52
Pont de Wheatstone (suite), ill d ( ) pouillement des mesures (rosettes) (Chap. 2.6 (fin), 2.7, 2.8, 2.9, 2.5, Chap. 3) MEC6405-Analyse Expérimentale des contraintes é COURS #3 et #4 (début) Hiver 2010 1

Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

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Page 1: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Pont de Wheatstone (suite),Dé ill d ( )Dépouillement des mesures (rosettes)

(Chap. 2.6 (fin), 2.7, 2.8, 2.9, 2.5, Chap. 3)

MEC6405-Analyse Expérimentale des contraintes

éCOURS #3 et #4 (début)

Hiver 2010

1

Page 2: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

S jSujets couverts

• Pont de Wheatstone

2010

Pont de Wheatstone Effet des longs fils résistifs

• Chaîne de mesure, scrutateurs, etc.

05 –

Hiv

er 2 Chaîne de mesure, scrutateurs, etc.

• Dépouillement des mesures par jauges (rosettes) avec exemple de calcul

MEC640 ( ) p

• Choix des jauges• Disposition des jauges dans le pontDisposition des jauges dans le pont• Capteurs à base de jauges (Chap. 3)

Département de Génie Mécanique

Page 3: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

2.6 PROBLÈMES RELIÉS AUX CIRCUITS AVEC PONT DE WHEATSTONE

2010 • Non-linéarité de la réponse du pont

05 –

Hiv

er 2

• Effets thermiques

MEC640

• Effet des longs fils de liaison

Département de Génie Mécanique

Page 4: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

2 6 3 Eff d l fil ( é i if )2.6.3 Effets des longs fils (résistifs)La présence de longs fils résistifs dans le pont de

2010

La présence de longs fils résistifs dans le pont de Wheatstone cause les erreurs suivantes:

1. La résistance des fils varie avec la température. C'est un effet parasite non contrôlé (On peut isoler les fils

05 –

Hiv

er 2 effet parasite non contrôlé (On peut isoler les fils

thermiquement afin de réduire ce problème)

2. Les fils de liaison sont des résistances montées en série

MEC640 avec le circuit de la jauge ce qui a pour effet de:

• désensibiliser le pont (output moins grand)

rendre difficile voire impossible l'équilibrage initial du• rendre difficile voire impossible l'équilibrage initial du pont

• générer une erreur dans l'étalonnage électrique

Département de Génie Mécanique

Page 5: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

ÀSystème deux fils, 1/4 de pont (À éviter)

2010 J1 R2

V

Bras 1 du pont R1 + 2ρ Bras 4 du pont R4

05 –

Hiv

er 2

R4

Em

R3

V

-Déséquilibre initial 1 2

4 3

2R RR R

R R

MEC640

-Désensibilisation 1 11

1 12R R

R R

-Effet de température non compensé (Δρ)p p ( ρ) -Erreur d'étalonnage électrique (Rc placé au bout des longs fils, près du pont)

Département de Génie Mécanique

Page 6: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Système trois fils, 1/4 de pont (Conseillé)

2010

Bras 1 du pont R1 + ρ Bras 4 du pont R4 + ρ

J1 R2

05 –

Hiv

er 2

Trois fils identiques de même ρ

Équilibre initial: 1 2 (si r 1)R RR R

R4

Em

R3

V

MEC640 4 3R R

Compensation de l'effet de température:

R4

(Δρ)

Désensibilisation du pont: 1

1

1

1

RR

RR

Département de Génie Mécanique

Page 7: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Tableau 2.8 – Valeurs typiques de désensibilisation due à des fils d'une longueur de 100 pieds (30.5m) [ 6 ] p. E-63

¼ et ½ pont , Connections à 3 fils

2010

p ,AWG R = 120 Ohms R = 350 Ohms

18 0.54 % 0.19 %

20 0.87 0.30

05 –

Hiv

er 2 20 0.87 0.30

22 1.38 0.47

24 2.18 0.75

26 3 47 1 19

MEC640 26 3.47 1.19

28 5.52 1.89

30 8.77 3.01Magnitudes of computed strain values will be low by the aboveMagnitudes of computed strain values will be low by the above percent per 100 feet of hard drawn solid copper lead wire at 25°C (77°F)

