La sélection des capteurs de pesage doit tenir compte de 5 principaux paramètres

La sélection des capteurs de pesage doit tenir compte de 5 paramètres majeurs

Face à une fiche technique détaillée d'une cellule de charge, les nombreux paramètres peuvent en effet être accablants. Choisir un modèle n'est pas seulement une simple comparaison de paramètres, mais une correspondance précise basée sur les exigences de l'application.

Cet article vise à vous aider à aller droit au but, à clarifier quels sont les paramètres qui sont les "points critiques" que vous devez comprendre et sur lesquels vous concentrer, et comment interpréter la signification qui se cache derrière eux, afin de faire un choix plus judicieux et de distinguer efficacement le professionnalisme des fournisseurs.

### 1. Comprendre les paramètres des cellules de charge : les concepts de base comme pont de communication
Le cœur de la "compréhension" réside dans l'adéquation de la demande : En effet, vous n'avez pas besoin d'être un expert en conception de capteurs. Mais avoir une compréhension approfondie des exigences fondamentales de votre propre application (telles que la précision, la plage, l'environnement, l'installation, la durée de vie, les exigences réglementaires, etc.) est une condition préalable. Cela vous permet de poser des questions précises lorsque vous communiquez avec les fabricants et de comprendre la rationalité de leurs suggestions.

**Valeur et risque des fabricants professionnels** : S'appuyer sur des fabricants professionnels est une sage décision, mais le mot "professionnel" doit être vérifié :

- **Points de risque** : Il existe de nombreux commerciaux sur le marché qui n'ont qu'une compréhension superficielle des détails techniques ou qui font des promesses excessives. Si vous n'êtes pas du tout familier avec les concepts de base, vous êtes facilement induit en erreur, ce qui conduit à un mauvais choix de modèle. Au mieux, la précision n'est pas conforme aux normes ; au pire, le capteur est surchargé et endommagé, l'équipement s'arrête et des accidents de sécurité peuvent même être causés.
- **Stratégie d'autoprotection** : La "connaissance des paramètres clés" qui suit dans cet article est votre "bouclier" le plus puissant contre la tromperie. Être capable de poser des questions clés (par exemple : "Dans un environnement à haute température, comment le paramètre de dérive thermique est-il garanti ?", "Quelle est la limite d'erreur OIML R60 pour ce niveau de précision ?") peut rapidement distinguer la profondeur professionnelle de l'autre partie.
- **Vérifier le professionnalisme** : Exiger du fabricant qu'il fournisse des suggestions de sélection de modèles pour votre scénario d'application spécifique et qu'il explique la base de sa sélection de paramètres ; s'enquérir de ses normes de production (par exemple, s'il suit OIML R60, NTEP, etc.), des procédures d'étalonnage et des mesures de contrôle de la qualité.

### 2. Analyse approfondie des paramètres clés des cellules de charge : "Indicateurs durs" à examiner pour la sélection des modèles
(1) **Précision - paramètres connexes** : L'étalon-or pour mesurer la "précision"
- **Non-linéarité** : L'écart maximal de la courbe de sortie du capteur par rapport à sa ligne droite idéale. Il reflète la qualité de la "linéarité" du capteur sur toute la plage.
- **Répétabilité** : La cohérence de la sortie du capteur lorsqu'il est chargé à la même charge plusieurs fois dans les mêmes conditions. Il reflète la stabilité et la fiabilité du capteur. Il s'agit d'un indicateur très critique pour mesurer la qualité interne du capteur.
- **Hystérésis** : La différence maximale entre les valeurs de sortie du capteur pendant le processus de chargement et le processus de déchargement au même point de charge. Il reflète la perte d'énergie du matériau ou de la structure du capteur pendant le processus d'application/de déchargement de la force.

- **Clarification et interprétation approfondie des idées fausses des utilisateurs** :
L'unilatéralité de "les valeurs sont probablement cohérentes" : Bien que les valeurs de ces trois erreurs dans la fiche technique soient souvent proches, voire identiques (par exemple, toutes marquées comme ±0,02 % F.S.), ce n'est pas une règle absolue, et cela ne signifie pas qu'elles sont du même concept.
Une excellente conception de capteur s'efforcera d'optimiser ces trois indicateurs pour qu'ils atteignent tous un niveau élevé et soient équilibrés.
La véritable signification du grade de précision : La précision globale (Précision/Classe) d'un capteur est déterminée par ces trois éléments d'erreur principaux : non-linéarité, répétabilité et hystérésis (comprenant généralement aussi le fluage, l'influence de la température du point zéro, l'influence de la température de sensibilité, etc.).
Le grade de précision sur la fiche technique (tel que C3, 0,03 %) est un indicateur global, représentant la limite supérieure de la performance globale que le capteur peut atteindre dans des conditions standard. Lors de la vérification de la fiche technique, assurez-vous de confirmer si le grade de précision marqué comprend ces éléments d'erreur principaux.

