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Un capteur de pesage est un instrument utilisé pour mesurer le poids d’un objet. Il est constitué d’un corps d’épreuve en acier inoxydable ou en aluminium et relié à des extensomètres. Ces derniers suivent les déformations de la surface du capteur de pesage. Les variations de dimensions provoquent la variation de la résistance électrique. Cette dernière se convertit alors en un signal électrique proportionnel exprimé en millième de Volt (mV). Intégrés généralement aux balances, les capteurs de pesage concernent différents domaines d’activité. Distribution alimentaire, pharmacie, industrie automobile, construction, mécanique, sport, etc. Quel que soit votre secteur, le fonctionnement des capteurs de pesage est important à comprendre pour mieux saisir certains enjeux. Explications.
Comment fonctionne un capteur de pesage ?
Le capteur de pesage est fait de métaux mais qui présente dans le même temps une certaine élasticité. Son fonctionnement général est assez simple.
Le principe d’un capteur de pesage
Un capteur de pesage dispose d’un corps d’épreuve qui se déforme lorsqu’il est soumis à une charge. Les déformations sont généralement minimes, mais elles sont suffisantes pour mesurer le poids de l’objet à peser. Elles sont enregistrées grâce à des jauges de contrainte qui se déforment au même titre que le corps d’épreuve. Pour information, une jauge de contrainte est une grille de mesure faite d’un matériau conducteur et photogravée sur un support spécifique. Lorsque le support de jauge s’étire, la grille de mesure s’allonge et, lorsqu’il se comprime, la grille se rétracte.
La résistance de la grille varie donc en fonction de la charge à laquelle est soumis le corps d’épreuve du capteur. Cette variation détermine la contrainte. Les jauges se collent sur le corps d’épreuve, disposées de sorte à constituer un montage en pont de Wheatstone. En clair, quatre jauges de contraintes sont reliées et alignées autour du corps d’épreuve. Le signal correspondant à leurs déformations est traité par le matériel électronique associé au capteur. Le poids de l’objet est ainsi indiqué.
L’application du capteur de pesage
Certes, les capteurs de pesage ont essentiellement le même principe de fonctionnement, mais ils n’ont pas tous la même structure. Aussi, le processus de détermination du poids d’un objet peut varier d’un modèle de capteur à un autre : en réalité, il existe différents types de capteurs de pesage, parmi lesquels il faut choisir en fonction de son objet d’application. Il y a notamment les capteurs de pesage à point d’appui central, en flexion, en compression et en traction. Pour peser un objet avec un capteur de pesage à point d’appui central, vous devez placer ce dernier sous une structure sur laquelle la charge est déposée.
Quant au capteur de pesage en flexion, il s’utilise en groupe. Vous devez en monter plusieurs sous une structure rigide qui reçoit la charge. En ce qui concerne le capteur à compression, il est utilisé pour mesurer les charges très lourdes. Vous devez en placer plusieurs sous le pont à bascule qui reçoit la charge. Enfin, pour utiliser un capteur de pesage en traction, vous devez suspendre la charge sous le corps d’épreuve.
Par ailleurs, les capteurs de pesage sont disponibles avec deux types de signaux : numérique et analogique. Les capteurs numériques ont un équipement électronique intégré qui permet de traiter les résultats de mesure. L‘électronique exprime ces derniers dans un format facile à lire. Pour ce qui est des capteurs analogiques, leur usage nécessite le raccordement à un amplificateur de mesure.
L’influence de la température et des forces parasites sur le capteur
Le fonctionnement d’un capteur dépend de certains facteurs externes, tels que la température et les éléments parasites. Comme tout matériau, les capteurs de pesage et leurs jauges de contrainte réagissent à la température ambiante. Soumis à la chaleur, ils ont tendance à s’étirer, alors qu’ils semblent se comprimer lorsque l’environnement est froid. Conséquence : la résistance électrique varie également en fonction de la température ambiante, ce qui peut fausser la justesse de la mesure. Pour évite cela, un système de compensation de température est intégré aux capteurs de pesage qui sont aux normes.
Un capteur de pesage peut aussi être soumis à des forces parasites. Les forces parasites sont des forces qui ont un effet sur le peson, aussi bien dans la direction principale souhaitée que sur les côtés, en-dessous, etc. Lorsqu’elles interviennent, les résultats de mesure sont susceptibles d’être imprécis, voire erronés. Le capteur de pesage doit donc être installé de sorte à éviter les forces parasites ou à les minimiser. Pour avoir des mesures quasiment exactes, des pièces de montage ou modules de pesage doivent être utilisés.
Comment vérifier l’état d’un capteur de pesage ?
Si vous utilisez le capteur de pesage pour des transactions commerciales, vous devez très régulièrement contrôler son état.
Les obligations de vérification du capteur de pesage
Selon la loi, tout instrument de pesage utilisé dans le commerce pour déterminer un prix doit être vérifié périodiquement. Idem pour une application médicale. Aussi, il doit être révisé par un organisme officiel. La vérification périodique doit être effectuée tous les deux ans pour les instruments dédiés à la vente directe de produits de 30 kg au plus.
La période de vérification est d’un an pour les autres instruments. La vérification périodique consiste à vérifier l’EMT (Erreur Maximale Tolérée) de la balance. La révision périodique est obligatoire pour les capteurs de pesage destinés à faire des pesées d’au moins 5 tonnes. Elle consiste à régler l’instrument de pesage de sorte à réduire au maximum son EMT.
