Mesureur de force

Conseils pour l’achat d’un mesureur de force

En règle générale, une force n’est visible que lorsqu’elle provoque des changements. Nous ne voyons pas la force, mais son effet. Cependant, cet effet ne dépend pas seulement de la hauteur et de la direction de la force, mais aussi des influences qui la contrecarrent. Pour pouvoir déterminer et comparer les forces de façon objective, différentes méthodes et divers appareils de mesure de force ont été conçus. Un mesureur de force analogique déplace généralement un pointeur le long d’une échelle pour indiquer la force mesurée. D’autre part, un mesureur de force à écran numérique affiche les valeurs de mesure sous forme de graphique ou de valeur numérique sur un écran électronique. Beaucoup de ces appareils peuvent sauvegarder les données de mesure en format électronique, ou les transmettre directement à un ordinateur ou à d’autres appareils au moyen d’une interface.

L’unité de force utilisée au niveau international est le Newton. Cette unité sert aussi à mesurer la force de la gravité. Or, dans la vie de tous les jours, en médecine ou pour la simple mesure d’une charge, le terme « poids » accompagné de l’unité kilogramme est le plus souvent utilisé. La mesure d’autres forces est aussi indiquée en kilogrammes. Pour cette raison, nombreux sont les modèles d’appareils de mesure de la force qui affichent les valeurs de mesure en grammes ou kilogrammes. En anglais américain, la référence de la force est spécifiée avec le f de force, par conséquent, l’abréviation n’est pas kg mais kgf. Une force d’un kilogramme (kg ou kgf) correspond à environ 10 (9,81) Newtons, et un Newton correspond à environ 100 (102) grammes. La plage de mesure, la résolution et la précision dépendent du principe de mesure et du transducteur de force utilisé. Par exemple, un mesureur de force numérique d’une série de modèles déterminée mesure entre 0,000 et 5,000 Newtons avec une résolution de 0,001 Newton, tandis qu’un autre mesureur de force de la même série de modèles peut mesurer jusqu’à 100 000 Newtons avec une résolution de 10 Newtons.

Un mesureur de force peut être détruit par des forces trop élevées, mais aussi par une charge incorrecte avec un point d’application de force erroné, une mauvaise direction de force ou par des charges dynamiques supplémentaires qui n’ont pas été prises en compte. Par conséquent, la magnitude et la direction de la force, et si elles peuvent être absorbées et analysées en toute sécurité par le mesureur de force, jouent un rôle important lors de sa sélection. D’autre part, il ne faut pas oublier que de nombreux appareils ne fonctionnent de façon fiable que si certaines conditions de fonctionnement sont maintenues. Pour certaines applications, il existe un grand choix de différents types d’appareils de mesure de la force tandis que, pour d’autres, il n’existe que peu de modèles. Il peut même être nécessaire de faire des adaptations spéciales ou de chercher des solutions adaptées à chaque cas.

Un mesureur de force peut être utilisé pour une vaste gamme de tâches de mesure. Nous vous expliquons ci-dessous pourquoi le mesureur de force est l’appareil idéal, et ce qu’il faut prendre en compte au moment de le choisir.

Critères de sélection pour le mesureur de force

Parmi la grande quantité de mesureurs de force disponibles, vous pouvez réduire le choix en vous servant des critères suivants :

1. Quels sont les types de force que le mesureur de force doit mesurer ?
2. Quels sont les domaines d’application d’un mesureur de force ?
3. Existe-t’il des conditions ambiantes spéciales à prendre en compte ?
4. Comment souhaitez-vous visualiser et traiter les résultats des mesures ?
5. Quelle est la force maximale qui agit sur le mesureur de force ?
6. De quelle précision avez-vous besoin ?

Si aucun mesureur de force de notre gamme ne répond à vos besoins, il peut être pertinent d’élaborer une solution individuelle, que ce soit au niveau du design de l’appareil que des fonctions spéciales du logiciel.

1. Quels sont les types de force que le mesureur de force doit mesurer ?

En fonction de la tâche de mesure, il faudra utiliser un mesureur de force avec les capteurs adaptés. Par conséquent, la première question à se poser concerne le type de force à mesurer. Les applications les plus courantes sont :

2. Quels sont les domaines d’application d’un mesureur de force ?

Un mesureur de force peut être utilisé en laboratoire, en cours de production, voire pour des produits ou des composants installés. Pour effectuer des mesures en laboratoire, vous pouvez intégrer le mesureur de force dans un banc d’essai de force, ce qui facilite la réalisation des mesures. Lorsque vous choisissez un mesureur de force et notamment l’unité d’application de la force, pensez à l’espace disponible.

