds horizontaux, le meilleur endroit pour l'entrée du tuyau est près de la cellule de charge "fixe".
  • Les dispositifs électriques du réservoir (y compris les cellules de charge) doivent être câblés en utilisant un conduit flexible qui est "bouclé".
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Installation & Calibration

Pour vérifier si les transducteurs et les cellules de charges fonctionnement correctement, les questions suivantes doivent être prises en considération: L'indicateur de poids retourne-t-il à zéro lorsque le système est vide ou déchargé? Le poids indiqué redouble quand le poids est doublé? Le poids indiqué reste le même quand l'endroit de la charge change (chargement déséquilibré? Si les réponses sont oui, les cellules et les transducteurs sont probablement enbonne condition et ne nécessitent aucune attention.

Avant l'étalonnage, le système mécanique doit être examiné et l'installation de la cellule vérifiée:

Examinez les câbles des cellules de charge et la bobine et protégez tout excès. La charge doit être distribuée en parts égales parmi les cellules de charge multiples des installations de cellules de charge multiples. Si la différence est de plus de 10%, la charge doit être rééquilibrée et rajustée avec des cales.

Lors de l'étalonnage, l'installation, ou l'enlèvement d'une cellule, le vaisseau doit être soulevé sans décharger ou surcharger les autres cellules. La conception du système devrait s'adapter au levage et à l'enlèvement horizontal de la cellule.

Les cellules de charge de simulation doivent être utilisées au lieu des cellules en état de fonctionnement jusqu'à ce que la construction et le soudage soient terminés.

L'étalonnage du vaisseau nécessite des crochets de suspension ou des tablettes pour supporter les poids de calibration. Ceux-ci doivent être ajoutés quand le vaisseau est en cours de fabrication. L'étalonnage à une précision de 0,25% de l'échelle pleine ou encore mieux est normalement exécuté avec des poids morts. Ceci est la seule méthode d'étalonnage qui est reconnue par les agences de mesure et de poids. Tout étalonnage commence avec la remise à zéro du système:

Pendant l'étalonnage par contre-poids, le vaisseau est chargé également à 10% de la capacité de la charge variable en utilisant des poids standard. L'indice du poids est enregistré et les poids sont enlevés. Ensuite, le matériel de procédé est ajouté au vaisseau jusqu'à ce que l'indicateur de poids enregistre le même poids (10%) qu'avec les poids de calibration. Les poids de calibration sont donc chargés sur le vaisseau encore une fois et la lecture (maintenant environ 20%) est enregistrée. Ces étapes se répètent jusqu'à ce que 100% de la capacité est atteint.

L'étalonnage de poids utile est une méthode plus originale et rapide, qui utilise des personnes pesées au lieu de poids de calibration. La procédure est identique à l'étalonnage par contre-poids. Cette méthode ne devrait pas être utilisée s'il y a un risque de blessure.

La méthode de "transfert de matériel" d'étalonnage utilise une autre échelle pour vérifier le poids. Cette méthode est limitée par la précision de l'échelle de référence et court un risque d'erreurs à cause de la possibilité Une cellule maître peut également être utilisée pour l'étalonnage tant que le maître est environ trois fois plus précis que la précision prévue du système de calibration. La procédure de calibration implique un chargement incrémental et l'évaluation à chaque étape des signaux de sortie du pont-bascule de la cellule de charge maître (voir ci-dessous). Le nombre de divisions utilisées et la méthode de l'application de la force (hydraulique ou servomoteur) peuvent être choisis par l'utilisateur.

Si un système de cellule de charge cause des problèmes, quatre tests peuvent être exécutés:

Vérification des organes mécaniques: vérifier si la cellule de charge est abîmée. Si elle est déformée, tordue, étirée ou comprimée relatif à sa forme originale, elle n'est pas réparable et doit être remplacée. Vérifier s'il y a des aberrations ou des fentes sur les surfaces métalliques. Les surfaces de flexure doivent être parallèles l'un à l'autre et perpendiculaires aux deux surfaces de bout. Vérifier tous les câbles dans leurs ensembles. Les câbles encochés ou abrasés peuvent provoquer un court-circuitage d'une cellule de charge.