Département de Génie Mécanique

Page 8: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

F d j ff if SFacteur de jauge effectif, SGe

2010

Si on connaît la valeur de ρ ou le facteur de désensibilisation D,il est possible de corriger l'effet de désensibilisation en utilisant unfacteur de jauge effectif (SGe) que l'on trouve de la façon suivante :

05 –

Hiv

er 2

1 1GeGe

SR RSR S R

j g ( Ge) q ç

MEC640

1 1G

GR S R

SDSR

S 1GGGe SDS

RS

1

1

Département de Génie Mécanique

Page 9: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

2.6.4 Erreurs d’étalonnage électrique (¼ pont)On fait l'étalonnage électrique du pont de trois façons différentes:

2010

J1

R2

a) b)Rc

B

J1

B

R2

05 –

Hiv

er 2

Em

R4 R3

V

A

A'

A

R4

A'

Rc

VEm

R3

C C

MEC640

c) J1

Rc

B

R2

D D

A

R4

A'

VEm

R3

C

Département de Génie Mécanique

D

Page 10: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

) É l A Ba) Étalonnage entre A et B Sans long fils Avec longs fils (Annexe 2-2)

2010 1

1 1

mc cc mc

c

E R RK ER

1

1 1

2

2

mc cc mc

c

E R RK ERR

05 –

Hiv

er 2 1 1

14

2c RR

Durant l’essai on calcule:

MEC640

11

1

m m

c mc c

E E RK E R R

1 11

1

3m m

c mc c

R RE EK E R R

Département de Génie Mécanique

Page 11: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Erreur commise si on ignore la résistance des fils

1mE R

g

2010

12

11 1

1 1 11 1 33

m

mc cfaux

vrai m

RE R R R

R RR REE R R

05 –

Hiv

er 2 1mc cE R R

MEC640 Ex. jauges de 120Ω et des fils de 4Ω:

1 0 88faux

1

0.88f

vrai

Département de Génie Mécanique

Page 12: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

ÉÉtalonnage dans une branche adjacente (branche 4)

Sans long fil Avec longs fils

2010

4

4

cc mc

R RK E

R

4 42

1 4

cmcc mc

c

R R REK ER

05 –

Hiv

er 2

1 11 1

1 1jauge

R RR R

Donc, durant la mesure:

MEC640

4 4 11 12

4 1

cm c mc jauge

R R R RE K ER R

11

1

mjauge

mc c

E RE R R

Si on pose que R4 ≈ R1

Département de Génie Mécanique

Résultat est identique à celui obtenu en l'absence de longs fils

Page 13: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Eff d l fil d d iEffet des longs fils dans un demi pont

Si d j d l b h 1 t 4 d t l

2010

Si on a des jauges dans les branches 1 et 4 du pont, alors l'effet des longs fils de ce montage est le même que dans le cas du système à trois fils pour le ¼ de pont.

05 –

Hiv

er 2

MEC640

Em

J1 R2

V

R3J4

Département de Génie Mécanique

Page 14: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

A éli i d l'é l è à 4 filAmélioration de l'étalonnage: système à 4 fils

2010

05 –

Hiv

er 2

Étalonnage Lors de la mesure

MEC640

1

1

2cc mc

R RK ER

1 112

1

1

2

1mais si

cm mc

R R RE E

RR R

12

11

mais si RRR

1 cR RE E

Département de Génie Mécanique

11

m mcE ER

Page 15: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Pont complet éloigné de l'instrumentation• Pas de déséquilibre initial puisque

dans chaque branche on a R

2010

dans chaque branche on a R

• L'effet de la variation Δρ avec la température est faible sur V'

• Il y a désensibilisation du pont J1 J2R

05 –

Hiv

er 2 • Il y a désensibilisation du pont

puisque le voltage d'alimentation aux bornes du pont V' est plus petit que V à cause de la présence des longs fils

V'

J1 J2

J3J4

Rc

Em

V

MEC640 longs fils.

