Capteurs de force et capteurs de poids

Qu'est-ce qu'un capteur de force et comment fonctionne-t-il ?
Le principe technologique du capteur de force consiste à convertir une charge, c'est-à-dire une force appliquée à une masse dans le champ gravitationnel de la Terre, en signal électrique. La plupart de ces capteurs de force disposent également de cellules de charge qui convertissent les contraintes mécaniques en modification de la résistance. Poursuivez votre lecture ci-dessous pour en savoir plus sur les cellules de charge. La masse exerce une charge appliquée par le champ gravitationnel. Cette charge s'applique au corps du capteur de force et entraîne une déformation (la contrainte). La cellule de charge est convertie en écart de résistance, puis en tension de sortie. Cette tension est proportionnelle à la masse appliquée.

Les capteurs de force pour balance, ou cellules de charge, sont utilisés dans un grand nombre d'industries où la précision est indispensable. Les capteurs de force mesurent avec précision le poids des cuves, des réservoirs, des trémies et des convoyeurs. Les capteurs de force sont conçus pour résister aux conditions d'un grand nombre d'applications industrielles exigeantes. La portée varie considérablement d'un capteur de force à l'autre. Certains sont mieux adaptés aux applications en laboratoire, tandis que d'autres conviennent davantage à la préparation de lots conséquents ou à des applications logistiques.

Les capteurs de force doivent respecter les exigences d'un large éventail de normes internationales et faire l'objet de nombreuses homologations. Ils comprennent des capteurs de force électroniques, analogiques et hydrauliques qui vous permettent de convertir votre structure en balance. Les capteurs de force s'intègrent à différents types de balances : balances au sol, balances pour convoyeur à bande, systèmes de pesage, pèse-palettes, balances de contrôle pondéral et convoyeurs de pesage. Grâce à leur conception robuste, les capteurs de charge de METTLER TOLEDO sont également conçus pour les environnements difficiles. On les utilise généralement dans les applications de cuves sur pesons, de pesage de réservoirs, de balances pour silos et de ponts-bascules pour camions.

Comment un capteur de force est-il conçu ?
Les capteurs de force se distinguent avant tout par leur forme. On utilise les capteurs de force à point d'appui unique dans les applications à petite et moyenne échelle. Les capteurs de force à jauge de contrainte sont installés dans les balances au sol et les systèmes de pesage de cuves de moyenne capacité. Les capteurs de force oscillants sont utilisés dans le cadre des applications de grande portée. L'autre critère de distinction des capteurs de force est leur signal en sortie. Les capteurs de force analogiques ont besoin d'un terminal externe pour assurer l'amplification et la conversion de signal A/D. À l'inverse, les capteurs de force numériques ou électroniques sont dotés de microprocesseurs et offrent une meilleure précision, un transfert de données plus fiable et une fonction de surveillance d'état qui simplifie leur maintenance. Les capteurs de force sont disponibles dans une large gamme de prix, en fonction du niveau de performance requis. Vous pouvez acheter tout type de capteur de force auprès de METTLER TOLEDO, indépendamment de sa conception et de son prix.

Quelle est la précision des capteurs de force ?
Souvent, il existe une confusion entre la précision et la résolution lorsqu'il est question de capteurs de force. La résolution correspond au nombre de décimales affichées. Mais des décimales plus nombreuses ne signifient pas une plus grande précision. La précision définit à quel point des résultats de pesage sont proches de la réalité (calcul de la précision d'un capteur de force et calcul de la capacité d'un capteur de force). C'est pourquoi les balances à usage réglementé pour le commerce ont une résolution limitée, afin d'éviter toute interprétation des résultats. Les meilleurs repères pour évaluer la précision des capteurs de force sont les homologations légales pour usage commercial. Les cellules de charge à jauge de contrainte ont généralement une précision de l'ordre de 1/3 000 d à 1/10 000 d (figurant également dans les spécifications d'un capteur de force). Les capteurs de force à compensation électromagnétique atteignent une précision de 1/200 000, voire davantage. Sous des conditions idéales (température et humidité constantes notamment), la précision peut être 5 à 10 fois supérieure.
Toutefois, le calcul de la précision finale du système de capteur de force pour balance est relativement compliqué. De nombreux facteurs comme la température, la durée, la résolution, etc. doivent être pris en compte. Nous recommandons de demander conseil auprès des fabricants de capteurs de force. Notre outil professionnel de sélection des composants de pesage (Weighing Component Selector) prend en charge ces calculs.

Quelles sont les causes des pannes de capteurs de force ?
Les pannes de capteurs de force peuvent avoir plusieurs origines. Les boîtes de jonction des systèmes de capteur de force analogique constituent la source de pannes la plus courante. Lorsqu'un tel système de capteur de force analogique tombe en panne, le dépannage peut s'avérer fastidieux, car tous les composants (câble du capteur de force, capteur de force et boîte de jonction du capteur de force) doivent être vérifiés. Les capteurs de force numériques permettent de résoudre ce problème et éliminent de nombreuses autres sources de pannes en fournissant des données de diagnostic. En traitant les données, vous pouvez être assuré que votre système est opérationnel et en cas de panne d'un capteur de force, le système indique le capteur défectueux.