Un mesureur de force est généralement composé d’un capteur de force et d’une unité d’affichage. Contrairement à un mesureur de force mécanique, les deux composants du mesureur de force numérique à capteur externe peuvent être facilement séparés. Certains modèles permettent de changer facilement le capteur, c’est-à-dire, la cellule de charge, vous permettant ainsi d’utiliser un même mesureur de force pour différentes tâches de mesure. Le design des capteurs est polyvalent. Certains capteurs mesurent la force dans plusieurs directions comme, par exemple, la traction et la compression le long d’un axe, ou la mesure simultanée de plusieurs axes de force.

Comme le poids est une force, les balances sont aussi un mesureur de force. Certaines balances permettent de sélectionner l’unité Newton tandis que, pour toutes les autres, il est possible de convertir l’unité kilogramme en Newton.

De nombreux mesureurs de force peuvent être équipés d’adaptateurs spéciaux. Ces adaptateurs permettent, par exemple, l’attache ou la fixation sûre de différents échantillons pour des essais de traction, ou la mesure de compression sur une surface définie.

Il est fondamental de toujours prendre en compte la sécurité lors de l’utilisation d’un mesureur de force. Si nécessaire, ajoutez une protection ou changez la disposition de la mesure, pour éviter tout danger.

3. Existe-t’il des conditions ambiantes spéciales à prendre en compte ?

En fonction du principe de mesure, un mesureur de force peut uniquement mesurer correctement sous certaines conditions ambiantes, liées à la température, à l’humidité ambiante, et à des zones à risque à cause d’atmosphères explosives. Il y a des différences importantes entre un mesureur de force électronique et un mesureur de force mécanique.

4. Comment souhaitez-vous visualiser et traiter les résultats des mesures ?

Un mesureur de force montre la valeur actuelle, soit de façon analogique au moyen d’un pointeur sur une échelle, soit de façon numérique avec une valeur numérique sur un écran électronique. Même un simple mesureur de force avec ressort peut indiquer la valeur maximale d’une série de tests.

Or, un mesureur de force numérique offre de nombreuses autres possibilités. Parmi celles-ci, on trouve l’enregistrement de plusieurs valeurs de mesure, l’évaluation des résultats des mesures au moyen de fonctions statistiques, et le transfert des données sur le logiciel d’un PC pour visualiser et sauvegarder les valeurs sous forme de tableau et de graphique. Certains mesureurs de force numériques intègrent une fonction d’alarme visuelle ou sonore qui s’active lorsque les valeurs limites hautes et basses sont dépassées. Pour le contrôle des processus, il est possible d’équiper un mesureur de force spécial de contacts de commutation.

Si vous souhaitez visualiser les valeurs de mesure de façon graphique, il faudra tenir compte de la fréquence d’échantillonnage maximale possible du mesureur de force, c’est-à-dire, de l’intervalle de temps dans lequel les valeurs de mesure sont obtenues. Plus la fréquence d’acquisition est élevée, plus la précision avec laquelle vous pourrez visualiser la courbe avec les valeurs de mesure, sera grande.

L’image montre deux mesureurs de force avec différentes parts d’échantillonnage. Le mesureur de force avec les valeurs marquées en vert a une part d’échantillonnage 10 fois plus grande que le mesureur de force avec les marques rouges.

Lorsque vous comparez un mesureur de force à un autre, demandez-vous si vous allez enregistrer ou traiter individuellement les données de mesure, ou si l’appareil calculera une valeur moyenne à partir d’un certain nombre de valeurs de mesure.

5. Quelle est la force maximale qui agit sur le mesureur de force ?

Il ne faut exercer de force sur la cellule de charge du mesureur de force que jusqu’à une certaine valeur. Si la force exercée est supérieure, le mesureur de force ne pourra pas donner de résultats fiables. Et si, en plus, il n’est pas protégé contre les surcharges, la cellule de charge sera endommagée, voire détruite. D’autre part, la force maximale est directement liée à la précision que le mesureur de force peut atteindre. Les mesureurs de force avec le même type de design mais avec une plage de mesure basse, ont une plus grande résolution.

6. De quelle précision avez-vous besoin ?

La précision requise varie en fonction du type d’utilisation prévu. Veuillez noter que la précision d’une mesure et la résolution, ne sont pas des valeurs identiques. Dans le cas d’un mesureur de force avec une résolution très élevée, la précision peut être plusieurs fois supérieure à la résolution.

Principes de mesure du mesureur de force

Mesureur de force mécanique avec force de ressort

Le mesureur de force à ressort est un appareil simple et économique, avec une plage de mesure jusqu’à 500 N (50 kg). Ce type de mesureur de force est aussi appelé balance à ressort, et est encore utilisé dans l’industrie, la recherche, l’éducation et les centres de santé. Pendant la mesure, le ressort intégré au mesureur de force est comprimé ou détendu. Le ressort défini ne peut parcourir qu’une distance spécifiée sous l’action des forces correspondantes. Le mesureur de force montre à l’utilisateur la distance parcourue sous la forme d’une valeur en Newton.

