Capteur d'effort
Introduction
Les capteurs de force utilisent généralement un "corps d'épreuve" déformable afin de déterminer la force appliquée. La déformation du corps d'épreuve détermine la force appliquée.
Jauges d'extensométrie
Principe fonctionnement
Sous la forme la plus simple, une jauge est constituée d'un très fin fil (2 microns) conducteur collé sur un support. Cette feuille très mince est arrangée suivant la forme de la figure ci-dessous. Les brins de fil constituant la jauge étant principalement alignés suivant la direction de mesure, on peut admettre que le fil subit les mêmes déformations que la surface sur laquelle la jauge est collée.
La résistance d'un fil conducteur est définie par la loi de Pouillet : où R résistance électrique, résistivité et S section du fil.
En prenant le logarithme népérien et la différentielle de chaque membre et en considérant que les paramètres varient très peu lors de la mesure, on obtient la relation : puis enfin
où K est appelé le facteur de jauge (environ 2 ).
Les fabricants proposent des jauges de différentes tailles et de différentes formes en fonction des travaux d'analyse de contraintes. On aura donc des jauges simples pour l'analyse dans le sens de la déformation connue, des rosettes à 2 jauges (l'une pour le sens principal, l'autre pour la mesure du coefficient de Poisson ou encore pour la mesure de torsion), des rosettes à 3 jauges (45° ou 120°) lorsqu'on ignore les directions principales.
Principe de mesure
La méthode la plus précise pour mesurer une variation de résistance consiste à placer la jauge dans un pont de Wheatstone. Lorsqu'un pont est constitué de 4 résistances de valeur égale et alimenté par une source de tension (E) constante aux points C et D, on obtient par symétrie, une différence de potentiel nulle entre les points A et B. Si la résistance R1 varie légèrement, ce déséquilibre est mesuré par le galvanomètre (e0).
On vérifiera facilement que R1 et R3 agissent dans le sens positif (augmentation de la résistance) tandis que R2 et R4 agissent dans le sens contraire.
Le montage peut être réalisé avec une seule jauge active (montage dit en quart de pont), deux jauges actives (demi pont) ou encore quatre jauges actives (pont complet). Ce dernier montage est le montage le plus couramment utilisé pour les capteurs (force, pression...).
Lorsqu'une jauge est collée sur un substrat déterminé, elle subit des déformations suite à la dilatation propre du matériau due aux effets thermiques. C'est pourquoi les jauges actuelles sont autocompensées. Il faudra donc choisir une jauge dont le coefficient de dilatation est le plus proche de celui du substrat sur lequel elle sera collée.
Après leur installation, les jauges peuvent présenter de légères variations par rapport à la valeur de leur résistance nominale. De plus, les câblages ne sont absolument pas symétriques. Pour rattraper ce léger déséquilibre du pont, on branche un potentiomètre.
Utilisation
Les jauges d'extensométrie peuvent être utilisée comme base pour des capteurs :
de force ou de couple en les plaçant sur un corps d'épreuve spécifique en fonction du type d'effort à mesurer ;
de contraintes ou d'allongement en les collant directement sur le matériau à tester ;
d'accélération ;
de pression.
Sur l'hemomixer
le capteur de pesage à jauges d'extensométrie embarquant tout le mécanisme (étrier, moteur, réducteur de vitesse, plateau d'agitation...) permet de mesurer le poids (et donc par déduction le volume de sang prélevé). Une extrémité du corps du capteur est fixée sur le châssis tandis que l'étrier repose sur l'autre extrémité.
Ensuite, le signal est amplifié, filtré et converti en numérique puis traité pour passer en gramme puis en ml. Tout cela apparaît sur la figure ci-dessous :
