Mécanisme de capteur à jauge de contrainte PT306

Introduction du produit

Le cœur du capteur à jauge de contrainte est le composant fonctionnel essentiel des capteurs à jauge de contrainte. Son principe fondamental exploite l'« effet de déformation » des matériaux métalliques ou semiconducteurs, selon lequel la valeur de résistance change systématiquement lorsque les matériaux se déforment sous l'effet d'une force. En convertissant cette variation de résistance en signaux électriques mesurables, il permet une détection précise de grandeurs mécaniques telles que la force, la pression, le poids et le couple. En tant que « cœur » du capteur, il détermine directement ses performances de mesure et est largement utilisé dans les domaines de la mesure et du contrôle industriels, des systèmes de pesage, de la logistique de transport, du matériel médical, entre autres.

1. Caractéristiques et fonctions principales

1) Avantages principaux du cœur

• Haute précision et sensibilité : Utilisation de métaux de précision jauges de Contrainte (par exemple, Kevlar, alliage Kama) ou jauges de contrainte à semi-conducteurs, ces composants présentent des coefficients de déformation stables avec une précision de mesure comprise entre ±0,01 %FS et ±0,1 %FS. Ils peuvent détecter précisément de minuscules déformations mécaniques (niveaux de micro-déformation) et conviennent idéalement aux applications de mesure de précision.

• Adaptabilité étendue : En optimisant les techniques de collage des jauges de contrainte et en sélectionnant divers éléments élastiques de détection (par exemple, de type poutre, colonne ou anneau), le système couvre des plages de mesure allant du gramme à plusieurs centaines de tonnes. Cette capacité répond aussi bien aux besoins de petite échelle des balances électroniques qu'aux exigences de surveillance à grande échelle dans les presses industrielles.

• Bonne stabilité et répétabilité : L'élément élastique sensible est traité par vieillissement pour réduire la dérive causée par la relaxation des contraintes ; la jauge de déformation est utilisée selon un procédé de vieillissement à haute température et de protection étanche afin d'assurer une stabilité de la valeur de résistance lors d'une utilisation prolongée, une erreur de répétabilité inférieure à ±0,05 % de la pleine échelle (FS), et une cohérence garantie des données.

2) Performances fonctionnelles principales

• Conversion mécanique-électrique : Ce processus transforme des grandeurs physiques telles que les forces extérieures et les pressions en signaux de résistance précis présentant une excellente linéarité. Associé à des circuits de conditionnement ultérieurs, il génère des sorties industrielles normalisées telles que 4-20 mA et 0-10 V, permettant une intégration directe avec des systèmes de mesure et de contrôle pour la surveillance numérique de paramètres mécaniques.

• Fonction de compensation thermique : Le système intègre des jauges de contrainte à compensation thermique intégrée ou utilise un circuit de compensation dédié pour contrer les fluctuations de température ambiante (-20℃ à 80℃, plage de fonctionnement standard). Ce mécanisme empêche les erreurs de mesure causées par la dérive thermique, garantissant des performances stables sur toute la plage de température.

• Capacité anti-brouillage et de protection : La jauge de contrainte est isolée et encapsulée, la surface du corps élastique étant traitée avec des méthodes anti-corrosion (par exemple, galvanisation ou revêtement en poudre) afin de résister à l'humidité et à la poussière dans les environnements industriels typiques. Certains modèles haut de gamme intègrent des couches de blindage électromagnétique pour minimiser les interférences provenant du réseau électrique et des appareils électromagnétiques.

3) Caractéristiques de structure et d'intégration

• Design compact et léger : L'élément sensible élastique possède une structure compacte, l'ensemble du mécanisme ne mesurant que quelques centimètres cubes de volume et étant léger. Cela le rend idéal pour l'intégration dans divers produits capteurs de petite taille, tels que les dispositifs portables intelligents et les mini capteurs de Pression .

