Les capteurs de déformation

Thèmes abordés

Capteurs de déformation, physique, mesurande, voltmètre, aluminum, jauges de déformations, variations de courant, pont de Wheatstone

Résumé du document

Nous cherchons à déterminer une grandeur physique, la mesurande (voltage V) à partir de la mesure précise des déformations entrainées par les efforts appliquées à la structure (ici le corps d'épreuve).
Nous serons amenés à analyser les grandeurs d'influences telles que l'excentration de la charge appliquée et la température afin d'en assurer la maîtrise.

Extraits

[...] Par la pratique on s'aperçoit que lorsqu'on s'éloigne du centre avec une charge de plus en plus grande, le résultat s'écarte de celui obtenu pour la charge centrée. Dans ce cas, la compression n'est pas la même d'un côté de l'autre, de 1 à 1' à 2', etc. La force centrée nous donne en tout point le même effort de compression, mais le couple va donner une compression supplémentaire à droite par exemple et de la traction à gauche. La force et le couple vont se compenser grâce au montage en pont de Wheatstone. [...]

[...] 𝑆 𝑎𝑣𝑒𝑐 : 𝑉 (𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑛 𝑠𝑜𝑟𝑡𝑖𝑒) 𝑒𝑛 𝑚𝑉, 𝑔 = 9,81 𝑚⁄ 𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑡𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑛𝑒𝑙𝑙𝑒, 𝐾 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑗𝑎𝑢𝑔𝑒, 𝑚 (𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑟é𝑒𝑙𝑙𝑒 𝑚𝑢𝑙𝑡𝑖𝑝𝑙𝑖é𝑒 𝑝𝑎𝑟 𝑢𝑛 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑒𝑢𝑟 𝑒𝑛 𝑘𝑔, µ = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡 𝑑𝑒 𝑃𝑜𝑖𝑠𝑠𝑜𝑛, 𝐸 = 70000 𝑁⁄ 𝑚𝑚 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑒 𝑑𝑒 𝑌𝑜𝑢𝑛𝑔 𝑑𝑢 𝑐𝑜𝑟𝑝𝑠 𝑑′é𝑝𝑟𝑒𝑢𝑣𝑒, 𝑆 = 30 𝑚𝑚 𝑠𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑢 𝑐𝑜𝑟𝑝𝑠 𝑑 ′ é𝑝𝑟𝑒𝑢𝑣𝑒, 𝐸 𝑆 = 5000 𝑚𝑉, 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑑 ′ 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛.  Exemple de calcul théorique de V (pour m = 0,584 kg) : 𝑉 𝑡ℎé𝑜𝑟𝑖𝑞𝑢𝑒 = 𝑔 . 𝐾 . 𝑚 . (µ − ( 4). [...]

[...] Si minimum une jauge varie, on a 𝑉 𝑎𝑏 0 𝑉. Figure 1 = vertical ; h = horizontal) Hypothèses : On suppose que la jauge est adaptée au matériau du corps d'épreuve (Aluminium), on suppose qu'ils ont le même coefficient de dilation 𝛼 (car les deux ont tendance à se dilater sous l'augmentation de la température) 1 entre temps de mesure initial et final, dilatation du corps d'épreuve négligeable par rapport à son volume. ∆𝑉 ≅ 0 𝑚𝑚3 Liste du matériel : Système de plateau avec contre poids Cylindre de sécurité en PVC Corps d'épreuve creux sous forme de diabolo de caractéristiques : section annulaire S = 30 mm², E = 70 N/mm², µ = jauges de déformations pour mesures des horizontales pour mesures des verticales) avec résistance nominale (120 ± Ω Conditionneur de signal Écran d'affichage du signal traité (voltage thermoélectrique en mV) Schéma de l'installation: Figure 2 – Balance à jauges de déformations Procédure : En analysant le protocole d'essais qui suit, dresser un tableau des mesures à réaliser. [...]

[...] Dans nos calculs, nous multiplions les valeurs de celles-ci par un facteur dû au bras de levier. (𝑃′ = 𝑃 𝑋 𝑥 = 4 𝑃)  Graphique sur base du tableau de mesures + Observations D'une part, nous observons une certaine linéarité dans nos valeurs. On peut dire que le capteur ne présente pas d'erreur de linéarité, car la courbe force (masse)/signal (voltage) du capteur est quasi une droite parfaite. D'autre part, nous observons que centrer ou pas la charge n'influence que très peu la tension mesurée et la linéarité Calculs et interprétations :  Établissement d'une fonction µ, : ∆𝐿 1 ∆𝑅 = . [...]

[...] 𝐾. 𝑚 𝐸. 𝑆 𝑅 + µ 𝑑𝑅 𝑅 + µ 𝑑𝑅 . 𝐸𝑆 = . 𝐸𝑠 𝑅 + µ 𝑑𝑅 + 𝑅 − 𝑑𝑅 2𝑅 + 𝑑𝑅 . (µ − 𝑅 − µ 𝑑𝑅 𝑅 − 𝑑𝑅 𝑉𝐵 = . 𝐸𝑆 = . 𝐸 { 𝑅 + µ 𝑑𝑅 + 𝑅 − 𝑑𝑅 2𝑅 + 𝑑𝑅 . (µ − 𝑠 𝑉𝐴 = 𝑉 = 𝑉𝐴 − 𝑉 𝐵 = 𝑑𝑅 (µ + 𝑑𝑅 (µ + . 𝐸𝑆 = . [...]