Mesureur de force mécanique avec fluide hydraulique

Un autre type de mesureur de force mécanique peut mesurer et montrer la force au moyen d’un fluide hydraulique. Selon le design, les capteurs de force hydraulique mesurent la force depuis quelques Newton jusqu’à de nombreux kilo newtons. Un mesureur de force hydraulique utilise un piston sur lequel la force agit. Pour indiquer la force exercée, on se sert d’un manomètre, un émetteur de pression ou un mesureur de pression avec appareil de contact. Le mesureur de force hydraulique est résistant et n’a pas besoin d’une source d’alimentation.

Mesureur de force avec jauge de déformation (DMS)

Un mesureur de force avec jauge de déformation utilise le changement de résistance électrique avec la déformation des fils de fer pour calculer la force. La compression réduit la résistance électrique, tandis que l’élongation l’augmente. Un fil de sertissage de résistance est soudé sur une bande de papier aluminium et est rattaché au corps de déformation dans lequel la force est introduite. Les connexions croisées des résistances améliorent le signal de sortie et la précision de la mesure. Le mesureur de force avec jauge de déformation peut avoir différents motifs géométriques.

Mesureur de force des courroies de transmission

Les courroies de transmission d’une machine ou les cordes tendues des instruments musicaux vibrent de façon différente en fonction de la tension appliquée. La période de cette vibration peut être déterminée au moyen de la mesure de la fréquence visuelle. Un mesureur de force qui détecte la tension des courroies est aussi appelé Trummeter.

Mesureur de force à compensation électromagnétique

Dans un mesureur de force à compensation électromagnétique, une bobine mobile est située dans un champ magnétique. Le courant qui passe à travers la bobine est proportionnel à la force qui agit sur celle-ci. Ce principe est par exemple utilisé dans les balances de précision.

Mesureur de force avec éléments piézoélectriques

Lorsque la force est appliquée, une charge, proportionnelle à la force, est générée dans les éléments piézocéramiques. Sachant que cette charge circule, ce principe convient particulièrement aux forces dynamiques. Un mesureur de force permet d’obtenir un échantillonnage jusqu’à 100 Hz. Une disposition échelonnée de plusieurs disques permet même d’effectuer des mesures de force multiaxe.

Exemples d’applications spéciales

Mesureur de force pour contrôler les forces des portes et des portails

Malgré des exemples négatifs largement connus et de mise à jour des normes de prévention des risques, des accidents avec blessures corporelles causées par des portes et des portails mal vérifiés continuent à se produire. Il s’agit essentiellement de portes et de portails entraînés par moteur, incluant les portes tournantes, les portes et les portails battants et coulissants, ainsi que tout type de portails à fermeture verticale ou encore les portes basculantes, sectionnelles et enroulables.

Les forces de fermeture doivent être limitées pour toute porte et tout portail entraîné par moteur qui n’est pas totalement protégé par un dispositif de présence, des bords de sécurité fixés sur le bord de fermeture ou des dispositifs de protection sans contact, comme les barrières lumineuses. Des personnes qualifiées vérifient cela avec un mesureur de force adapté. Les normes DIN EN 16005 et DIN EN 12453 définissent les conditions de mesure et les limites du niveau des forces statiques et dynamiques et leur durée d’action. Par conséquent, un mesureur de force utilisé pour contrôler les forces de fermeture ne doit pas seulement être capable d’enregistrer la hauteur maximale, mais aussi l’évolution temporelle de la force agissante.

Les exigences du mesureur de force spécifiées dans la norme DIN EN 18650 Partie 1 paragraphe 6.2.2 incluent :

En plus de la sécurité, la maniabilité des portes dans la vie de tous les jours joue un rôle important. Les portes modernes qui respectent des exigences spéciales de protection sonore, thermique et contre les incendies doivent être faciles à ouvrir et à fermer malgré ces fonctions. Particulièrement dans le cas des bâtiments publics et ceux destinés à un groupe d’utilisateurs ayant des limitations physiques, il faut faire en sorte que les forces d’actionnement des portes respectent aussi les normes des bâtiments sans entrave.

Mesureur de force pour vérifier des câbles et des cordes

Les câbles sont des tiges métalliques longues et fines avec une section transversale constante, généralement ronde, tandis que les cordes sont formées par plusieurs cordons ou fils en fibre naturelle ou synthétique entrelacés. Les câbles et les cordes remplissent d’importantes fonctions de charge ou de transmission dans de nombreux domaines. Il existe des champs d’application avec des câbles ou des cordes rigides, ainsi qu’avec des câbles ou des cordes qui se déplacent comme spécifié. Que ce soit dans les lignes à haute tension ou dans les lignes de chemin de fer, dans les bâtiments, les ponts, les téléphériques, les ascenseurs, les grues ou d’autres machines, les tests avant et après l’installation sont destinés à garantir que les câbles et les cordes puissent remplir leurs fonctions en toute sécurité. Les nouveaux câbles sont testés avant leur installation avec un banc d’essais de traction ou avec un mesureur de force adapté, dans des dispositifs spécifiques. Dans la norme ISO 2307:2019 et dans les normes qui en découlent EN ISO 2307:2019 et DIN EN ISO 2307:2019-12 « Cordes de fibre - Détermination de certaines propriétés physiques et mécaniques », les méthodes pour mesurer la force de rupture et l’allongement de la corde sous tension sont, entre autres, spécifiées.