Remise à zéro (aucune charge): des déviations du zéro sont normalement provoquées par la contrainte propre dans la zone de détection. La contrainte propre résulte de la surcharge de la cellule et des cycles d'opération répétés. Avec un voltmètre, mesurez la sortie de la cellule de charge quand il n'y a pas de poids sur la cellule. Elle devrait être à l'intérieur de 0.1% du signal de sortie zéro spécifié. Si la sortie est en dehors de l'anneau de tolérance de zéro, la cellule est endommagée mais il se peut qu'elle soit réparable.

Résistance de pont: Mesurez la résistance à travers chaque paire de fils d'entrée et de sortie. Comparez ces lectures avec les spécifications de la cellule de charge. Les lectures hors tolérance sont normalement provoquées par un échec d'un élément ou plusieurs, normalement le résultat de transitoires électriques ou de foudroiements.

Résistance d'isolation: Connectez tous les fils d'entrée, de sortie, de capteur, et communs tous ensembles, et mesurez la résistance entre le corps de la cellule de charge avec un ohmmètre. La lecture devrait être au moins 5000 megaohms. Si la cellule de charge ne réussit pas ce test, répétez le test sans le fil commun. Si elle échoue de nouveau, cela veut dire que la cellule de charge a besoin d'être réparée. Si elle réussit, il se peut que le problème soit dans le câble de la cellule de charge. Normalement l'infiltration d'humidité provoque un court-circuitage (circulation du courant) entre l'électronique de la cellule de charge et le corps de la cellule.

Master Load Cell for Weighbridge Calibration
Cellule de charge maître pour l'étalonnage du pont-bascule
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Installations spéciales

Les cellules de charge montées sur des supports mesurent les changements dans la charpente support du vaisseau et peuvent éterminer les poids de réservoirs à une précision de 0,1% à 0,5% de l'échelle pleine. Ces cellules peuvent être installées sur des supports de réservoirs déjà existants, et plusieurs peuvent être montées ou boulonnées aux pieds d'un vaisseau. Les pieds peuvent être fabriqué de fléaux "I", de tuyaux, de tuyaux remplis de béton, ou de cornière. 

Ces cellules de charge sont disponibles en conceptions à axe unique ou double. Les cellules à axe double sont capables de fournir une surveillance de déformation perpendiculaire de contraintes thermiques (ou d'autres types de contrainte), ce qui peut éliminer les erreurs du signal principal. Si les cellules à axe unique sont utilisées, une deuxième cellule peut être installée perpendiculairement à la première pour mesurer et éliminer les erreurs provoquées par les contraintes thermiques.

Ces cellules sont sont très sensibles à la température et nécessitent un abri et une isolation du vent et du soleil. En localisant la cellule sur une toile à fléau "I" aidera à réduire l'erreur de température. Le métal de base de cellules à axe unique doit être le même que le matériel du pieds du vaisseau, sinon il y aura des erreurs. Si les cellules à axe double sont utilisées, elles compensent pour les différences de matériels et ceci ne posera aucun problème. La meilleure conception est de monter une cellule à axe double au centre de la toile de fléau "I", ou bien d'installer deux cellules à axe unique qui sont montées l'un en face de l'autre sur la face du plateau ou le plateau est lié à la toile.