Comment le capteur de force mesure-t-il ?
Les capteurs de force servent à mesurer le poids de toute matière (avec un capteur de force 50 kg, de 10 tonnes, pour 50 tonnes et pour 100 tonnes, ou toute autre portée entre ces deux valeurs). Les cellules de charge peuvent peser au microgramme près et jusqu'à plusieurs centaines de tonnes pour les capteurs de force forte portée. Les capteurs pour faible portée servent généralement pour les applications pharmaceutiques, où quelques milligrammes font une grande différence. Les capteurs de force de portée moyenne sont généralement employés dans la transformation et le négoce de matières premières (ex. : capteur de force 5 tonnes). On utilise les capteurs forte portée dans les applications de stockage.

Comment sélectionner un capteur de force ? Que dois-je savoir pour sélectionner le capteur de force adapté ?
L'un des problèmes les plus fréquents en ce qui concerne les capteurs de force est le choix d'une protection inadaptée. Les capteurs de force sont très sensibles à l'humidité et aux fréquents lavages à grande eau. Même si leur indice d'étanchéité IP est élevé, la protection contre la chaleur humide n'est pas garantie. Lorsque le taux d'humidité est élevé ou si la température peut changer soudainement (environnement froid, lavage à l'eau chaude), nous recommandons d'opter pour des capteurs de force étanches en acier inoxydable. Différents paramètres doivent être pris en compte lorsque vous achetez des capteurs de force.

Les coûts d'étalonnage des systèmes de capteurs de force sont souvent sous-estimés. Si votre système qualité exige l'étalonnage régulier de ces systèmes de pesage, demandez conseil auprès de l'un des principaux fabricants mondiaux de capteurs de force pour déterminer la méthode la plus efficace. La certification à la norme ISO9001 nécessite l'utilisation d'équipements d'étalonnage indépendants offrant une traçabilité conforme aux exigences des normes internationales. En aucun cas l'étalonnage d'un système de capteur de force pour balance ne doit être considéré comme acquis et définitif.RapidCal™ est une méthode efficace pour étalonner les systèmes de pesage pour cuve de grande taille.

L'impact de l'installation d'un capteur de force pour balance sur la précision est souvent sous-estimé. Dans tous les cas, nous recommandons l'emploi de câbles blindés, car le signal du capteur de force est faible et facilement perturbé. Ils doivent aussi être les plus courts possibles afin de réduire la résistance au minimum, le cuivre modifiant cette dernière en fonction de la température.
Généralement, l'intégration de capteurs de force pour balance est complexe et nécessite des compétences en ingénierie. Les capteurs de pesage sont intégrés. Ils offrent une sécurité et créent les conditions de charge idéales pour le capteur de force. Découvrez les recommandations relatives au choix de capteurs de pesage appropriés et déterminez le modèle de capteur de force à usage commercial adapté à vos besoins.

Quelle est la différence entre un capteur de force et une jauge de contrainte ?
Les jauges de contrainte sont des composants des capteurs de force. Les capteurs de force convertissent la charge en contrainte. Cette contrainte est transmise à la cellule de charge ; cette dernière convertit sa résistance en potentiel électrique, qui permet de générer un relevé de pesage. Les capteurs de force de 10 tonnes et les capteurs de force pour 100 tonnes fonctionnent selon le même principe.

À quoi sert un capteur de force ?
Malheureusement, les capteurs de force mesurent des forces et non des masses, ce qui serait préférable. Par conséquent, toute autre force exercée verticalement par accident sur un système de capteur de force pour balance influe directement sur la précision. Par exemple, les forces d'écoulement dans un réservoir, le contact au sol (ramassage de débris, p. ex.), les câbles qui se touchent sur les capteurs de charge et les systèmes de faible portée, les vibrations verticales, etc., peuvent altérer la précision. Contactez l'un de nos experts pour éviter ces problèmes sur votre système et déterminer le modèle de capteur de force à usage commercial adapté à vos besoins.

En quoi consiste la sensibilité d'un capteur de force ?
La sensibilité d'un capteur de force pour balance est souvent un critère essentiel. Les processus de remplissage sont plus précis lorsque le taux de mis à jour est élevé. Il en est de même pour les systèmes de confection de lots : plus la sensibilité du capteur de force pour balance est élevée, plus la répétabilité de la recette est élevée. La sensibilité représente un certain coût, mais elle peut faire une énorme différence.

