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Capteur de force / Cellules de force

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Plage de force
  • 5 N - 2.500 kN (quasi-statique)
  • 1 kN - 1.000 kN (dynamique)
Classe de précision
  • ISO 7500-1
  • ASTM E4

Comparaison de nos capteurs de force Défis Avantages & Caractéristiques Caractéristiques de précision Accessoires optionnels

Dans l’essai de matériau, un capteur de force (également appelé cellule de force) est utilisé pour caractériser les propriétés mécaniques d'un matériau en mesurant la force nécessaire pour déformer ou casser le matériau. Le capteur de force convertit la grandeur physique qu'est la force en une tension mesurable électriquement. Les capteurs de force peuvent être utilisés pour des essais de traction, de compression, de flexion et de torsion ainsi que pour des essais cycliques.

À cause d’exigences souvent extrêmes et variées, des essais de matériaux, le capteur de force est le cœur du système d'essai. Ses caractéristiques offres les conditions pré-requises à des résultats d'essai fiables et interprétables. Pour permettre une intégration optimale de cette pièce maîtresse dans le système d'essai, ZwickRoell a développé et fabriqué sa propre gamme brevetée de capteurs de force Xforce, qui répond aux exigences les plus élevées en matière de précision et de robustesse.

Capteurs de force comparés
Xforce Precision P High Precision HP High Precision HP+ 1 K K+ 1 High Capacity Dynamic 2
Taille de la force nominale
Fnom
5 N jusqu'à 150 kN 5 N jusqu'à 10 kN 5 N jusqu'à 10 kN 10 kN jusqu'à 250 kN 10 kN jusqu'à 250 kN 330 kN jusqu'à 2 500 kN 1 kN jusqu'à 1 000 kN
Classe de précision 1 à partir de x% Fnom 0,4 % 0,2 % 0,1 % 0,2 % 0,1 % à partir de 0,2% de Fnom à partir de 0,4% de Fnom
Classe de précision 0,5 2 % 1 % 0,1 % 1 % 0,1 % à partir de 1% de Fnom à partir de 1% de Fnom
Plage d’utilisation quasi-statique quasi-statique quasi-statique quasi-statique quasi-statique quasi-statique quasi-statique et essais de fatigue


1 Les capteurs de force Plus disposent d'une plage de mesure étendue dans laquelle l'étalonnage est valable.
2 Le capteur de force Xforce Dynamic est équipé d'un accéléromètre intégré (à partir de 5 kN).

Les défis d’un capteur de force

Limites de force axiale
Forces transverses
Température
Couples de flexion
Couple de torsion

Limites de force axiale

Les limites de force axiale sont des limites et plages de force dans la direction de l'axe de mesure du capteur de force. Une force trop élevée dans la direction de l'axe de mesure du capteur de force peut conduire à une précision de mesure limitée et à une déformation permanente du capteur de force.

Le capteur de force Xforce peut résister à 300% de la force nominale sans défaillance mécanique et jusqu'à 150% sans décalage du point zéro. Grâce à un système d'identification électronique unique à l'intérieur du capteur de force, notre logiciel d'essai testXpert identifie automatiquement le capteur de force et ses caractéristiques et définit les limites de force et de déplacement adaptées à l'essai.

Forces transverses

Les forces transverses sont des forces externes qui agissent sur la surface de fixation de la jauge de contrainte perpendiculairement à l'axe d'essai. Ces forces peuvent avoir une influence négative sur les résultats d'essai.

Les capteurs de force Xforce (HP et K) sont conçus et construits pour les essais au cours desquels des forces transverses peuvent se produire. Une force transverse égale à 10 % de la force nominale entraîne une variation de seulement ±0,02 % de la valeur mesurée.

Température

Des variations de température sur le capteur de force peuvent provoquer des déformations et affecter le résultat mesuré.

Les capteurs de force Xforce, HP et K notamment, disposent d'une fonction de compensation de température intégrée.

Couples de flexion

Des couples de flexion apparaissent par exemple lorsqu'une force transverse est appliquée de manière décalée par un levier ou encore lorsque la force axiale est appliquée de manière décalée à cause d'une excentricité.

Les cellules de force Xforce sont conçues de manière à réduire au minimum les couples de flexion. Les éléments de déformation présentent une grande rigidité à la flexion lorsque des forces transverses, des couples de flexion ou des couples de torsion se superposent.