Les bascules à pédale éliminent la complexité de la fabrications de bascules de véhicules à partir de cellules de charges, pont-bascules, et matériel de stabilisation, et donc sont moins chers (voir ci-dessous). Une bascule à pédale est une unité indépendante qui peut être insérée dans un puits peu profond. En plus d'être précises, les jauges de déformation directionnelles sont fournies pour capter le mouvement des véhicules.
Treadle Scale Design
Conception de bascule à pédale

Les transducteurs de pesage monovoie mesurent les charges actives en utilisant des assemblages de flexion et cellules de charge intégrés dans un simple module autonome (voir ci-dessous). La composition de la jauge de déformation dans le module détecte le poids correct indépendamment de la position de la charge. La composition en pente sur le haut du module découple la charge de la "pousseuse" pendant la mesure du poids et donc élimine ces forces. Monorail Weighing Transducer
Transducteur de pesagemonovoie

Les systèmes de pesage à courroie sont utilisés sur des courroie plates ou en auge. Les courroies plates sont plus précises, mais également elles peuvent parfois renverser du matériel. Ce genre de système de pesage est composé de cellules de charge qui supportent des galet, y compris trois galets libres sur chaque côté qui stabilisent et supportent le courroie et son contenu pendant qu'ils se déplacent sur la bascule. Le poids de livraison est déterminé en intégrant le produit avec des signaux de vitesse de courroie.

Le système de pesage doit être situé loins de la zone de chargement du matériel et du point d'impact, et à l'autre bout de la poulie motrice pour éviter une tension haute du courroie. Les courroies doivent être monocouches, flexibles, et doivent tracer avec un mouvement latéral. La tension de courroie doit être maintenue par le poids et la poulie pour minimiser les coincements ou la résistance au mouvement. La tension de courroie doit être configurée après avoir contrôlé la réponse du système à une tension plus haute ou basse. Une courroie desserrée peut provoquer des erreurs de charges latérales à cause du mouvement de la courroie, tandis qu'une courroie trop serrée peut provoquer la mesure de tension de courroie au lieu de la charge. Les cellules de charge sont largement utilisées dans les applications qui nécessitent un pesage de précision de matériaux solides et liquides. Ces applications sont appelées des configurations de perte de poids ou d'augmentation de poids, ce qui dépend de ci les récepteurs sont pesés ou bien les distributeurs (voir ci-dessous).

Load Cell Configurations for Solids Batching
Configurations de cellules de charge pour le dosage de solides
Les bascules de perte de poids mesurent le débit du poids total dans les changements de réservoirs distributeurs. Elles sont utilisées pour contrôler les débits à petite masse en procédé. Ces bascules sont composées d'un système de cellule de charge petit, un système de contrôle et de mesure différenciateur et un distributeur à vitesse variable. Normalement la vitesse du distributeur est réglée pour maintenir le débit de masse dans le procédé; pendant le cycle de recharge, elle est maintenue constamment à sa dernière configuration.

La trémie de mesure est pesée par des cellules de charge qui sont connectées via un boite de sommation à un transmetteur de poids. Le système de contrôle éxécute le distributeur à vis à une haute vitesse (de volume) jusqu'à ce que le poids-cible total est rapproché. Après, le système de contrôle réduit la vitesse du distributeur à vis jusqu'à une vitesse de "goutte à goutte". Le distributeur à vis continue de charger à cette vitesse pendant une durée limitée, et cesse lorsque le poids-cible est atteint.

La différence entre le poids-cible et le poids du qui est mesuré lorsque le distributeur à vis cesse, s'appelle le poids distributeur à vissort est arrétà s'appelle le poids de pré-action. Cette configuration de différence de pré-action permet au système de contrôle de considérer le matériel en vol qui est toujours en train de sortir du distributeur à vis pour finir dans la trémie de mesure. Le poids de pré-action peut être ajusté manuellement ou automatiquement, et sa configuration correcte est critique pour les applications à haute précision.

Pour le dosage de perte de poids, un distributeur est fourni avec une vanne marche-arrêt à son entrée et avec un distributeur à vis à vitesse variable à sa sortie. Le distributeur entier, y compris la trémie d'entrée et le distributeur à vis, est monté sur les cellules de charge. Quand la vanne d'entrée du distributeur est fermée, la pente à laquelle le poids total descend indiquera le débit continu du distributeur. Cette pente est contrôlée par les commandes de "perte de poids", qui calculent la vitesse à laquelle le poids total est en train de changer. La vitesse d'avance est en livres par heure, et le système de contrôle règle la vitesse du distributeur à vis pour maintenir la vitesse d'avance de débit désirée.

