Actualités

Produits

Capteurs de pesage à point d’appui central : un pesage précis avec un seul capteur de pesage

Les capteurs à point d’appui central comptent parmi les capteurs de pesage les plus utilisés dans le monde. Contrairement aux autres capteurs de force, ces produits permettent d’appliquer la force en différents points, sans fausser le résultat de la mesure. Ceci est assuré par le parallélogramme intégré. Un seul capteur de pesage permet des applications de pesage d’une précision extrêmement élevée.

Les capteurs de pesage à point d’appui central conviennent à un large éventail d’applications et sont principalement utilisés par les constructeurs d’installations pour les secteurs de l’industrie manufacturière ainsi que pour l’installation de balances industrielles. L’utilisateur profite de la conception simple des applications de pesage en utilisant un seul et même capteur. Mais comment le produit a-t-il connu un tel succès ? L’histoire du capteur de pesage à point d’appui central a commencé avec l’invention des jauges de contrainte.

Jauges de contrainte : la base de tout capteur de pesage

Dès 1856, Lord Kelvin a constaté que la résistance électrique des fils de cuivre et de fer augmente lorsqu’ils sont soumis à des contraintes de traction. Il a ainsi posé la base de la technologie de jauges de contrainte qui constitue le cœur des capteurs de pesage à point d’appui central actuels. Ce sont cependant Edward E. Simmons et Arthur C. Ruge qui sont considérés comme les inventeurs de la jauge de contrainte. Fait intéressant : Arthur C. Ruge a déposé le brevet d’une jauge de contrainte en 1938 au MIT, où il travaillait. Verdict : comme ce développement a été considéré comme « commercialement non rentable », il a été autorisé à revendiquer le brevet et les revenus qui en découlent pour lui seul. Aujourd’hui, les jauges de contrainte sont considérées dans le monde entier comme un composant indispensable pour tout ce qui a trait au pesage industriel. Les jauges de contrainte comptent en effet parmi les technologies les plus utilisées dans le monde entier pour le pesage industriel.

Ce qui distingue toutefois les capteurs à point d’appui central des autres capteurs de pesage, comme ceux utilisés pour le pesage de cuves et de silos, c’est la conception spéciale avec parallélogramme intégré et la possibilité d’avoir la charge excentrée qui y est associée. « Bien que les capteurs à point d’appui central existent déjà depuis des siècles, ils sont toujours indispensables dans l’industrie d’aujourd’hui », indique Yannick Salzmann, Product Manager. « Grâce aux bras du parallélogramme, qui permettent de peser avec précision des charges, y compris hors de la plateforme de pesage, les capteurs de pesage à point d’appui central offrent une grande valeur ajoutée pour une multitude d’applications et de secteurs industriels, aussi bien pour des exigences en métrologie légale que dans d’autres domaines », explique Y. Salzmann.

Charge excentrée : comment les capteurs à point d’appui central garantissent un résultat de pesée extrêmement précis

La structure d’un capteur de pesage à point d’appui central est caractérisée par deux « bras » formant un parallélogramme, qui sont fixés des deux côtés par le corps d’épreuve. Deux jauges de contrainte sont généralement collées sur chacun des bras du parallélogramme. En raison des sections où le matériau est plus mince, les bras du parallélogramme sont déformés en forme de S lorsqu’une force est appliquée, et la forme rectangulaire de base devient donc un parallélogramme. Cette structure en parallélogramme permet de compenser les charges excentrées et d’appliquer la charge de manière toujours perpendiculaire. Ainsi, il est possible de réaliser des plateformes de pesage jusqu’à une certaine taille avec un seul capteur de pesage. Avant d’investir, il faut tout de même clarifier quelques questions fondamentales afin de trouver la solution de pesage adéquate.

Le matériau du corps d’épreuve : aluminium ou acier inoxydable ?

Les matériaux du corps d’épreuve doivent être choisis en fonction de l’utilisation dans les diverses applications avec différentes influences environnementales. Deux matériaux sont essentiellement utilisés ici : l’aluminium ou l’acier inoxydable.