Couple de torsion

Lorsqu'une force transverse n'atteint pas directement l'axe de mesure, un couple est généré. Des couples de torsion sont générés par le montage d'essai ou l'éprouvette, par exemple lors de l'essai de compression de ressorts hélicoïdaux.

Sur les capteurs de force Xforce le couple correspond à 0,2% (P et HP) ou 0,005% (K) de la force nominale par mm pour chaque mm de décalage parallèle.

Vidéos sur le capteur de force Xforce

Robustesse et haute-précision. Ne vous fiez pas uniquement à nos propos, mais voyez par vous-même!

Avantages & Caractéristiques Capteur de force Xforce

Fonction unique d’auto-identification
Étalonnage usine selon norme
Linéarité exceptionnelle
Grande plage de mesure avec un seul capteur
Robuste et sûr
Montage aisé, rapide et précis des mâchoires
Remplacement rapide des capteurs de force

Fonction unique d’auto-identification

Vous gagnez du temps, vous évitez les erreurs et vous êtes sûr que votre capteur de force est protégé.

  • Une fois connectés, le type et les caractéristiques du capteur de force, y compris les limites de force et de déplacement, sont automatiquement importés et identifiés par notre logiciel d'essai testXpert.
  • Une saisie manuelle de ces informations devient inutile, ce qui évite les erreurs de saisie de l'utilisateur.
  • Les informations critiques, telles que les surcharges du capteur et la date de leur survenue, sont enregistrées dans la mémoire du système d'identification.

Étalonnage usine selon norme

Faites confiance à la précision de votre capteur de force!

  • Étalonnage usine certifié selon ASTM E4 et ISO 7500
  • Avant la livraison, chaque capteur de force est étalonné avec le système d’essai complet, incluant l'entraînement et l'électronique d’acquisition et de pilotage.
  • Les informations sur l'étalonnage sont documentées dans un certificat d'étalonnage d'usine fourni avec le capteur.
En savoir plus sur l’ISO 7500-1 / ASTM E4

Linéarité exceptionnelle

Maximisez la valeur de vos résultat d'essai!

La linéarité ou non-linéarité indique l'erreur du capteur de force sur l'ensemble de la plage de fonctionnement.

L’ASTM E4 stipule que l'erreur relative d'affichage ne doit pas dépasser 1% de la valeur mesurée (typiquement de 1% à 100% de la force nominale du capteur de force):

  • Capteurs de force Xforce HP et Xforce K: L'erreur maximale d'affichage est de <1% de la valeur mesurée à partir de 0,1% de la force nominale et de 0,25% de la valeur mesurée à partir de 0,4% de la force nominale
  • Capteur de force Xforce Dynamic: L'erreur maximale d'affichage est de <1% de la valeur mesurée à partir de 0,5% de la force nominale et de 0,5% de la valeur mesurée à partir de 1% de la force nominale

ISO 7500-1 définit des classes de précision allant de 0,5 à 3, l'étalonnage le plus courant des machines d'essai des matériaux correspondant à la classe 1:

  • Les capteurs de force Xforce répondent aux cinq critères de la norme ISO 7500-1, classe de précision 1 et classe de précision 0,5.

Grande plage de mesure avec un seul capteur

Plus besoin d’acheter et d’étalonner plusieurs capteurs de force!

  • Couvrez plusieurs exigences d'application avec un seul capteur de force avec une plage de mesure de 0,1% à 100% de la force nominale du capteur de force.
  • La plage de mesure disponible n'est pas affectée par les poids du dispositif d’essai ou des mâchoires fixées jusqu'à 45% de la force nominale.

Robuste et sûr

Testez en toute confiance

  • Protection de surcharge intégrée
  • Le logiciel d'essai testXpert permet de définir des limites de force qui entraînent l'arrêt automatique du système d'essai.
  • Des fins de course logicielles et matérielles limitent la plage de déplacement de la traverse. Les capteurs de force et outillages d’essai sont bien protégés.
  • Les capteurs de force Xforce peuvent résister sans rupture à des charges allant jusqu'à 300% de la force nominale, sans décalage du point zéro à des charges allant jusqu'à 150% de la force nominale. C'est pourquoi les protections contre les surcharges telles que les blocs de ressorts précontraints, les butées mécaniques ou guides pour l'absorption des forces transverses sont généralement superflues.
Travail dans deux postes d’essai avec un capteur de force avec tenon de raccordement

