Capteur de force à jauges de contraintes

Fiche n°2: capteur de force
BE Electronique 3 IMACS
Capteur de force à jauges de contraintes
Jauge extensiométrique (ou jauge de contrainte) : C’est un fil électrique dont la
résistance varie avec les déformations subies.
Cette jauge est constituée d’un dépôt de semi-conducteur sur un substrat mince. La
déformation du substrat s’accompagne d’une variation de la résistance de la jauge. La jauge
de contrainte est donc un capteur de déformation.
Collons maintenant la jauge sur une pièce soumise à des contraintes : le corps
d’épreuve. La déformation subie entraîne une variation de la longueur du semi-conducteur.
Or la résistance ohmique d’un fil résistif est donnée par la relation :
R= ρ
l
S
On voit donc que la valeur de R dépend de la longueur du matériau constituant la
résistance.
∆l
∆R
∆l
= K
On montre que si il y a un allongement de
alors
⇒ il y a variation
l
R
l
de la résistance R
Les variations de résistances se mesurent à l’aide d’un pont (de Wheastone par
exemple).
Vcc
R-∆R
R+∆R
V2
V1
R-∆R
R+∆R
V1-V2
V2 =
V1 =
V1-V2 =
Capteur de force :
La
résistance
s’étire
F
La
résistance
se
contracte
Corps
d’épreuve
FicheCours_Jauge, T.ROCACHER
2004-2005
Fiche n°2: capteur de force
BE Electronique 3 IMACS
Finalement, on peut dire que F entraîne une variation de longueur des fils résistifs.
Cette variation, comme on l’a vu, provoque une modification de la résistance de chaque fil
résistif. Ceci se traduit par une variation de la tension différentielle de sortie du pont.
⇒
Vcapt = V1-V2 = S . || F ||
où S est la sensibilité du capteur.
NB : Dans les documentations techniques, on exprime souvent la sensibilité du pont de jauge
en mV/V (millivolts par volts d’alimentation et pour la charge nominale). Par exemple, la
jauge CPA3000 a une sensibilité de SPont=2mV/V pour une charge nominale de 6kg. On
alimente le pont en 10V. La tension de sortie vaut, pour 6 kg :
Vcapt = SPontxValim = 2x10 = 20mV
Donc la sensibilité en V/kg est S=Vcapt/Mnominal = SPontxValim/ Mnominal = 3.33 mV/kg.
Ces jauges sont de très petites dimensions (aire<1cm²) mais elles donnent une bonne
idée des déformations et contraintes locales.
Applications : mesures de déformations, de chocs, mesures de masses, de forces...
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