Pour mesurer la force de traction dans des câbles ou des cordes tendues, on peut utiliser un mesureur de force mobile spécialement conçu pour la mesure de la force des cordes, et qui est configuré de façon à ce que la corde soit guidée par les trois rouleaux du mesureur de force. Ces mesureurs de tension de câble spéciaux sont disponibles pour différentes plages de force, diamètres de câble et longueurs de distance de mesure. Cependant, un accès libre et un espace suffisant sont toujours nécessaires pour installer l’appareil de mesure. Si l’espace est réduit, on peut utiliser un mesureur de force avec transducteur de force en forme de bague, ou un serre- corde. Des forces dans des cordes déjà installées sont aussi adaptées au contrôle continu.

Normes ASTM concernant les essais avec mesure de force ou de torsion

Les sigles ASTM correspondent à American Society for Testing and Materials. La Société américaine pour les essais et les matériaux (ASTM) est basée aux États Unis et travaille avec des experts de 150 pays pour développer et mettre à jour des normes qui renforcent la sécurité et la qualité des produits. En réglementant les propriétés des produits et les procédures de test, les normes contribuent aussi à faciliter le commerce international.

Pour de nombreux produits et matériaux, il existe aussi bien des normes ASTM que des normes EN. Dans certains cas, les spécifications des essais de produits correspondants diffèrent. Pour éviter des interprétations erronées, les résultats des essais doivent être explicitement indiqués. Si un mesureur de force est utilisé pour effectuer des mesures conformément à différentes normes, il doit être possible d’attribuer clairement les résultats de mesure sauvegardés à la norme appliquée. Si le mesureur de force ne permet pas cette distinction, l’utilisateur est responsable d’assigner correctement les valeurs de mesure.

Les quelques 13 000 normes ASTM actuelles sont divisées en différentes sections, qui sont identifiées par des lettres majuscules :

Les normes pour les mesures de force et de torsion et les exigences pour le mesureur de force utilisé à cette fin, sont regroupées dans les sections correspondantes, dans la mesure où elles sont applicables. Dans les paragraphes suivants, vous trouverez certaines normes ASTM pour les essais de charge, à titre d’exemple.

IMPORTANT

Certaines méthodes de test ASTM expriment la valeur de mesure aussi bien en unités de pouce-livre qu’en unités SI. Celles-ci ne doivent pas être converties dans l’autre directement, puisque les spécifications d’essai sous-jacentes peuvent, par exemple, différer par l’épaisseur du matériau de l’échantillon. Les unités pouce-livre servent largement dans les régions anglo-américaines et donc aussi, aux États Unis. Les unités SI sont les unités métriques définies dans le Système International des Unités.

Normes ASTM pour la réalisation d’essais de charge

ASTM E8 / E8M Méthode normalisée pour essais de traction sur les matériaux métalliques

Cette norme décrit les méthodes d’essais pour contrôler la résistance à la traction des métaux. Les éprouvettes homologuées sont maintenues par des tenailles et sont soumises à une charge de traction uniaxiale à température ambiante. Si, en plus de la résistance à la traction, vous souhaitez déterminer la limite d’élasticité et d’autres valeurs spécifiques du matériau, le montage de l’essai doit permettre de contrôler la vitesse de l’essai, et le mesureur de force utilisé doit être capable d’enregistrer avec précision, non seulement la force de traction appliquée, mais aussi la déformation avec un nombre suffisant de valeurs de mesure.

ASTM A370 Essais des propriétés mécaniques sur les produits en acier

Cette norme inclut non seulement les essais de traction, mais aussi de flexion, de rigidité et de dureté de divers produits en acier.

ASTM D412 Essais sur le caoutchouc vulcanisé et les élastomères thermoplastiques

Cette norme définit les conditions pour les mesures de la capacité de charge de traction, et le comportement d’allongement. Cela inclut des essais pour la détermination de la charge de traction et l’allongement à la rupture, la mesure de la charge de traction à un allongement spécifié et la détermination du changement permanent de longueur des matériaux élastiques après la charge. Le mesureur de force et l’appareil pour appliquer la force de traction seront choisis de façon à ce que le parcours de la déformation soit suffisamment grand, et qu’une vitesse de déformation uniforme soit garantie.

