Structure interne et principe de fonctionnement du capteur de pesage/tension

Structure interne et principe de fonctionnement du capteur de pesage/tension

Un capteur de pesage est un dispositif utilisé pour mesurer une force. Lorsqu'il est soumis à une force externe, il génère un signal électrique à sa sortie. Le capteur de pesage à jauge de contrainte est l'un des types les plus courants utilisés pour mesurer le poids. Cet article présentera le principe de fonctionnement des capteurs de pesage et leurs différentes spécifications.

**Qu'est-ce qu'un capteur de pesage ?**

Un capteur de pesage est un type de transducteur de force. Un capteur est un dispositif qui convertit une forme d'énergie en un signal électrique lisible. Plus précisément, un capteur de pesage convertit une force en une tension qui peut être lue par un équipement électronique. Le capteur de pesage le plus couramment utilisé dans la vie quotidienne est le type à jauge de contrainte, qui est présent dans presque tous les appareils qui mesurent le poids.

**Comment fonctionne un capteur de pesage ?**

Un capteur de pesage contient un matériau résistif extrêmement fin fixé à un substrat flexible. Lorsqu'une force externe agit sur le corps du capteur de pesage, le substrat flexible se déforme, forçant également le matériau résistif à se déformer. Lorsque les dimensions des pistes résistives changent, leur résistance électrique change également.

Cependant, le changement de résistance est très faible par rapport à la résistance totale d'origine du matériau—généralement de l'ordre de 1:100. Cela rend la mesure directe de la résistance absolue très difficile. Par conséquent, le matériau résistif sur le substrat flexible est disposé en une structure de circuit appelée pont de Wheatstone. Le pont de Wheatstone (nommé d'après son promoteur, Charles Wheatstone) est un arrangement de résistances en forme de losange, avec une résistance de chaque côté, comme le montre la figure ci-dessous :

Une tension d'excitation est appliquée à une paire de coins opposés de la forme en losange, et le signal de tension de sortie peut être lu à partir de l'autre paire. Généralement, lorsqu'aucune force externe n'est appliquée, toutes les résistances ont la même valeur. Chaque "branche" du pont de Wheatstone agit comme un diviseur de tension résistif. Puisque toutes les résistances sont égales, la tension de sortie de chaque branche est également égale – ce qui signifie que la sortie différentielle est de 0V, car les points de sortie sont au point milieu de chaque diviseur. Lorsqu'une force externe est appliquée, la résistance de l'une des résistances change, modifiant la tension aux bornes de cette branche. Il en résulte une petite différence de tension apparaissant à la sortie.

**Comment utiliser un capteur de pesage ?**

La tension de sortie d'un capteur de pesage est très faible et provient d'une source à haute impédance (c'est-à-dire les diviseurs résistifs). Par conséquent, pour lire la tension avec précision, le conditionnement du signal est essentiel. Le circuit de conditionnement du signal doit avoir une impédance d'entrée élevée pour éviter de charger les diviseurs, un rapport de réjection de mode commun élevé car la tension absolue sur chaque branche est la moitié de la tension d'excitation, et également un gain différentiel élevé. Cela nécessite l'utilisation d'un amplificateur d'instrumentation, qui répond à tous les critères ci-dessus. La figure ci-dessous montre un exemple de circuit utilisant un amplificateur d'instrumentation AD620 avec un gain de 100, ce qui signifie que pour chaque 1 mV de tension d'entrée, la sortie sera de 100 mV. Par exemple, si la sortie pleine échelle du pont est de ±25 mV, la sortie de l'amplificateur sera de ±2,5 V.

**Capteurs de pesage numériques**

Pour surmonter les défis techniques associés à l'utilisation de capteurs de pesage analogiques, des capteurs de pesage numériques avec des interfaces telles que UART et RS485 peuvent être sélectionnés. Ces capteurs prennent en charge le protocole de communication MODBUS-RTU standard, permettant une connexion facile à des appareils tels que les automates programmables industriels (API), les ordinateurs, les modules d'affichage et les unités de transmission de données sans fil.