• Par exemple, pour des jauges de 120Ω et des fils de 3Ω, le voltage V'aux bornes du pont est égal à 95% d V

J3J4

de V.

• Puisque Rc ρ, l'équation d'étalonnage sans long fil demeure valide.

Département de Génie Mécanique

Page 16: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

2.7 CHAÎNE DE MESURE, SCRUTATEURS ET PONTS MULTIVOIESPONTS MULTIVOIES

Dét tCAPTEUR

2010

Corps d'épreuve (pièce)

Détecteur (jauge)Réaction du corps

Mesurande : . Statique . Dynamique

CONDITIONNEMENT DU SIGNAL

05 –

Hiv

er 2 (ex : pont de Wheatstone)Alimentation :

AC ou DC

SCRUTATION : - Manuelle - Automatique

1 Canal Plusieurs canauxSchéma synoptique d’une chaîne de

MEC640 q

AMPLIFICATION (si nécessaire)

CONTRÔLE

mesure

LECTUREConvertisseur : Analogue / Numérique Voltmètre

AUTOMATISÉ Ordinateur Horloge Relais

ENREGISTREMENTl

16

Manuel Imprimante / TraceurMémoire vive (temporaire) Disquette, disque dur Ruban magnétique

Page 17: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

2.7.2 Scrutateurs et ponts multivoies• Si on a plusieurs voies (ponts) et que les phénomènes ne

varient pas trop rapidement par économie on n'utilise

2010

varient pas trop rapidement, par économie, on n'utilise qu'un seul instrument de mesure qui est commuté successivement à chacune des voies.

• La commutation est assurée par un scrutateur ou

05 –

Hiv

er 2

a co u a o es assu ée pa u sc u a eu oumultiplexeur dont les qualités essentielles sont: faibles valeurs des résistances de contact fiabilité supérieure

MEC640 p

• Question fondamentale de la commutationDoit-on alimenter les jauges en permanence ou bien Doit-on alimenter les jauges en permanence, ou bien seulement lorsqu'on effectue la mesure?

17

Page 18: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Avantages et inconvénients des deux modes gd'alimentation des ponts

Alimentation Alimentation à la

2010

permanente

b l d

commutation

blè d é

05 –

Hiv

er 2 • stabilisation des jauges en

température• peut demander une source

d d é

• problème de régime transitoire en température

• plus simple et moins û

MEC640 de grand ampérage

• solution potentiellement coûteuse

coûteux

Le choix dépend de la précision requise !

18

Page 19: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

¼ de pont, jauge à trois fils, p , j g ,Alimentation temporaire

Commutateur à deux pôles

2010

4

V

2

3

11 12 13

Commutateur

Em

Commutateur à deux pôles

•Problème de résistances de contact•Pas d'équilibrage initial

05 –

Hiv

er 2 Commutateur

2 pôles

Commutateur à trois pôles

MEC640

V

2

3

Em

4

1

p

•Effet des résistances de contact est possiblement annulé •Pas d'équilibrage initial 4q g

Régime transitoire de température présent !

19

g p p

Page 20: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Ponts complets p(valable aussi pour les ¼ et ½ ponts)

S tè h d

2010

V

Système chaud•alimentation permanente•équilibrage initial (opt.)•pas d'effet des R contact

05 –

Hiv

er 2

Em

pas d effet des R contact•grand ampérage

MEC640

VEm

Système froid•régime transitoire •pas d'équilibrage p q g•petit ampérage

20

Page 21: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

2.8 DÉPOUILLEMENT DES MESURES PAR JAUGES

• Correction pour K

2010

Correction pour K• Les déformations dans un plan

Déformations principales

05 –

Hiv

er 2 Déformations principales

Cercle de Mohr

• Concept de l’état apparent de déformation

MEC640 p pp

• Notions de rosette• Exemple de calculExemple de calcul

Département de Génie Mécanique

Page 22: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

2.9 CHOIX DES JAUGES

Les domaines d’application sont vastes mais on

2010

pprencontre principalement:

d déf i h i l b i

05 –

Hiv

er 2 mesure des déformations en chantier ou en laboratoire

conditions statiques ou bien dynamiques (fatigue, vibrations)