L’aluminium présente une résistance élevée et, en même temps, de faibles « effets de fluage » (déformation viscoélastique ou plastique en fonction du temps et de la température) sous charge. Si l’on considère également les faibles effets de vieillissement à des températures d’application typiques de -20 °C à 65 °C, il est donc le plus adapté pour être utilisé comme matériau pour le corps d’épreuve et il offre une meilleure précision de mesure par rapport à l’acier inoxydable. La compensation rapide des gradients de température constitue un des autres avantages, car l’aluminium présente une conductivité thermique nettement supérieure à celle de l’acier inoxydable et peut donc compenser plus rapidement les différences de température, notamment aux points des bras du parallélogramme où la section de matériau est plus mince.

Par ailleurs, l’aluminium n’est pas très résistant à la corrosion par les produits chimiques. C’est pourquoi le corps d’épreuve est anodisé (procédé consistant à créer sur une pièce d’aluminium une épaisse couche de protection, extrêmement dure, au moyen d’une oxydation anodique) pour améliorer sa résistance aux influences environnementales. La zone où le matériau s’amincit est encapsulée après le collage pour protéger le film, généralement avec un silicone, de manière à garantir la protection contre la corrosion.

Acier inoxydable : lorsque les choses sérieuses commencent

Si un degré de protection contre la corrosion plus élevé doit être atteint en raison de l’environnement, par exemple pour l’industrie chimique ou pharmaceutique, l’acier inoxydable est utilisé comme matériau pour le corps d’épreuve. La résistance à la corrosion est considérablement accrue par ces matériaux. Si le capteur est protégé par un boîtier, comme c’est le cas pour une balance de table, alors l’aluminium est suffisant dans la grande majorité des cas. Cependant, quel que soit le matériau du corps d’épreuve choisi, il est également important de protéger les jauges de contrainte afin de garantir des résultats de mesure précis. « Il est essentiel de protéger les jauges de contrainte : chez Minebea Intec, nous disposons d’une large gamme de produits afin de garantir le bon capteur de pesage pour chaque utilisation. »

Protection des jauges de contrainte : encapsulation métallique ou en silicone

Le choix entre une encapsulation métallique ou en silicone dépend principalement de l’environnement dans lequel sera utilisé le capteur de pesage. Lorsque le capteur de pesage en aluminium ou en acier inoxydable doit être utilisé principalement dans des applications sèches avec encapsulation dans un boîtier ou lorsque l’influence de l’humidité est négligeable, une encapsulation en silicone suffit.

Toutefois, le silicone présente l’inconvénient d’être perméable à la vapeur d’eau. La plupart des films supports (tels que la résine acrylique, la résine époxy, la résine phénolique, le polyamide) sont hygroscopiques, tout comme certaines colles utilisées. Le film support gonfle lorsqu’il absorbe de l’eau, ce qui entraîne une dilatation et donc une erreur de mesure.

Pour éviter cela, il existe donc la possibilité d’une encapsulation métallique des jauges de contrainte. Cela peut être mis en œuvre au niveau des bras du parallélogramme ou avec un corps de déformation supplémentaire. Les cellules encapsulées en acier inoxydable sont prédestinées aux conditions environnementales exigeant un degré de protection élevé (jusqu’à IP69) et aux milieux agressifs. L’humidité ne peut plus influencer le résultat de la mesure car le film des jauges de contrainte est alors entièrement encapsulé dans du métal. Les câbles de connexion sont généralement reliés au moyen d’une traversée en verre afin de répondre à l’exigence d’herméticité.

Domaines d’utilisation des capteurs de pesage à point d’appui central

Les capteurs de pesage à point d’appui central sont utilisés dans de nombreux appareils. Les applications les plus courantes sont les trieuses pondérales dynamiques ou statiques, qui sont par exemple utilisées dans l’industrie agroalimentaire pour les tâches classiques telles que le contrôle de poids.