Comment "comprendre" la précision :
Recherchez la "précision globale" ou la "classe de précision" : Il s'agit de l'indicateur le plus intuitif. Par exemple, "Précision : 0,05 % F.S." ou "Conforme à la classe OIML C3".
Vérifiez les composantes d'erreur : Si seules des erreurs à un seul élément sont répertoriées (telles que non-linéarité ±0,017 % F.S., répétabilité ±0,01 % F.S., hystérésis ±0,02 % F.S.), la précision globale est généralement égale ou légèrement supérieure à la valeur maximale de ces erreurs à un seul élément.
Un calcul plus rigoureux nécessite de se référer aux formules définies dans les normes pertinentes (telles que OIML R60, EN 12640), et chaque erreur est synthétisée d'une manière spécifique (généralement Root Sum of Squares, RSS).
Clé de la sélection du modèle : Si votre application nécessite une précision de ≤0,1 % R.O., assurez-vous de choisir un capteur avec une précision globale nominale supérieure à 0,1 % F.S. (par exemple, 0,05 % ou 0,03 %). Car il existe également des erreurs supplémentaires introduites par l'installation, l'environnement (température), le traitement du signal, etc. dans les applications réelles. Laisser une marge est la clé pour assurer la précision du système.

(2) **Capacité/Plage** : La pierre angulaire de la sécurité et de la précision
- **Loi de fer de la sélection - Redondance** : La redondance de 30 % que vous avez mentionnée est un consensus de l'industrie et une bonne pratique. Par exemple, si le poids maximal à mesurer est de 1000 kg, un capteur d'une capacité ≥1300 kg doit être sélectionné.
- **Interprétation et expansion approfondies** :
- **Prévenir les surcharges accidentelles** : L'impact des matériaux, les erreurs de fonctionnement, les vibrations de l'équipement, etc., peuvent entraîner le dépassement de la charge instantanée du maximum de conception. La redondance est la dernière ligne de défense pour éviter la déformation plastique (dommage permanent) du corps élastique central du capteur.
- **Protéger la précision de la mesure** : Lorsque le capteur est proche de sa pleine plage, les erreurs telles que la non-linéarité et le fluage augmentent généralement. Les meilleures performances peuvent être obtenues en opérant dans les 70 à 80 % de la plage.
- **Prolonger la durée de vie** : Évitez le fonctionnement à long terme sous des contraintes extrêmes pour réduire les dommages dus à la fatigue.
- **Considération de la charge dynamique** : Si l'application implique des chocs ou des vibrations fréquents (tels que les balances de dosage, la pesée dynamique), un facteur de sécurité plus important (tel que 50 % ou même plus) est requis, ou un capteur spécialement conçu pour l'impact/la réponse dynamique doit être sélectionné.
- **Charge minimale** : Les spécifications indiquent souvent la charge minimale mesurable. Si votre application doit mesurer de très petits poids (tels que le poids à vide ou la tare), faites attention à ce paramètre, car il est lié à la sensibilité et au bruit du signal.

(3) **Indice IP** : Armure contre l'environnement
- **Interprétation du code IP** : IPXX (par exemple, IP67)
- Le premier chiffre (X) : Degré d'intrusion des corps étrangers solides (0 - 6). Par exemple : 6 représente une étanchéité complète à la poussière.
- Le deuxième chiffre (X) : Degré d'étanchéité (0 - 9K). Par exemple : 7 représente une immersion de courte durée dans de l'eau à 1 m de profondeur sans pénétration d'eau pendant 30 minutes ; 8 représente une immersion continue dans l'eau, et la profondeur et le temps sont spécifiés par le fabricant ; 9K représente la capacité à résister au nettoyage par jet d'eau à haute pression/haute température.