ASTM D638 Essais de traction sur les plastiques

Cette norme couvre les méthodes d’essais pour déterminer la résistance à la traction des plastiques renforcés et non renforcés de 14 mm d’épaisseur maximum, avec le même prétraitement, température, humidité et vitesse du banc d’essai. Les éprouvettes de moins de 1 mm d’épaisseur doivent être testées conformément à la norme ASTM D882, chaque fois que cela est possible. Les résultats de l’essai incluent la force de traction qui peut être appliquée jusqu’à ce que le matériau soit endommagé, le module de traction, le changement de longueur lorsque l’éprouvette se détériore, et le rapport entre l’allongement et l’épaisseur du matériau testé.

ASTM D1000 Essais sur les rubans adhésifs sensibles à la pression utilisés dans des applications électroniques

Cette norme s’occupe de tester la force d’adhérence et l’appui sur l’acier à basse température et à température ambiante, la force d’union après immersion dans du dissolvant, la résistance à la traction et à l’allongement à basse température et à température ambiante, la torsion, la tension de rupture diélectrique, la résistance à la perforation et la force de relaxation à température ambiante et à basse température. Pour déterminer quelle force est nécessaire pour détendre ou endommager le ruban, un mesureur de force avec l’équipement adéquat est nécessaire.

ASTM D1002 Essais de la résistance au cisaillement sur les adhésifs métalliques

Cette norme décrit une méthode pour déterminer la résistance au cisaillement des adhésifs pour coller les métaux. Sachant que ces adhésifs servent aussi dans les industries automobiles, aérospatiales et électroniques, la capacité de charge de ces adhésifs collés est très importante pour la sécurité fonctionnelle des composants affectés.

ASTM D1621 Essais des propriétés de compression sur la mousse plastique

Cette norme décrit non seulement la résistance à la compression, mais aussi le calcul de la déformation par compression et le module d’élasticité à partir des résultats des essais. Pour cela, le banc d’essai et le mesureur de force doivent permettre d’effectuer un test de compression à une vitesse constante, et avec une capacité de force suffisante pour comprimer l’échantillon jusqu’à 13 % de sa hauteur d’origine. La norme exige une précision de la mesure de 1 % pour les appareils de mesure utilisés.

ASTM F1566 Essais sur les ressorts intérieurs, les sommiers, les matelas ou les ensembles de matelas

Cette norme décrit les méthodes d’essais qui comparent la durabilité et la résistance à l’usure des matelas, indépendamment de leur matériau. Pour cela, des charges simulant les mouvements du corps sont appliquées. Pour que les résultats des tests soient comparables, le type et le niveau des charges sont définies avec précision.

ASTM D5034 Essais de la résistance à la traction et à la rupture des tissus textiles

Cette norme inclut plusieurs méthodes d’essai d’adhérence que peuvent être utilisés pour déterminer la résistance à la rupture et l’élongation de nombreux matériaux textiles. Elle décrit aussi les essais humides. Ils sont adaptés aux tissus tissés, non tissés et feutres, mais ils ne doivent pas être utilisés pour des tissus en fibre de verre, des tissus tricotés et d’autres matériaux textiles ayant une capacité d’élongation supérieure à 11%.

Les autres normes ASTM pour essais sur des matériaux textiles dans lesquels un mesureur de force adéquat doit être utilisé, sont : ASTM D5035, ASTM D1294, ASTM D2256, ASTM D2261, ASTM D2653, ASTM D2731, ASTM D3787, ASTM D3822, ASTM D4884, ASTM D4964, ASTM D6241, ASTM D6775, ASTM D7269 et ASTM D8054.

Normes ASTM pour la réalisation du moment de torsion

Un certain type de torsion est souvent nécessaire pour assurer les embouts vissés ou pour les bouchons d’extension. Souvent, le couple de torsion doit être limité aussi bien dans le sens horaire que dans le sens anti-horaire. C’est la seule façon de garantir que le joint reste bien fixé par la force de serrage et ne se casse pas.

Pour le couple de torsion d’un joint fileté, les normes sont appliquées en fonction du type de joint : ASTM A193, ASTM A307, ASTM A320, ASTM A325, ASTM A354, ASTM A449, ASTM A490.

Si vous assurez le joint fileté avec une colle, vous pourrez vérifier la résistance du collage selon la norme ASTM D5649 - Résistance à la torsion des adhésifs utilisés dans des fixations filetées.