Les capteurs de pesage à point d’appui central sont donc à la base de tous les types de plateforme de pesage, des petites balances de table aux balances de sol d’une taille allant jusqu’à 800 x 800 mm. Elles sont composées d’une plaque de base, sur laquelle le capteur de pesage est vissé, et d’un tablier, avec lequel le capteur de pesage est monté du côté de l’application de la charge. Le capteur de pesage est avantageusement situé au centre, idéalement le centre du tablier est au centre du capteur de pesage afin de préserver la symétrie. Associées à l’électronique de pesage appropriée, les plateformes de pesage fournissent des résultats très précis pour les processus de pesage manuels et automatiques.

Contrairement aux balances décrites précédemment, une trieuse pondérale dynamique, aussi appelée trieuse pondérale en ligne, ne présente pas de tablier mais une bande transporteuse. Le produit est pesé pendant le passage sur cette bande transporteuse. Dans la production de marchandises en vrac, par exemple, elle est utilisée pour surveiller, trier (classer) ou même influencer (en matière de poids) ces dernières en fonction de critères de poids, tels que les exigences de vérification, par exemple par un contrôle correctif (régulateur de tendance) des machines de remplissage. Les trieuses pondérales dynamiques sont utilisées, entre autres, pour le contrôle total d’un flux de produits afin de vérifier ces produits par rapport aux exigences légales, de créer des rapports de production et, si nécessaire, d’éjecter les produits dont le poids est non conforme. Le capteur de pesage effectue un échantillonnage des valeurs de poids à une fréquence de mesure élevée et prend les valeurs mesurées de la marchandise à peser peu avant qu’elle ne soit transférée sur la bande transporteuse de sortie pour en déterminer le poids.

Talents multiples : utilisation des capteurs de pesage à point d’appui central

En outre, les capteurs de pesage à point d’appui central sont utilisés dans presque toutes les formes de pesage industriel, car les capteurs de pesage sont faciles à intégrer. Deux machines sont particulièrement utilisées dans l’industrie agroalimentaire et l’industrie des matériaux de construction, il s’agit des remplisseuses rotatives et des bascules à bande : avec une remplisseuse pondérale, le remplissage se fait directement dans l’emballage/le récipient. Le dosage se fait donc directement dans l’emballage final. Les emballages sont placés sur une plateforme de pesage, chacune étant reliée à un capteur de pesage. Plusieurs de ces plateformes sont disposées en cercle et tournent autour du centre du cercle. L’emballage rempli est ensuite transporté plus loin ou se trouve sur une bande transporteuse, comme dans une trieuse pondérale, et est transporté par celle-ci dans un cycle de démarrage/arrêt. Il est également possible que les capteurs de pesage soient disposés en cercle et attribués à des têtes de remplissage avec lesquelles ils tournent pendant le remplissage. Dans ce cas, chaque emballage vide est introduit respectivement sous une tête de remplissage, la tête de remplissage est remplie, et ensuite, par exemple après une rotation de 270°, le contenu de la tête de remplissage est déchargé dans l’emballage (en ouvrant des clapets par exemple) de sorte que l’emballage sort de la machine rempli.

Au lieu d’une bande transporteuse, les bascules à bande sont dotées d’un ou de plusieurs rouleaux non entraînés posés sur un capteur de pesage, et sont installées dans un convoyeur à bande. Les marchandises, principalement des produits en vrac, sont transportées sur cette bande, ce qui permet d’enregistrer en continu le débit massique.

En plus de ces deux applications, il existe d’innombrables autres cas d’application pour les capteurs de pesage à point d’appui central, par exemple les balances multi-têtes, les balances à dosage différentiel ou le pesage en cours de production, ce qui prouve leur polyvalence. « Les capteurs de pesage à point d’appui central sont la solution universelle idéale : avec notre gamme de produits, nous couvrons toutes les capacité max. entre 300 grammes et 750 kilogrammes. Tous les capteurs de pesage sont disponibles dans des classes de protection situées entre IP65 et IP69, ce qui permet de les utiliser dans des conditions environnementales exigeantes. Nous travaillons constamment à élargir notre gamme de produits afin de satisfaire à notre devise "the true measure" pour les capteurs de pesage à point d’appui central également », déclare le Product Manager Y. Salzmann, offrant ainsi un aperçu de l’avenir.

Retour à la présentation