Le système de contrôle augmente la vitesse d'avance du distributeur à vis quand elle tombe en dessous du point de consigne, et la ralentit lorsqu'elle dépasse le point de consigne. Quand le distributeur est presque vide, le système de contrôle remet le distributeur en mode "recharge". Dans ce mode, la vanne d'entrée est ouverte et reste ouverte jusqu'à ce que le poids desiré est atteint.

Choisir le bon capteur de force

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Subminiature and Miniature Compression Load Cells Cellules de charge de compression miniatures et subminiatures
Conçues pour les applications avec des charges à haute capacité et un minimum d'éspace, une construction résistante entièrement en acier inoxydable et des jauges de déformation haute performance assurent une stabilité et une linéarité supérieure.
Subminiature and Miniature Tension/Compression Load Cells Cellules de charge de compression/tension miniatures et subminiatures
Designed for the demanding environment of industrial automation and robotics, ideal where the load may go from tension to compression and vice versa.
"S" Type Load Cells Cellules de charge type
Pour recevoir des lectures de sortie de compression ou de tension. Les applications comprennent la mesure de réservoir, trémies, charges en suspension et bascules pour véhicules. Les cellules de charge à fléau "S" fournissent une performance supérieure dans un emballage polyvalent et compact. Installer en utilisant des embouts ou des boutons de charge pour la meilleure performance.
Tension Link Load Cells Cellules de charge à tenon
Idéal pour la mesure des force de tension en ligne. Les applications varient de câbles sur des bras élévateurs, des tringles de support dans des créations architecturales, des bancs d'essai de moteur, jusqu'à des applications de pesage industrielles.
Low Force Sensors Capteurs à force basse
Conçus pour la mesure de force de laboratoire pour permettre la mesure de petites forces.
Beam, Shear Beam and Double Beam Load Cells Cellules de charge à double fléau et fléau de cisaillement
Utilisées dans plusieurs applications de cellules de charge, pesage de réservoirs et contrôle de procédé industriel.
Accessoires de totalisation et matériel de pesage de poubelles Accessoires de totalisation et matériel de pesage de poubelles Une variété d'assemblages de pesage, systèmes et boîtes de totalisation.
Cellules de charge plates et à pointe simple Cellules de charge plates et à pointe simple
Idéales pour les systèmes de pesage industriels et commerciaux, ils fournissent des lectures précises quelle qu'en soit la position de la charge sur la plate-forme.
Rondelles de charge et cellules de charge par >
                        </a>
                        <span class= Rondelles de charge et cellules de charge par insertion
Profile très bas et conception à faible encombrement, cette cellule de charge est idéale pour les applications qui nécessitent une conception par insertion, telles que les forces de fermeture, les forces de charges de tensionnement, et d'autres charges de compression.
Cellules de charge en style de cartouche Cellules de charge en style de cartouche
Utilisées pour les applications de pesage multiple et simple, plusieurs possèdent une conception entièrement en acier inoxydable et sont hermétiques pour les endroits humides.
Cellules de charge à compensation hydrostatique Cellules de charge à compensation hydrostatique
Conçues pour l'opération sous-marine. Les applications comprennent des cales sèches, le pesage de marines, les plate-formes en immersion, et le pesage industriel où il peut y avoir une innondation de puits
Boulons de charge Boulons de charge
Une alternative aux cellules de charge conventionnelles, parfaitement adaptées pour les forces de jonction, séparations et conception.
Cellules de couple rotatives et de réaction Cellules de couple rotatives et de réaction
Conçues pour être montées sur l'élément qui produit le couple, pour mesurer le couple de démarrage des moteurs.
Plateformes et balances industrielles Plateformes et balances industrielles
Balances plates industrielles pour une variété de tailles pour des applications lourdes.
Cellules de charge à profile bas Cellules de charge à profile bas
Compression et tension / cellules de charge de compression, utilisées fréquemment dans la recherche de pesage et la surveillance de force en ligne.