Des exigences supplémentaires sont appliquées aux vis à usage corporel, par exemple pour fixer les fractures osseuses. La norme ASTM F543 - Vis pour os cortical – définit les exigences importantes. En outre, il existe d’autres normes ASTM reconnues au niveau international pour les implants qui doivent absorber ou transmettre des forces. Parmi ces normes, on trouve :

Les bouchons à vis des récipients peuvent être affirmés de manière à ne pas pouvoir être ouverts par de jeunes enfants en raison de la force requise pour le faire. Certains récipients, comme ceux des comprimés ou d’autres médicaments, ne doivent pas pouvoir être ouverts par de jeunes enfants mais si par des personnes ayant un handicap physique ; c’est pourquoi, des fermetures spéciales sont utilisées. Les procédures et les conditions pour la vérification du couple de torsion et les dispositifs supplémentaires de blocage de la vis sont décrits dans : ASTM D2063, ASTM D3198, ASTM 3472, ASTM D3810, ASTM 3968 et ASTM D7860.

Le couple de torsion n’est pas seulement vérifié dans les raccords filetés avec un mesureur de force. Dans certaines conditions de fonctionnement, il est aussi possible de mesurer le couple de torsion dans les pièces des machines à roulement à billes. Par exemple, on peut déterminer la façon dont le comportement des lubrifiants à basses températures affecte le couple de torsion. Les normes sur les roulements et les paliers sont formulées dans ASTM D1478 et ASTM D4693.

Développement et application de solutions personnalisées de la mesure de force chez PCE Instruments

La mesure de la force se fait dans différents domaines. Pour certaines applications, il suffit d’avoir un mesureur de force avec un équipement standard, comme c’est le cas d’une balance qui mesure la force de tension et de compression. Cependant, d’autres mesures de la force requièrent des accessoires spéciaux pour tenir l’échantillon ou pour appliquer la force. Pour les utilisations plus fréquentes, il existe des accessoires qui incluent des options de montage adéquates pour le mesureur de force ou le banc d’essai. Différents fabricants disposent d’une vaste gamme d’appareils de fixation pour assurer les échantillons, ainsi que d’une grande variété d’adaptateurs pour appliquer des forces.

Cependant, il y a des tâches plus spécifiques qui ne peuvent pas être seulement effectuées avec la technologie de mesure proposée dans le programme standard. Dans ces cas, il existe la possibilité d’adapter ou de concevoir un mesureur de force existant pour une tâche spécifique, ou de combiner un capteur et un appareil d’évaluation adéquat avec des composants supplémentaires pour créer un appareil de mesure adapté. La gamme de produits de PCE Instruments inclut plusieurs solutions de mesure de la force qui ont été conçues en coopération avec les clients pour leurs tâches spécifiques, et qui sont maintenant aussi disponibles pour d’autres clients.

Certains exemples sont :

D’autres solutions spécifiques conçues pour répondre aux besoins individuels des clients sont :

Essais d’adhérence de talons sur les panneaux d’aggloméré enduits

Souvent les talons sont collés sur les panneaux d’aggloméré. Cela ne sert pas seulement à protéger le panneau de dommages sur les bords et de la pénétration de l’humidité. La protection des talons permet aussi d’améliorer l’aspect et d’éviter que quelqu’un se blesse à cause du bord abîmé et que les vêtements ou d’autres matériaux soient endommagés.

Pendant le collage, divers problèmes peuvent apparaître et provoquer un manque d’adhérence entre le panneau et le matériau du talon. En coopération avec l’entreprise Rehau, PCE Instruments a conçu un appareil de mesure qui permet de contrôler la force d’adhérence du collage de talons facilement, rapidement, et avec un processus reproductible. Il est ainsi possible de tester des échantillons aléatoires de lots de produits directement pendant la production.

Le mesureur de force, avec des dimensions de seulement 490 x 210 x 150 mm, permet l’exécution automatique d’un essai d’adhérence à 90 degrés après avoir fixé l’extrémité du talon. Pour cela, le mesureur de force a été installé dans le boîtier de façon à ce qu’il puisse être bougé. La vitesse de progression a été établie à 50 mm par seconde et le parcours à 100 mm. Un mesureur de force d’une plage maximale de 500 N a été choisi pour l’application prévue.

Pendant l’essai d’adhérence, le morceau d’aggloméré testé est tiré sur les rouleaux disposés à la surface du boîtier dans un angle de 90 degrés par rapport à la direction de traction presque sans frottement. Les tenailles de serrage et les rouleaux de guidage sans à- coups pour le matériau de talon, garantissent que le processus de l’essai se passe en toute sécurité. Les utilisateurs expérimentés ont besoin de moins d’une minute pour effectuer une mesure complète, préparation incluse.

Pendant la séquence d’essai, le mesureur de force sauvegarde les valeurs individuelles parmi lesquelles la minimale, la maximale, la différence entre la minimale et la maximale, et la moyenne de la force de traction s’affichent directement sur l’écran. Vous pouvez régler la part de mesure de deux façons : 10 ou 40 mesures individuelles par seconde. Il est possible d’effectuer une analyse détaillée du processus de mesure à l’aide d’un logiciel pour PC spécifique à l’appareil lui-même, qui permet aussi de visualiser les données sous la forme d’un diagramme force-temps.

