Jauges de contrainte dans les systèmes d'automatisation

Aucun système de contrôle automatique fermé n'est concevable sans capteurs, sur le témoignage desquels une rétroaction se forme.

Capteurs ... Si différents dans leur conception et leur principe d'action. Capteurs de pression numériques et analogiques, capteurs de température, vitesses de rotation, efforts, courant, tension, capteurs de déplacement ... Et ce n'est pas toute la liste de toutes sortes de capteurs utilisés dans une variété de systèmes de contrôle.

Mais capteur - c'est juste un appareil qui change son signal proportionnellement au paramètre mesuré. Et comme le signal le plus pratique pour la transmission et la conversion est le courant électrique, le principe de fonctionnement de la plupart des capteurs est basé sur un changement de leur propre résistance électrique sous l'influence d'un facteur externe. Par conséquent, les capteurs avec des éléments tensométriques intégrés sont largement utilisés.

Qu'est-ce que élément de jauge de contrainte? Il s'agit le plus souvent d'un film protégé en alliage métallique (feuille) dont la résistance électrique est directement proportionnelle à la déformation qui se produit. L'alliage utilisé est généralement un mélange de nickel et de cuivre dans une certaine proportion.

C'est la combinaison de ces métaux qui fournit la plus forte dépendance de la résistance aux influences mécaniques externes. Il s'avère que tout est assez simple: ils ont inclus un élément de résistance à jauge de contrainte dans le circuit, lui ont appliqué une petite tension constante (plusieurs volts), et d'après l'ampleur du courant, nous jugeons les déformations, c'est-à-dire la force agissant sur le capteur.

Mais en pratique, il y a un autre problème. Elle consiste dans le fait que même pour un alliage de cuivre et de nickel, la variation de résistance sous l'influence de la déformation est très insignifiante. Par conséquent, il est nécessaire d'utiliser des amplificateurs ou des convertisseurs analogique-numérique.

Comme les mesures sont plus faciles à partir du point zéro, une jauge de contrainte appelée Wheatstone Bridge est souvent utilisée dans les capteurs à jauge de contrainte. Le pont de Wheatstone est un dispositif à quatre bornes qui comprend des résistances R1, R2, R3 et R4 dans son circuit. Les résistances sont situées sur les épaules du pont, c'est-à-dire dans ses branches indépendantes.

Il est très important que si les quatre résistances du pont de Wheatstone sont égales, la tension à sa sortie sera nulle, quelle que soit la tension d'entrée. Et si la résistance dans au moins un bras change, alors la sortie du pont aura instantanément une tension facile à suivre et qui est directement proportionnelle au changement de résistance de la résistance.

Cette dépendance de la tension de sortie du pont de Wheatstone au changement de résistance dans ses épaules est utilisée dans les capteurs à jauge de contrainte. Autrement dit, en plaçant des résistances à jauge de contrainte dans une ou plusieurs épaules du pont, nous sommes en mesure de suivre les déformations complexes qui se produisent dans le capteur.

Structurellement, le capteur est un élément élastique contenant des jauges de contrainte. Les résistances ordinaires incluses dans le pont peuvent être placées dans l'ADC ou fabriquées dans un bloc séparé.

Il est tout simplement incroyable de voir comment diverses mesures peuvent être effectuées à l'aide de capteurs de jauge de contrainte similaires. Les jauges de contrainte vous permettent de contrôler la force, le poids, la pression, le déplacement, la déformation en soi, les vibrations ... Bien sûr, les jauges de contrainte sont l'une des inventions les plus utiles dans le domaine de l'automatisation.

Alexander Molokov