MEC640

mesure des concentrations de contraintes mesure des contraintes résiduelles mesure des contraintes thermiquesq capteurs

22

Page 23: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Points à considérer pour le choix des jauges

L’environnement• température

La géométrie de la structure• détails à étudier (congés

2010

• température• la déformation maximale• la fatigue provenant des cycles de

déformations choix d’une série

• détails à étudier (congés, arrondis, bords, recoins)

• la cause des déformations (traction, torsion, flexion, cisaillement, contraintes é id ll )

05 –

Hiv

er 2 choix d une série

Les conditions de mise en oeuvre• facilité de collage et de câblage

(laboratoire vs chantier)

résiduelles)• la puissance de dissipation

acceptablechoix d’une géométrie

MEC640 ( )

choix d’une option

La nature physique de la structure• coefficient de dilatation du

L’instrumentation utilisée• conditionnement du signal,

alimentation, amplification,choix d’une résistance

matériauchoix d’une compensation

choix d une résistance nominale

Méthode détaillée pour le choix en Annexe 2-3

23

Méthode détaillée pour le choix en Annexe 2 3

Page 24: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

2.5 DISPOSITION DES JAUGES DANS LE PONT DE WHEATSTONE

Traction-compression (pont de Poisson)

2010

x

y

z Jb

Ja Jb

05 –

Hiv

er 2 xz

t

Ja

Jb

Jd

VEm

JcJd

MEC640

Pb

section : A = bt

Jc

Jd

a cP

AE

•Compensé en température (plein pont)

b d 2 1

4m GVE S

Département de Génie Mécanique

•Compensé pour la flexion (My et Mz)

•La torsion n'a pas d'effet sur les jauges

Page 25: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Fl i (d i )Flexion (demi pont)y

2010

x

y

z P

L VEm

Ja R

05 –

Hiv

er 2

t

section : A = bt

JaJb

Jb R

3

MEC640 b 3

;2 12a bPL btIIE

24m GVE S

•Compensé pour la température

•Compensé pour la traction-compression due à p p pune force axiale Fx

•La flexion due à My n’a pas d'effet (jauges placées à l'axe neutre)

•La torsion Mx n'a pas d'effet à cause de

Département de Génie Mécanique

•La torsion Mx n a pas d effet à cause de l’orientation des jauges

Page 26: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Flexion avec un pont complet (pont de Poisson)

y

2010

x

y

z P

Ja

Jd

LVEm

Ja Jb

05 –

Hiv

er 2

t

section : A = bt

Jb

Jc

JcJd

; 2a b c dPLt

IE

MEC640

bsection : A = bt

2 14m GVE S

2a b c dIE

•L'output théorique est 1.3 fois plus grand que celui du 1/2 pont•Mêmes compensations que le ½ pont

Département de Génie Mécanique

Page 27: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

T i (d’ b )Torsion (d’un arbre)

2010 2

4m G xVE S

05 –

Hiv

er 2

MEC640

é é ( l )

; ;2 2 2 2 2

;2(1 )

T Rx x x xG a c b dG JGE

Compensé en température (plein pont)

Compensé pour la traction-compression (Fx)

Compensé pour la flexion

Département de Génie Mécanique

Page 28: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Déf i d j l é à 45°Déformation des jauges placées à 45°1- Sous l’effet d’une déformation de cisaillement γxθ