### Points clés pour la sélection des modèles :
- **Correspondance de l'environnement** : Sélectionnez un indice IP approprié en fonction de la poussière, de l'humidité, du rinçage (en particulier le rinçage à haute pression et à haute température dans les industries alimentaires, chimiques et pharmaceutiques), de la contamination par l'huile, etc. à l'emplacement d'installation du capteur. IP65/IP66 sont des exigences de base pour les environnements industriels courants ; IP67/IP68/IP69K sont fortement recommandés pour les environnements humides et de rinçage.
- **Matériau d'étanchéité** : Les capteurs avec des indices de protection élevés utilisent généralement des joints d'étanchéité spéciaux (tels que le caoutchouc fluoré FKMI) et des procédés d'étanchéité. Demandez au fabricant si le matériau d'étanchéité peut résister à la corrosion chimique possible ou aux températures élevées dans votre domaine.
- **Entrée de câble** : L'indice de protection comprend également l'étanchéité au niveau de l'entrée de câble. Assurez-vous que les câbles et les connecteurs sélectionnés (ou le traitement d'empotage) peuvent répondre aux mêmes exigences d'indice IP.

### (4) Tension d'excitation et sortie nominale/sensibilité : la source et l'intensité des signaux
- **Tension d'excitation (V exc)** : La tension d'entrée fournie au pont du capteur. La plage courante est en effet de DC 5V - 15V (une valeur typique est de 10V).

### Notes pour la sélection/l'utilisation du modèle :
- **Correspondance de l'instrument** : Assurez-vous que la tension d'excitation fournie par votre instrument de pesage (ou conditionneur de signal) se situe dans la plage autorisée du capteur.
- **Exigences de stabilité** : La stabilité de la tension d'excitation affecte directement la stabilité du signal de sortie. L'ondulation de la tension d'excitation fournie par l'instrument doit être faible.
- **Puissance et élévation de température** : Une tension d'excitation plus élevée peut apporter un signal de sortie plus important (avec un meilleur rapport signal/bruit), mais cela signifie également une augmentation de la consommation d'énergie de la résistance interne du capteur, ce qui peut entraîner une augmentation de la dérive thermique. Dans les cas où les exigences de précision sont extrêmement élevées, des compromis doivent être faits (l'utilisation d'une excitation à source de courant constant est parfois également une solution).
- **Sortie nominale/Sensibilité (Sensibilité/Sortie nominale - RO)** : Définie comme le changement de sortie au niveau millivolt (mV) généré par le capteur par unité de tension d'excitation sous la charge nominale (pleine plage). L'unité est mV/V. Les valeurs de 1 à 3 mV/V sont les plus courantes (telles que 2 mV/V).

### Interprétation et calcul approfondis :
- **Calcul de l'amplitude du signal** : Signal de sortie réel (mV) = Tension d'excitation (V) * Sensibilité (mV/V) * (Charge actuelle / Charge pleine plage). Par exemple : Avec une excitation de 10 V, une sensibilité de 2 mV/V et une mesure de 500 kg (pleine plage de 1000 kg), le signal de sortie ≈ 10 V * 2 mV/V * (500/1000) = 10 mV.
- **Estimation de la limite de détection minimale** :
- **Extrémité du capteur** : Théoriquement, la variation de poids minimale qu'un capteur peut distinguer est limitée par son niveau de bruit (elle peut être marquée comme "résolution" ou "récupération de sortie de charge statique minimale" dans la fiche technique, ou une référence à l'erreur de répétabilité peut être requise).
- **Les capteurs à haute sensibilité** produisent des signaux plus importants sous la même excitation, ce qui permet d'améliorer le rapport signal/bruit (SNR), ce qui permet de distinguer des variations de poids plus petites.
- **Extrémité du système** : Le poids détectable minimal du système réel est déterminé par le bruit du capteur + le bruit du circuit de conditionnement du signal + la résolution de l'ADC.
- **Formule d'estimation simplifiée** : Poids détectable min ≈ (Erreur de précision globale % * F.S. * 1000) / (Sensibilité mV/V * Tension d'excitation V * Gain du système * uV correspondant à la résolution de l'ADC). Cela nécessite de connaître les détails de l'ensemble de la chaîne de signaux.
- **Une approche plus pratique** : Choisissez des capteurs avec une sensibilité plus élevée (tels que 2 mV/V ou 3 mV/V) et d'excellents indicateurs de répétabilité/bruit, et sélectionnez des ADC haute résolution (tels que 24 bits) et des amplificateurs à faible bruit pour l'instrument.
- **Correspondance de la plage de l'instrument** : La plage de mesure (entrée mV) de l'instrument doit couvrir la plage de signal de sortie du capteur sous les charges maximale et minimale. Les capteurs à haute sensibilité produisent des mV plus importants sous la même excitation et la même charge, ce qui facilite la correspondance de la plage d'entrée de l'instrument et l'utilisation complète de la résolution de l'ADC.