Montage aisé, rapide et précis des mâchoires

Remplacement et alignement aisé des dispositifs d’essai

  • Chaque capteur de force est équipé d'un tenon de raccordement parfaitement adapté, qui permet un montage rapide et sans jeu des mâchoires et dispositifs d'essai avec un alignement optimal par rapport à l'axe d'essai.
  • Les positions de référence (par exemple, l'écartement des adaptateurs d'essai) sont configurées une seule fois, puis enregistrées dans le logiciel d'essai testXpert.
  • Le capteur de force Xforce K dispose d'un tenon de raccordement optionnel qui permet son utilisation dans les deux postes d’essai.
  • Les capteurs de force Xforce Dynamic sont équipés en standard de raccords à bride garantissant la résistance dynamique interchangeable.

Remplacement rapide des capteurs de force

Gain de temps, lorsque plusieurs capteurs de force sont utilisés sur la même machine

Si vous utilisez plusieurs capteurs de force / cellules de force ou êtes amenés à changer fréquemment de capteur de force, l’option "Raccordement par tenon de raccordement" est vivement conseillée. Le tenon de raccordement permet de connecter un deuxième capteur de force au capteur de force existant du système d'essai, de manière identique à celle qui serait utilisée pour fixer un dispositif sur le capteur de force existant. Au lieu de visser ou de dévisser le capteur de force à chaque changement, le capteur de force d'origine reste en place et est complété d’un tenon de raccordement. Cette option présente les avantages suivants:

  • Les câbles des capteurs de force ne sont pas inutilement sollicités lors du vissage et du dévissage
  • Flexibilité et gains de temps
  • Alignement immédiat sur l’axe d’essai

Comment fonctionne un capteur de force?

Le capteur de force industriel le plus courant est la jauge de contrainte. Celui-ci fonctionne à l'aide d'un élément mécanique déformable sur lequel sont fixées des jauges de contrainte sous la forme d'un pont de mesure.

Dès lors qu’une force est appliquée sur la cellule de force, l'élément mécanique sur lequel la jauge de contrainte est fixée subit une déformation élastique. Cette déformation, sous forme d'allongement mécanique et de compression, a pour effet d'étirer ou de comprimer la jauge de contrainte. Cette variation de résistance due à l'allongement (et donc dépendante de la force) est convertie et traitée par l'électronique de mesure en un signal de mesure.

Un capteur de force de compression mesure les forces de compression et est généralement installé sous le dispositif d’essai. Un capteur de force de traction mesure les forces de traction.

Précision d’un capteur de force

La précision d’un capteur de force est déterminée par l’erreur de mesure. Plus l’erreur de mesure est faible, plus le capteur de force est précis. L'indication de précision la plus courante est la linéarité (ou la non-linéarité).

Linéarité (ou non-linéarité)
Hystérèse
Répétabilité
Marge de variation de la température et point zéro
Représentation graphique expliquant la linéarité d'un capteur de force

Linéarité (ou non-linéarité)

1 Puissance 2 Charge 3 Réglage du zéro 4 Puissance nominale 5 Non-linéarité 6 Hystérèse

La linéarité est une relation mathématique représentée par une ligne droite. Dans le cas d’un capteur de force, c’est la relation entre la force appliquée et le résultat du capteur. La précision d'un capteur de force est généralement exprimée sous la forme de ±x% de la valeur affichée.

Exemple: Un Xforce HP+ 1000N est étalonné en classe 0,5. La précision est de ±0,5% de la valeur affichée par le capteur de force de 1N à 1000N. 1N peut être mesuré avec une précision de ±0,005N.

Hystérèse

L’hystérèse est la différence maximale entre deux résultats de mesure du capteur de force pour la même charge appliquée, l'un étant obtenu en augmentant la charge par rapport à zéro et l'autre en la diminuant par rapport à la charge nominale maximale du capteur de force.

Répétabilité

La différence maximale entre les résultats de mesure des capteurs de force lors d'applications de charge répétées dans les mêmes conditions de charge et d'environnement.

Marge de variation de la température et point zéro

La variation de puissance ou du point zéro liée à une variation la température du capteur de force.

En savoir plus sur la capacité de nos capteurs de force à satisfaire vos besoins en matière d’essai.

Contactez nos experts - Nous serons ravis de répondre à vos questions.