• Conception modulaire : Certains composants sont dotés d'interfaces normalisées (par exemple, fixation filetée et connexions par broches), permettant un assemblage rapide avec différents boîtiers et circuits de conditionnement, réduisant ainsi les coûts de recherche-développement et d'assemblage pour les fabricants de capteurs.

• Conception de protection contre les surcharges : L'élément sensible élastique est fabriqué en matériau résistant à la fatigue, avec une capacité de surcharge de 120 % à 200 % de la pleine échelle (FS). Il résiste à la déformation permanente sous l'effet d'une force d'impact instantanée, prolongeant ainsi la durée de vie du mécanisme.

2. Problèmes clés du secteur à résoudre

Dans les scénarios de mesure mécanique, les mécanismes traditionnels de capteurs rencontrent souvent des difficultés telles que des imprécisions de mesure, une faible adaptabilité, une durée de vie limitée et des problèmes d'intégration. Le mécanisme de capteur à jauge de contrainte résout spécifiquement ces principaux problèmes :

• Solution de mesure de précision : Pour remédier à la faible précision et aux erreurs élevées de lecture des composants de détection mécaniques traditionnels (par exemple, à ressort ou à levier), cette technologie répond à des exigences strictes en matière de précision des données dans des applications industrielles telles que le dosage des matériaux et la vérification métrologique, garantissant ainsi des résultats de mesure fiables.

• Limite d'adaptation de la plage : Ceci résout le problème selon lequel un seul mécanisme ne peut pas satisfaire des exigences multiples en termes de plage. Grâce à des conceptions structurelles utilisant différents élastomères, il permet une adaptation de la mesure allant de forces minimales (par exemple, pression d'infusion médicale) à des forces extrêmes (par exemple, pesage de pont) dans le cadre d'une même architecture technique, réduisant ainsi les coûts liés au changement de scénario.

• Problèmes d'interférences environnementales : Le système corrige la dérive de mesure causée par la température, l'humidité et les vibrations en utilisant des technologies de compensation thermique et d'étanchéité, assurant un fonctionnement stable dans des environnements difficiles tels que les ateliers à température élevée ou basse, les entrepôts humides et les machines vibrantes (par exemple, les machines-outils).

• Difficultés liées à l'efficacité de la R&D pour les fabricants de capteurs : Pour remédier aux cycles de développement longs et aux coûts élevés des composants principaux, les mécanismes modulaires permettent une intégration directe, réduisant ainsi les investissements liés au choix des matériaux et à l'application des jauges de contrainte, tout en accélérant la produit commercialisation.

• Stabilité à long terme : Remédie à la courte durée de vie des mouvements traditionnels due à la fatigue et au vieillissement. Les matériaux élastiques résistants à la fatigue et la fabrication de précision assurent un Temps Moyen Entre Défaillance (MTBF) ≥ 50 000 heures, réduisant les coûts de maintenance liés au remplacement fréquent des capteurs.

3. Points forts de l'expérience utilisateur

• Intégration facile : Grâce à une conception structurelle et à des interfaces standardisées, il peut être assemblé avec des boîtiers de capteurs et des modules de circuit sans modifications complexes, et est compatible avec les lignes de production automatisées. Le temps d'assemblage est réduit à moins de 10 minutes, augmentant considérablement l'efficacité de production.

• Convivialité lors du débogage : La sortie en résistance présente une excellente linéarité, éliminant ainsi la nécessité d'ajustements algorithmiques complexes pendant le débogage. Une simple calibration du point zéro et de la plage suffit à répondre aux exigences de fonctionnement, réduisant significativement la complexité opérationnelle pour le personnel technique.

• Durabilité : En usage prolongé, la dérive des données reste ≤±0,1 %FS/an, éliminant ainsi la nécessité de recalibrations fréquentes et réduisant la charge de maintenance. Cela le rend idéal pour des scénarios de surveillance à distance sans surveillance humaine, tels que la surveillance de la pression dans les canalisations.