### (5) Autres paramètres clés à prendre en compte si nécessaire
- **Influence de la température** :
- **Dérive de température zéro** : La variation de la sortie du point zéro du capteur lorsque la température change. L'unité est généralement %F.S./10°C.
- **Dérive de température de sensibilité** : La variation de la sensibilité du capteur (amplitude du signal de sortie) lorsque la température change. L'unité est la même que ci-dessus.
- **Clé pour la sélection du modèle** : Si le changement de température dans l'environnement de travail est important (> ±10°C), ces deux paramètres sont cruciaux ! Sélectionnez des capteurs avec de petits coefficients de dérive thermique (tels que < 0,002 % F.S./10°C), ou confirmez si une compensation de température a été effectuée à l'intérieur du capteur et si la plage de compensation couvre vos conditions de travail (telles que -10°C ~ +40°C). Les applications de haute précision peuvent nécessiter des capteurs de température externes pour une compensation en temps réel.
- **Fluage** : La quantité dont la sortie du capteur change lentement au fil du temps sous une charge et un environnement constants. L'unité est %F.S./xx min (telle que 30 min). Il affecte la pesée à long terme ou le contrôle des processus.
- **Matériau** :
- **Corps élastique** : Acier allié (économique et couramment utilisé), acier inoxydable (résistant à la corrosion, nécessaire pour les industries alimentaires et pharmaceutiques), alliage d'aluminium (léger). Sélectionnez en fonction de la corrosivité environnementale.
- **Câble** : PVC (usage général), PUR (résistant à l'abrasion, résistant à l'huile), Téflon (résistant aux hautes températures, résistant à la corrosion). Sélectionnez en fonction de l'usure mécanique, du contact chimique et de la température.
- **Type de montage** : Type colonne, type poutre en porte-à-faux, type S, type cisaillement, type soufflet, type compression, type tension, etc. Il doit correspondre parfaitement à votre structure mécanique et à votre méthode de support de force ! Choisir le mauvais type de montage affectera grandement la précision et pourra même causer des dommages. C'est la priorité absolue lors de la communication avec les ingénieurs du fabricant.
- **Surcharge de sécurité et surcharge ultime** : Après une surcharge de sécurité (telle que 150 % F.S.) et un chargement interne, les performances du capteur doivent être récupérables ; la surcharge ultime (telle que 300 % F.S.) est la charge à laquelle le capteur peut subir des dommages permanents. La redondance vise principalement la surcharge de sécurité.

### Résumé et suggestions d'or
- **La demande est reine** : Définissez clairement votre scénario d'application (plage, précision, environnement, installation, réglementations).
- **Noyau de précision** : Le grade de précision global est l'indicateur principal. Comprenez qu'il est composé de non-linéarité, de répétabilité, d'hystérésis, etc. Assurez-vous qu'il est meilleur que les exigences de votre système.
- **Loi de fer de la plage** : Assurez-vous de réserver une redondance de ≥30 %, et une redondance plus importante est nécessaire dans les environnements à impact dynamique.
- **Correspondance de la protection** : Sélectionnez l'indice IP en fonction de la gravité de l'environnement (IP65/IP66 pour l'industrie de base, IP67/IP68/IP69K pour les environnements humides et de rinçage), et faites attention au matériau d'étanchéité.
- **Fondation du signal** : Comprenez la plage de tension d'excitation et faites-la correspondre. Utilisez la sensibilité de sortie (mV/V) pour estimer l'amplitude du signal et évaluer le potentiel de détection minimal (combiné au bruit du système et à l'ADC).
- **Adaptabilité environnementale** : Faites attention à l'influence de la température (dérive du point zéro et de la sensibilité) et à la sélection des matériaux (résistance à la corrosion, résistance à l'usure).
- **Correspondance de l'installation** : Le type de montage est la base de la mise en œuvre physique, alors assurez-vous de le confirmer correctement.
- **Communication professionnelle** : Pour les exigences particulières (température extrême, forte corrosion, dynamique élevée, installation spéciale, certification réglementaire telle que OIML/NTEP), les paramètres non confirmables ou les applications complexes, assurez-vous d'avoir une communication technique directe et détaillée avec les ingénieurs d'application du fabricant de capteurs. Fournissez autant de détails d'application que possible.