2010

x

x

x

Rotation de 45°

+45° 45 2x

x

γxθ

05 –

Hiv

er 2

-45° 45 2x

MEC640 2- Sous l’effet d’une contrainte uniaxiale σx

x x

+ 45°

x x

x

x- 45°

Département de Génie Mécanique

Page 29: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

C l iConclusions- Lorsque les jauges sont collées sur le corps d'épreuve de

2010

Lorsque les jauges sont collées sur le corps d épreuve de façon à réaliser un demi pont ou préférablement un pont complet, on obtient:

une compensation thermique

05 –

Hiv

er 2 une compensation thermique

une isolation de l'effet mécanique désiré

un output électrique maximum

MEC640 un output électrique maximum

- Lorsqu'il s'agit de disposer les jauges dans le pont de Wheatstone, il faut se rappeler que :

les branches 1 et 3 sont positives

les branches 2 et 4 sont négatives

Département de Génie Mécanique

Page 30: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Chapitre 3CAPTEURS À BASE DE JAUGES DE DÉFORMATION

• Parmi tous les capteurs qui servent à mesurer des hé è é i l l f l

2010

phénomènes mécaniques usuels comme les forces, les moments, les poids, les pressions, etc., ceux qui utilisent des jauges de déformations sont les plus nombreux.

05 –

Hiv

er 2

MEC640

VEm

1 2

34

30

Page 31: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

La popularité des capteurs à base de jauges p p p j gs’explique par deux raisons principales

À é lité d f d' t t il t

2010

• À égalité de performance avec d'autres capteurs, ils ont l'avantage d'utiliser des instruments universels, sont d'emplois variés et bénéficient d'une technique bien définie. Grâce à ces avantages, ils sont très largement répandus.

05 –

Hiv

er 2

• On peut fabriquer des capteurs soi-même pour répondre à des besoins spécifiques. On peut aussi transformer une structure existante en capteur, par exemple: un boulon, une presse, un t il il d' i

MEC640 treuil, une aile d'avion.

31

Page 32: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Qu'est ce qu'un capteur à jauges ?

• Capteur passif qui comprend trois éléments:

2010

Un corps d'épreuve : Dispositif mécanique transformant la grandeur à mesurer en déformation d'une pièce de nature généralement métallique

05 –

Hiv

er 2

Un détecteur : Élément sensible constitué d'une ou de plusieurs jauges qui, convenablement placées sur le corps d'épreuve, transforment les déformations en variation de

MEC640 p ,

résistance électrique (ΔR/R).

Un circuit de conditionnement et des circuits connexes de compensation (si requis)p ( q )

32

Page 33: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Quelles sont les applications principales des Q pp p pcapteurs à jauges ?

• Mesure des :

2010

pressions forces couples (moments)

05 –

Hiv

er 2

p ( ) puissances déplacements inclinaisons

MEC640 inclinaisons

• Balances industrielles

33

Page 34: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Principes de base pour la conception

• Les jauges collées sur le corps d'épreuve (capteur) et

2010

convenablement groupées transforment les déformations du corps en variations de résistance qui sont proportionnelles à la grandeur physique

05 –

Hiv

er 2

• Un capteur est plus ou moins sensible à tous les phénomènes ambiants: forces, moments, pressions, températures, accélérations etc Pour mesurer avec précision une seule de

MEC640 accélérations, etc.. Pour mesurer avec précision une seule de

ces grandeurs physiques, il faut que celle-ci soit la cause majeure des déformations

• La réponse du capteur doit être indépendante des autres grandeurs physiques (parasites)

34

Page 35: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Performance des capteurs

• L’indépendance par rapport aux parasites est obtenue par:

2010

la conception mécanique, la disposition des jauges, les circuits de conditionnement et de compensation

05 –

Hiv

er 2

• Pour les capteurs, les précisions obtenues peuvent être considérablement supérieures à celles que donnent les jauges pour les mesures de déformations (facteur de jauge

MEC640 jauges pour les mesures de déformations (facteur de jauge

connu qu'à 0.5% près)

• Un capteur peut être étalonné directement en appliquant une p p pp qgrandeur connue. Les performances des capteurs à base de jauges sont moins dues aux jauges qu'à la qualité de leur conception.

35

Page 36: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Caractéristiques mécaniques du capteur

• La flèche: faible pour un capteur de force

2010

• La force de réaction: minimum pour un capteur de déplacement

• La déformation: pour une plus grande linéarité dans la

05 –

Hiv

er 2 réponse et une longue durée de vie, limiter les déformations

aux jauges à ± 1000 μm/m.• La contrainte: la contrainte ne doit pas dépasser nulle part la

t i t d'é l t d té i ( d d'é )

MEC640 contrainte d'écoulement du matériau (Sy du corps d'épreuve).