La mesure de la résistance
Dans le but de vérifier l’état de fonctionnement d’un capteur de pesage, vous devez mesurer sa résistance. Vous y arriverez à l’aide d’un multimètre avec une échelle en Ohms. Commencez par démonter le capteur de pesage. Contrôlez s’il y a des traces d’humidité dans le boîtier de jonction du capteur de pesage, à cause de la condensation ou d’une infiltration d’eau. Le cas échéant, nettoyez l’installation. Puis, vérifiez si la résistance de sortie est identique à celle reportée dans les données techniques du capteur de pesage.
La résistance de sortie est une valeur qui se trouve entre le fil du signal positif et le fil du signal négatif. Ensuite, vérifiez si la résistance d’entrée est semblable à celle reportée dans les données techniques du capteur de pesage. La résistance d’entrée est une valeur qui se trouve entre le fil d’alimentation positive et le fil d’alimentation négative. Enfin, vérifiez si entre le blindage et n’importe quel autre fil du capteur, ainsi qu’entre les fils et le corps du capteur, il y a une valeur d’isolation de l’ordre de plusieurs dizaines de mégaohms.
La mesure de la tension
Pour mesurer la tension de votre capteur de pesage, vous aurez encore besoin d’un multimètre numérique. À l’aide de cet appareil, vérifiez si, entre les fils d’alimentation du capteur, se trouve une valeur de d’environ 5 Vcc. Certaines électroniques délivrent une tension d’alimentation de 10V. Dans ce cas vous devrez mesurer environ 10V aux bornes des fils d’alimentation. Prenez la mesure du signal de réponse du capteur entre le fil du signal positif et le fil du signal négatif, en les branchant au multimètre. La valeur du signal doit être comprise entre 0 et +/- 0,5 mV. Vérifiez le comportement du capteur de pesage en y exerçant une charge. Si le capteur fonctionne bien, vous devez constater un accroissement du signal.
Comment étalonner un capteur de pesage ?
L’étalonnage du capteur de pesage est indispensable pour assurer la justesse de ses résultats de mesure. Cette tâche est encadrée par des normes comme EURAMET Calibration Guide, NIST Handbook 44, OIML, etc.
Les préparatifs à l’étalonnage
L’étalonnage d’un capteur de pesage doit être précédé de certains préparatifs. Vérifiez la portée maximale, l’échelon réel, l’EMT, la procédure d’ajustage et autres, avant de commencer. L’étalonnage doit se faire dans le local où le capteur de pesage est habituellement utilisé. Vous devez disposer de toutes les masses nécessaires à l’étalonnage. L’instrument de pesage doit être allumé avant et respecter un temps de chauffe avant le début de l’étalonnage. Il doit être posé sur une surface horizontale. Faites des essais préliminaires en utilisant des masses qui tendent vers les limites d’utilisation du capteur. Au cas où le capteur de pesage ne serait pas conforme aux normes, vous devrez réaliser un étalonnage avant et après l’ajustage.
Corps d’épreuve : l’essai d’excentration
L’essai d’excentration a pour but d’évaluer l’influence que l’emplacement de la charge sur le corps d’épreuve peut avoir sur le résultat de mesure. Lors de l’essai, la charge de référence doit être placée à divers endroits. Placez d’abord la charge au milieu de la cellule de pesée et relevez l’indication de mesure. Ensuite, placez-la à quatre autres emplacements et notez les résultats de mesure. Veillez à ce que la charge utilisée pour l’essai d’excentration corresponde au moins au tiers de la portée maximale du capteur de pesage.
Capteur de pesage : l’essai de répétabilité
Le capteur de pesage peut parfois présenter des problèmes de répétabilité ou de fidélité. C’est dire qu’il peut donner des résultats de mesure différents pour une même charge pesée plusieurs fois de suite. L’essai de répétabilité consiste à poser la même charge à plusieurs reprises, au même endroit, sur le corps d’épreuve du capteur de pesage. Relevées à chaque nouvel essai, les indications de mesure doivent être comparées. Normalement, elles doivent être identiques. Sinon, il y a un problème de fidélité et un ajustement sera nécessaire. Un essai de répétabilité doit comporter au moins cinq mesures consécutives pour être valable.
L’essai de pesage pour vérifier la précision du capteur
L’essai de pesage consiste à vérifier la précision du capteur de pesage sur toute son étendue de mesure. À cette fin, vous devez utiliser plusieurs charges. Pour commencer, mettez le capteur de pesage à zéro, sans la moindre charge. Puis, posez une charge au premier point d’essai et notez l’indication. Ensuite, augmentez progressivement la charge d’essai point par point. Lorsque vous atteignez la charge maximale, repartez en sens inverse en diminuant la charge d’essai, point par point également.
L’essai de pesage permet de détecter des problèmes de linéarité et d’hystérésis. Il y a problème de linéarité lorsque la machine de mesure n’est pas précise sur toute l’étendue de mesure. L’hystérésis désigne la différence de résultats de mesure lorsqu’on approche un point d’essai en augmentant ou en diminuant la charge d’essai. Il est possible d’étalonner certains capteurs de pesage simplement en augmentant et en diminuant la charge d’essai.
Pour achever l’étalonnage, vous pouvez effectuer un essai de pesée minimale. Cet essai est obligatoire dans certaines industries, comme le secteur pharmaceutique. Il consiste à déterminer la plus petite charge mesurable avec fiabilité et conformément aux exigences d’exactitude. Pour finir, n’utilisez pas un capteur de pesage pour mesurer des charges inférieures à sa portée minimale.
L’exemple le plus générale dans l’industrie, est la mesure du poids des palettes avant expédition, que les logisticiens doivent inclure dans leurs procédures à optimiser.