Nous contacter dès maintenant

Accessoires optionnels pour le capteur de force

Dispositif Daily Check

Le dispositif Daily Check sert à vérifier régulièrement les capteurs de force jusqu’à 500 N avec des valeurs de référence mesurées après ré-étalonnage/ajustement. Le dispositif se compose de deux blocs étalon de référence (Master/Slave).

  • Utilisation des dispositifs et du logiciel sur un nombre illimité de machines grâce à un montage et démontage aisés.
  • Reconnaissance des erreurs systématiques en direction de traction et de compression dans les capteurs de force.
  • Fiabilité des résultats d'essai: La vérification entre étalonnages réguliers exclut les risques d'une erreur systématique dans le capteur de force.
  • Les résultats de la vérification quotidienne sont documentés dans un rapport testXpert.
  • Traçabilité: Tous les essais critiques de sécurité ont des exigences spécifiques en matière de traçabilité et documentation. Le logiciel d'essai ZwickRoell permet à l'administrateur de définir quels éléments rapporter ainsi que les méthodes et événements pour lesquels des argumentations devront être entrées.

Système de mesure de la force Xforce avec unité By-pass

Cellules de force avec unité By-pass particulièrement bien adaptées, notamment lorsque

  • Des essais sont effectués à des vitesses d'essai plus élevées, à cause de limites de force qui pourraient s’avérer insuffisantes.
  • Des essais sont effectués avec des distances minimales entre outillages d'essai ou avec des déplacements réduits, ce qui les rend particulièrement bien adaptés aux essais de ressorts et de composants.

Dans l’essai en direction de compression, les capteurs de force de type Xforce HP sont protégés par une protection de surcharge mécanique et une unité By-pass intégrée:

  • Dans le cas de la protection mécanique contre les surcharges, une butée mécanique se bloque avant que la force limite maximale admissible du capteur de force ne soit atteinte. Cela empêche l'endommagement du capteur de force par une surcharge.
  • L'unité By-pass intégrée, protège l’ensemble du montage d’essai: À partir d’un seuil de rupture de 120+6/-4% Fnom, la force disponible est transmise à plusieurs ressorts. L’ensemble du montage d'essai continue ainsi de fonctionner. Ce dépassement de la fin de course empêche une poussée de force dans le capteur de force, qui aurait pour résultat une surcharge ou la destruction.

Exemples de machines d'essai dans lesquelles des capteurs de force sont utilisés

Téléchargement Capteurs de force

Nom Type Taille Download
  • Information produit: Capteur de force Xforce K PDF 3 MB
  • Information produit: Capteur de force Xforce HP PDF 383 KB
  • Information produit: Capteur de force Xforce HP+ et Xforce K+ PDF 3 MB
  • Information produit : capteur de force Xforce P PDF 1 MB
  • Information produit: Capteur de force 330 kN -2.500 kN PDF 244 KB
  • Information produit: Capteur de force Xforce Dynamik PDF 314 KB
  • Information produit: Système de mesure de la force Xforce avec unité By-pass PDF 389 KB
  • Daily Check PDF 750 KB

Questions fréquemment posées (FAQ)

La cellule du capteur de force fonctionne à l'aide d'un élément mécanique déformable sur lequel sont fixées des jauges de contrainte sous la forme d'un pont de mesure. Lors de l’application de la force sur le capteur de force, l'élément mécanique sur lequel la jauge de contrainte est fixée subit une déformation élastique. Cette déformation, sous forme d'allongement mécanique et de compression, a pour effet d'étirer ou de comprimer la jauge de contrainte. Cette variation de résistance due à l'allongement (et donc proportionnelle à la force) est convertie et traitée par l'électronique de mesure en un signal de mesure.

Un capteur de force transforme les forces produites par la traction, la pression, la compression ou la torsion en un signal électrique qui peut être mesuré, lu et enregistré.

Le composant principal d'un capteur de force est un élément de déformation mécanique sur lequel sont fixées des jauges de contrainte.

Une jauge de contrainte est un capteur qui mesure une déformation par une variation de la résistance électrique. Dans l’essai de matériau, des jauges de contrainte sont utilisées dans les cellules de force.

Une mesure de force permet de mesurer la force qui agit sur le capteur. Elles sont utilisées pour déterminer les forces de compression ou de traction, mais conviennent également aux demandes de mesure dynamiques.

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