Banc d’essai pour vérifier la pression de contact des dispositifs de serrage

Pour un transport en toute sécurité des appareils électroniques de grande taille comme les frigos, les cuisinières ou les machines à laver, on utilise généralement des accessoires pour chariots élévateurs avec des pinces à grande surface. Les bras de la pince possèdent plusieurs points de réglage qui permettent à la force de serrage d’être adaptée à la charge. Sachant que les forces qui agissent sur la pince ne peuvent pas être visualisées, il est nécessaire de concevoir un appareil avec lequel la force de serrage générée peut être mesurée.

Le banc d’essai PCE-4PCFM, spécialement conçu par PCE Instruments, mesure simultanément la force de compression appliquée dans quatre points différents. L’appareil est conçu pour une force maximale de trois mil kilogrammes par point de mesure, et affiche les valeurs de mesure avec une résolution de 1 kg.

Avec ce mesureur de force, vous pouvez vérifier, rapidement et en toute fiabilité, différentes pinces à grande surface. Vous pouvez modifier facilement la position des points de mesure sur le charriot, simplement en les déplaçant. Le banc d’essai est équipé d’une batterie rechargeable et de roues pour changer aisément d’endroit dans les garages ou les entrepôts.

Ce banc d’essai permet d’associer chaque essai à un numéro d’identification de la pièce testée. Les données peuvent être imprimées ou sauvegardées dans une mémoire USB et être utilisées pour être comparées à celles du prochain essai. Pour simplifier le réglage des pinces, il est possible de régler une valeur nominale pour la force totale et les points de mesure individuels. Les écarts dans les résultats de mesure sont indiqués sur l’écran couleur.

Le réglage de la force de serrage correcte dans les bras d’adhérence est important pour que les objets tenus ne glissent pas et ne soient pas endommagés par une pression trop forte. Le banc d’essai à quatre points conçu et fabriqué par PCE Instruments est utilisé avec succès par le client. Le banc d’essai permet une mesure rapide et précise de quatre points d’attache simultanément. De cette façon, les pinces à grande surface peuvent être contrôlées et réglées sur les valeurs souhaitées, en toute commodité.

Exemple de certificat d’étalonnage d’un mesureur de force

Le laboratoire de mesure de la force de PCE propose des étalonnages conformes à la norme ISO 9001 (étalonnages en usine) ou conformes à la norme ISO 17025 (étalonnages accrédités). L’étalonnage conforme à la norme ISO 17025 a une plus grande plage de mesure que l’étalonnage conforme à la norme ISO 9001. En Allemagne, la norme pour l’étalonnage conformément à ISO 9001 est la « DAkkS-DKD-R-3-3, Séquence A ». En général, celle-ci sert aussi de base à l’étalonnage selon ISO 17025 mais, dans ce cas, d’autres procédures sont possibles.

Comparaison entre certains certificats d’étalonnage

ISO 9001 avec 5 valeurs de mesure individuelles de force de traction et de compression ascendante ou descendante, ainsi que la différence entre la valeur nominale et la valeur réelle. DAkkS avec 6 séries d’essais chacune pour des forces de traction et de compression, plusieurs positions d’installation et spécification de l’incertitude de mesure étendue.

Certificat d’étalonnage conforme à DAkkS

Pour un mesureur de force PCE-DFG N 1K avec une plage de 1 kN

Certificat d’étalonnage DakkS

Certificat d’étalonnage conforme à ISO 9001

Pour un mesureur de force PCE-DFG N 5K avec une plage de 5 kN

Certificat d’étalonnage ISO

Le laboratoire de métrologie de PCE propose aux clients qui en ont besoin, un mesureur de force avec un certificat DAkkS, un étalonnage effectué par un laboratoire partenaire. Les détails de la procédure et les conditions d’essai sont convenus au moment de l’élaboration de l’offre.

Informations générales sur le mesureur de force

Lorsqu’une résistance suffisante n’est pas exercée sur une force, cela produit des déformations, des mouvements ou des accélérations. Avec un mesureur de force adéquat, vous pourrez déterminer la force en fonction de son effet. Dans la plupart des cas, la force est mesurée au moyen de la déformation élastique d’un corps du ressort spécial. Plus la charge nominale - c’est-à-dire la charge maximale du mesureur de force - est grande, plus la rigidité du corps du ressort devra l’être aussi. Par conséquent, la quantité de force à mesurer doit être estimée avant la mesure, pour que le capteur du mesureur de force ne soit pas détruit par une surcharge. Pour effectuer une mesure correcte, il est important de tenir compte du type de force qui agit, sa direction, les conditions ambiantes et de choisir le mesureur de force adapté.