Quelle est la sortie d'un capteur de force ? Comment calculer la sortie d'un capteur de force ?
La plupart des capteurs de force fournissent une sortie analogique de 2-3 mV/V. Comme ce sont des dispositifs passifs, ils ont besoin d'une source d'alimentation externe pour l'excitation. Le signal en sortie varie selon la tension d'excitation relative et le courant de charge. La source d'excitation doit donc impérativement être stable pour éliminer les erreurs dues à la source d'alimentation. Un capteur de force de 2 mV/V peut générer une sortie atteignant 20 mV à pleine portée avec une alimentation en sortie de 10 V. Les terminaux modernes (transmetteur d'un capteur de force) offrent à la fois une source d'alimentation stable et une amplification précise du signal en sortie, pour convertir les signaux en relevés numériques. Pour obtenir un signal de bonne qualité, le câblage d'un capteur de force doit être correctement réalisé.

Qu'est-ce que la tension d'excitation pour un capteur de force ?
Les capteurs de force sont des dispositifs passifs, ils ont donc besoin d'une source d'alimentation externe pour l'excitation. La tension d'excitation peut varier selon le courant de charge, entraînant des erreurs. La source d'excitation doit donc impérativement être stable pour éliminer les erreurs dues à la source d'alimentation. Les terminaux modernes offrent à la fois une alimentation stable et une amplification précise du signal en sortie, pour convertir les signaux en données numériques.

Qu'est-ce qu'un capteur de force hydraulique ?
Les capteurs de force hydrauliques utilisent le principe de la variation de pression lors du chargement d'un liquide dans un réservoir. Les variations de pression sont mesurées par un capteur de pression. Les capteurs de force hydrauliques manquent de précision et on les utilise rarement aujourd'hui. Malgré leur robustesse, la précision des systèmes électroniques actuels les rend obsolètes.

Les capteurs de force sont-ils linéaires ?
Généralement, les capteurs de force sont très linéaires, de l'ordre de 0,03 % voire mieux. Aujourd'hui, on étalonne généralement les balances au point d'origine et à la portée maximale, indiquant une plage linéaire.

De combien de capteurs de force ai-je besoin ? 1 ou 2 capteurs de force sont-ils suffisants pour un système de pesage de cuves à 3 ou 4 pieds ?
Il est possible d'installer moins de capteurs de force qu'il n'y a de pieds sur les systèmes de régulation de niveau de liquide. Il faut simplement s'assurer que le centre de gravité du système ne se déplace pas horizontalement avec la charge. Un tel système ne peut atteindre une précision optimale. Il ne convient donc pas pour les matières en vrac.

Les sondes électroniques PT1000 ou PT100 fonctionnent-elles avec les capteurs de force analogiques ?
Les capteurs de force analogiques disposent d'une interface mV/V analogique différente de celles des sondes de température passives telles que la PT100 ou la PT1000. Des composants électroniques spécifiques sont donc requis.

Comment étalonner un capteur de force ?
Il convient d'étalonner les cellules de charge à leur endroit d'utilisation. Principalement en raison du fait que la gravité varie selon l'endroit. Un capteur de force fabriqué en un point A et utilisé en un point B peut être source d'erreur s'il n'est pas étalonné sur site. L'étalonnage doit également être réalisé sur site en raison de l'usure normale du dispositif, à laquelle tous les instruments sont soumis. En fonction du degré de précision requis dans le processus concerné, nous recommandons d'étalonner la balance tous les ans ou tous les deux ans.

Qu'est-ce qu'un capteur de force numérique ? Comment fonctionnent les capteurs de force numériques ?
Les capteurs de force numériques POWERCELL® présents dans les capteurs de pesage PowerMountTM intègrent un microprocesseur fournissant des données de maintenance conditionnelle et conçu pour compenser immédiatement les variations des conditions environnementales. Les capteurs de force numériques POWERCELL® garantissent des pesages toujours précis, quels que soient les effets des vibrations et de la température. Les fabricants de machines et d'équipements peuvent ainsi optimiser la valeur ajoutée de leurs produits pour leurs clients.

Qu'est-ce qu'un capteur de force pour balance conçu pour le pesage des machines ?
On utilise les capteurs de force pour balances conçus pour le pesage des machines dans un grand nombre d'industries pour lesquelles la précision est indispensable. Ils mesurent avec précision le poids des cuves, des réservoirs, des trémies et des convoyeurs. Nos capteurs de force sont conçus pour résister aux conditions d'un grand nombre d'applications industrielles exigeantes. La portée de pesage varie considérablement d'un capteur de force à l'autre. Certains sont mieux adaptés aux applications en laboratoire, tandis que d'autres conviennent davantage à la préparation de lots conséquents ou à des applications logistiques.

Les capteurs de force doivent respecter les exigences d'un large éventail de normes internationales et faire l'objet de nombreuses homologations. Ils comprennent des capteurs de force à fléau à point d'appui unique qui vous permettent de convertir votre structure en balance. Les capteurs de force à cisaillement s'intègrent à différents types de balances : balances au sol, balances pour convoyeur à bande, systèmes de pesage, pèse-palettes, balances de contrôle pondéral et convoyeurs de pesage. Grâce à leur conception robuste, nos capteurs de force oscillants ou à anneau de torsion sont conçus pour les environnements difficiles. On les utilise généralement pour les applications de cuves sur pesons, de pesage de réservoirs, de balances pour silos et de ponts-bascules pour camions.