Pour un comportement linéaire et une bonne tenue en fatigue, limiter la contrainte à ± 0.25 Sy.

36

Page 37: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Caractéristiques mécaniques du capteur (suite)

• La variation de température:

2010

Compensée par un demi pont ou un pont complet Choisir un matériau à faible coefficient de dilatation et des

jauges autocompensées pour le matériauI l d t d' i t d h l t ll

05 –

Hiv

er 2 Isoler des courants d'air et sources de chaleur ponctuelles

• Effets mécaniques parasites: choisir une géométrie qui donnera εmax pour l'effet

mécanique mesuré

MEC640 mécanique mesuré

• Effets vibratoires: fréquence naturelle > 1.5 x la fréquence maximale du

mesurande mesurande amortissement interne adéquat

37

Page 38: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Caractéristiques mécaniques du capteur (suite)

2010

• Effets d'hystérésis: supprimer ou minimiser toutes les sources de frottement

(pièces mobiles)P ote tion

05 –

Hiv

er 2 • Protection:

munir le capteur de limitations et de butées pour éviter les dommages irréparables en cas de surcharges accidentelles ou encore les dangers résultants d'une rupture du capteur

MEC640 g p p

38

Page 39: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Métaux pour corps d'épreuve

• Les aciers mangano-silicieux (aciers à ressort à haute limite

2010

élastique)

• Les bronzes au béryllium

05 –

Hiv

er 2

• Les alliages d'aluminium (avec traitements thermiques appropriés)

MEC640

39

Page 40: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Classes de capteurs à jauges

Cl D i d' tili ti C té i ti

2010

Classe Domaine d'utilisation Caractéristiques générales

Déplacement - Mouvement linéaireMouvement angulaire

Le plus flexible possible

05 –

Hiv

er 2 - Mouvement angulaire

- Dimensionnement- Niveau

MEC640

Force - Pesage- Forces- Couples et moments

P i

Le plus rigide possible

- Pressions- Accélérations- Centre de gravité

40

Page 41: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Étapes à suivre pour la conception

• Déterminer toutes les sollicitations pouvant affecter la pièce.

2010

Identifier la sollicitation principale, celle que l'on veut mesurer, et les sollicitations parasites, celles que l'on veut éliminer.

05 –

Hiv

er 2 • Identifier la zone qui donnera les plus grandes déformations

sous l'effet de la sollicitation principale. Déterminer toutes les sollicitations qui agissent dans cette zone.

MEC640

• Localiser les jauges et les orienter préférablement suivant les axes principaux de déformations (pour la sollicitation principale). Se référer à l'annexe 3-1 pour les formules de

l l d déf ticalcul des déformations.

41

Page 42: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Étapes à suivre pour la conception (suite)

• Établir la disposition des jauges dans le pont de Wheatstone.

2010

La sollicitation principale est amplifiée au maximum et tous les effets parasites sont compensés (annulés).

• Le meilleur capteur est celui qui comporte un pont complet.

05 –

Hiv

er 2

p q p p p

• Dresser le tableau de la réponse du pont en fonction de toutes sollicitations

C l l l' t t thé i d t

MEC640 • Calculer l'output théorique du pont.

• Vérifier que le capteur résiste aux efforts normaux et exceptionnels.

42

Page 43: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

A 3 1Annexe 3-1Formules utilespour le calculdes capteurs

2010

p

05 –

Hiv

er 2

MEC640

43

Page 44: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Annexe 3-2, Calcul d'un capteur de force pour un système de levageg

La pièce illustrée est un capteur de force qui sert à relier les deux parties d'un système de levage. Les trous en A et B sont prévus pour accommoder des

2010

p pgoujons afin de ne transmettre, en principe, que la force P. Il s'agit donc d'une articulation cylindrique (rotule cylindrique). En réalité il y a d'autres forces et moments pouvant êtres transmis, et la

05 –

Hiv

er 2 température peut varier.