• Contrôle des coûts: Les matériaux de base (jauges de contrainte, élastomères) sont matures et facilement disponibles, avec des procédés de production standardisés. Par rapport aux mécanismes piézoélectriques ou capacitifs, cela permet une réduction des coûts de 30 % à 50 %, tandis que la durée de vie prolongée diminue encore davantage les coûts sur tout le cycle de vie.
• Compatibilité scénaristique : Le signal de sortie peut être converti en formats industriels standard tels que 4-20 mA ou RS485 grâce à un circuit de conditionnement simple, permettant une intégration transparente avec les systèmes PLC et DCS courants sans nécessiter de convertisseurs de signal supplémentaires.

4. Cas d'utilisation typiques

1) Pesage et mesure industriels

• Équipements de pesage électronique : En tant que composant central des balances électroniques, des balances au sol et des balances suspendues, il assure une mesure précise du poids des marchandises. Utilisé largement dans les entrepôts, les parcs logistiques et les ports, sa précision répond aux normes requises pour les règlements commerciaux.

• Le système de dosage surveille le poids du bac à matériau ou la quantité de matériau introduit dans les équipements de dosage automatique utilisés dans l'industrie chimique et la transformation alimentaire, et coopère avec le système de contrôle pour assurer un mélange précis des ingrédients, évitant ainsi le gaspillage des matières premières ou des erreurs de proportion.

2) Le domaine de la surveillance et du contrôle des grandeurs mécaniques

• Surveillance des contraintes structurelles : Cette technologie est appliquée aux structures de grande envergure telles que les ponts, les bâtiments et les pales d'éoliennes. Elle capte en temps réel les signaux mécaniques provenant de la déformation structurelle, fournissant des données essentielles pour l'évaluation de la sécurité structurelle.

• Surveillance de la charge : Installé sur la broche de la machine-outil, les articulations de robot, les crochets de grue, etc., pour surveiller les variations de charge pendant le fonctionnement et prévenir les dommages aux équipements causés par une surcharge.

3) Détection de pression et de force

• Capteurs de pression industriels : En tant que composants centraux des systèmes hydrauliques et pneumatiques, ils surveillent la pression dans les conduites et les cylindres afin d'assurer un fonctionnement stable du système, comme dans les systèmes hydrauliques des machines d'injection.

• Dispositifs médicaux de détection de force : Ces systèmes surveillent les forces chirurgicales et de rééducation lors de procédures assistées par robot afin d'assurer la précision et la sécurité, comme dans la commande de retour de force en chirurgie orthopédique.

4) Secteur du transport et de la logistique

• Pesage des véhicules : Utilisé dans les systèmes de pesage dynamique (par exemple, les postes de contrôle de surcharge sur autoroute) et les bascules pour camions afin de surveiller le poids total du véhicule et la charge par essieu, prévenant ainsi les dommages causés aux routes par le surchargement.

• Équipements de tri express : Sur les lignes de tri automatisées, ils trient les colis en fonction de leur poids grâce à une surveillance en temps réel, augmentant ainsi l'efficacité du tri.

5) Électronique grand public et dispositifs intelligents

• Appareils portables intelligents : Ces dispositifs, tels que les traqueurs d'activité et les balances de santé, surveillent le poids corporel et l'intensité de l'exercice physique afin de soutenir l'analyse des données de santé.

• Appareils domotiques : par exemple, les capteurs de force d'adhérence dans les serrures intelligentes et la détection des collisions dans les aspirateurs robots, ces technologies améliorent l'expérience d'interaction intelligente des appareils.

Résumé

Les cœurs de capteurs à jauges de contrainte, reconnus pour leur « haute précision, large gamme de mesure et rentabilité », sont devenus la colonne vertébrale des produits capteurs en répondant aux défis liés à la précision, à la stabilité et à l'intégration des mesures mécaniques. Grâce à un cadre technique mature, une utilisation conviviale et une grande polyvalence, ils occupent une place irremplaçable dans des secteurs tels que la fabrication, la santé, le transport et l'électronique grand public, en fournissant un soutien fiable aux systèmes de mesure et de contrôle automatisés.

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