Si deux groupes mesurent leur force en tirant sur une corde, le gagnant est le groupe qui réussit à tirer l’autre jusqu’à la marque correspondante. Or, le résultat de cette « mesure de la force de traction » n’est pas une valeur numérique reproductible pouvant être comparée avec les résultats d’autres mesures. Il n’en va pas de même pour le marteau de force, très populaire dans les parcs d’attractions et les fêtes foraines. La force peut être lue sur une échelle puisque le coup projette un objet vers le haut. Plus la force appliquée avec le marteau est grande, plus le disque métallique s’élève. Lorsqu’il atteint la limite, il tape dans une cloche située tout en haut.

Équipement d’un mesureur de force

Un mesureur de force inclut toujours la cellule de charge (capteur) qui se déforme en appliquant la force, et une sortie de la valeur sous forme d’écran lisible ou d’interface homologuée pour transmettre le signal de mesure. Normalement, un autre équipement est nécessaire entre le capteur et l’unité de sortie pour convertir et amplifier le signal de mesure réel. Les composants supplémentaires augmentent les fonctions ou la sécurité d’usage du mesureur de force comme, par exemple, la protection contre les surcharges, une mémoire pour sauvegarder les valeurs de mesure ou les émetteurs d’alarme. Lorsque vous devez mesurer de grandes forces, vous pouvez placer plusieurs cellules de charge en parallèle, et mesurer la force conjointe.

Maintenez la direction de charge – Évitez la mesure en angle

Certaines cellules de charge permettent de charger la force uniquement le long de l’axe prévu. Si vous ne chargez pas le mesureur de force centré dans la direction de l’axe de mesure, mais dans un angle par rapport à celui-ci, vous ne pourrez pas déterminer correctement la force totale. Vous ne mesurerez que la partie de la force qui passe le long de l’axe de mesure. La charge supplémentaire dans une direction qui s’écarte de celle-ci peut endommager le mesureur de force, tant qu’il n’est pas stabilisé structurellement contre des forces transversales.

Lorsque des bancs d’essais sont utilisés pour mesurer une force, la direction de charge est fixe. Cependant, vérifiez que le mesureur de force, le tube à essai et les accessoires pour le montage sont installés et fixés conformément aux exigences du test.

Vous avez ci-dessous un exemple d’application incorrecte de la force dans une cellule de charge : à gauche, une charge appliquée verticalement dans l’axe, et à droite, appliquée au centre mais pas de manière axiale.

Dans certaines mesures de la force, il n’est pas possible de garantir que toute la force s’applique dans la direction de mesure prévue. Le cas échéant, utilisez un mesureur de force dont la cellule de charge tolère des charges incorrectes. On obtient une tolérance aux charges incorrectes au moyen du principe de mesure ou, dans le cas des jauges de déformation, au moyen de designs spéciaux du corps du ressort. L’information sur le moment limite de flexion, celui de torsion et la force limite de cisaillement du capteur de force indique jusqu’à quel niveau les charges supplémentaires peuvent être élevées. Lorsque ces valeurs spécifiques sont dépassées, la cellule de charge peut subir des dommages irréversibles.

Utilisation d’un mesureur de force dans des conditions ambiantes adéquates

Un mesureur de force ne peut fonctionner correctement que s’il est utilisé dans des conditions ambiantes adéquates. Il est de notoriété publique qu’une humidité élevée a un effet négatif sur les composants électriques et sur d’autres composants sensibles à l’humidité. Une humidité élevée peut provoquer de la condensation et donc, aussi bien de la corrosion que des courants de fuite. C’est pourquoi, les conditions de fonctionnement indiquées dans la fiche technique incluent la température de fonctionnement, ainsi que l’humidité relative.

Puisque nous parlons de l’influence de la température, il est important de savoir qu’il ne suffit pas qu’un mesureur de force se maintienne dans la plage de température spécifiée. Pour obtenir des résultats de mesure précis, il faut aussi éviter que de grandes différences de température se produisent comme, par exemple, lorsque la cellule de charge chauffe ou refroidit d’un côté pendant la mesure.

Lorsque vous effectuez des mesures dans des zones où le mesureur de force est exposé à des éclaboussures d’eau ou d’autres liquides, ou à une grande quantité de poussière, nous vous recommandons de vous servir d’un mesureur de force dont le boîtier a un degré de protection IP élevé. Faites particulièrement attention à l’air marin, ainsi qu’aux gaz et aux vapeurs corrosives. Dans ce cas, il faut faire en sorte que l’installation soit aussi protégée que possible, et contrôler périodiquement le mesureur de force utilisé.

Les champs électromagnétiques et les vibrations de l’environnement sont quelques-uns des facteurs d’interférence les plus fréquents. En fonction du type de cellule de charge et de son montage, ces interférences peuvent plus ou moins fausser le résultat de la mesure. Si ces interférences ne peuvent pas être évitées, tenez-en compte au moment de planifier la mesure, de façon à ce qu’elles n’aient qu’une influence minime sur le mesureur de force pendant la mesure.