Déterminer le nombre, l'emplacement et l'orientation des jauges sur la pièce et donner leur agencement dans le pont de Wheatstone Calculer

MEC640 agencement dans le pont de Wheatstone. Calculer

l'output théorique du pont pour la force P et démontrer que toutes les autres sollicitations sont annulées

44

Page 45: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Tableau des déformations que subissent les jauges

Jauges

Charge 1 2 3 4 Formule

2010

Fx 0 0 0 0

Fy = P +1 -v +1 -v P/(AE)

-1 +ν +1 -v (P e c)/(EI)

05 –

Hiv

er 2 1 +ν +1 -v (P e c)/(EI)

Fz +1 -ν -1 +ν (Fz L c)/(2EI)

Mx -1 +ν +1 -v (Mx c)/(EI)

MEC640

My 0 0 0 0 --

Mz 0 0 0 0 --

ΔT +1 +1 +1 + 1 αΔTΔT +1 +1 +1 + 1 αΔT

Pont (Em/V) +1 -1 +1 -1 SG/4

45

Output théorique: Em/V = (SG/4) 2 (1 + v) P/(AE)

Page 46: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Laboratoire no. 4 Capteurs à base de jauges

Partie I, CAPTEUR POUR MESURE DIRECTE DU

2010

CISAILLEMENT

Une combinaison judicieuse des trois jauges de la rosette

05 –

Hiv

er 2 (poutrelle) permet la mesure directe de la déformation de

cisaillement γxy Réaliser cette combinaison

MEC640

Effectuer un essai et comparer les résultats avec les valeurs théoriques

Ajuster le facteur de jauge de façon à obtenir un affichage directement proportionnel à la déformation de cisaillement

46

Page 47: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Partie II, CARACTÉRISTIQUES MÉTROLOGIQUES D'UN CAPTEUR

Laboratoire no. 4 (suite)

2010

Construire le pont de Wheatstone (10 capteurs différents) Établir la sensibilité et la comparer à la sensibilité théorique Établir la linéarité (% pleine échelle) la répétabilité la précision

05 –

Hiv

er 2 Établir la linéarité (% pleine échelle), la répétabilité, la précision

Étudier les erreurs de résolution Étudier les erreurs dues aux signaux parasites

MEC640

47

Page 48: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Annexe 3-3Problème 3.3 (Recueil de notes de cours)

Poteau

2010

cylindriquerayon = r

Ap= πr2

Ip= πr4/4

05 –

Hiv

er 2

MEC640

JAUGES AXIALES JAUGES TRANSVERSALES POTEAUX J1 , J3 , J5 , J7 J2 , J4 , J6 , J8 TÊTE J J J J

48

TÊTE Ja , Jc Jb , Jd

Page 49: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

2010

05 –

Hiv

er 2

MEC640

49

Page 50: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

2010

05 –

Hiv

er 2

MEC640

50

Page 51: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

2010

05 –

Hiv

er 2

MEC640

51

Page 52: Pont de Wheatstone (suite), Dé ill d ( )Dépouillement des

Problème 3.3 (suite)

Mesurer à l'aide de jauges de déformation, la force appliquée par la presse hydraulique

2010

par la presse hydraulique.

Deux solutions sont considérées :

05 –

Hiv

er 2

1. Installer deux rosettes de 90° sur chacun des poteaux de la presse et relier toutes les jauges (deux poteaux) dans un seul pont de Wheatstone;

MEC640

2. Installer des jauges au centre de la tête de la presse afin de mesurer la flexion de celle-ci. Il y a une rosette de 90° sur le dessus et une autre sur le dessous de la poutre. Les jauges sont montées dans un seul pont de Wheatstone.sont montées dans un seul pont de Wheatstone.

Pour ces deux cas, trouvez la disposition des jauges dans le pont de Wheatstone pour la mesure de la force de la presse et calculez l'output théorique des ponts de Wheatstone

52

calculez l output théorique des ponts de Wheatstone.