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Sommaire Matériels

Capteurs - Force - Phidgets

[Mise à jour le 25/6/2024]


1. Généralités

Le but des extensomètres à fils résistants ou jauges de déformation (ou, abusivement, jauges de contrainte) est de traduire la déformation d'une pièce en variation de résistance électrique (plus les extensomètres s'étirent, plus leurs résistances augmentent). Elles consistent en des spires rapprochées et sont généralement fabriquées à partir d'une mince feuille métallique (quelques µm d'épaisseur) et d'un isolant électrique, que l'on traite comme un circuit imprimé (par lithographie et par attaque à l'acide). Wikipédia

Un capteur de force est un tranducteur convertissant une force en un signal électrique mesurable. Bien qu'il existe une variété de capteurs, les capteurs de force à jauges de déformation sont les plus utilisés et dominent notamment le secteur de pesage. Les cellules de charge à jauge de déformation fournissent des précisions de 0,03% à 0,25% de pleine échelle et sont adaptées à presque toutes les applications industrielles.

  • Principe de la mesure d'une force avec un pont de jauges

2. Capteurs de force

2.1 Capteur 780 g

780g Phidgets CZL616C

2.1.1 Présentation
  • Source : wiki Phidgets “Guide des jauges de contrainte”.
Capteur à jauges de contrainte Phidgets CZL616C permettant de mesurer une force jusqu'à 780g dans une seule direction. Le capteur se raccorde directement sur la carte Phidgets 1046.
  • Caractéristiques
    • Alimentation: 5 Vcc (3 à 10 Vcc)
    • Plage de mesure: 0 à 780 g
    • Sortie: 800 µV/V
    • Erreur maxi: ±100 µV/V
    • Brochage:
      • Rouge: + 5Vcc
      • Noir: GND
      • Vert: +
      • Blanc: -


2.2 Capteur 20kg

20kg CZL635-20

2.2.1 Présentation
  • Source : wiki Phidgets “Guide des jauges de contrainte”.
Capteur à jauge de contrainte Phidgets CZL635-20 permettant de mesurer une force jusqu'à 20kg dans une seule direction. Le capteur se raccorde directement sur la carte Phidgets 1046.
  • Caractéristiques
    • Alimentation: 5 Vcc (3 à 10 Vcc)
    • Plage de mesure: 0 à 20kg
    • Sortie: 1mV/V
    • Erreur maxi: ±150 µV/V
    • Brochage:
      • Rouge: + 5Vcc
      • Noir: GND
      • Vert: +
      • Blanc: -


2.3 Capteur 200 kg

200 kg CZL204E-200

2.3.1 Présentation
  • Source : wiki Phidgets “Guide des jauges de contrainte”.
Capteur à jauges de contrainte Phidgets CZL204E-200 permettant de mesurer une force jusqu'à 200 kg dans une seule direction. Le capteur se raccorde directement sur la carte Phidgets 1046.
  • Caractéristiques
  • Alimentation: 5 Vcc (via la carte 1046)
  • Plage de mesure: 0 à 200 kg
  • signal de sortie: 1 mV/V
  • Surcharge maxi: 240 kg
  • Brochage:
    • Rouge: + 5Vcc
    • Noir: GND
    • Vert: +
    • Blanc: -
  • Longueur du câble: 3 mètres

2.4 Capteur Grove 101020553

2.4.1 Présentation
  • Source : Wiki seeed studio.
Module capteur de force compatible Grove basé sur un FSR402 permettant la mesure d'une pression de 0,2 à 20 N. Ce capteur communique avec un microcontrôleur type Arduino via une liaison analogique.
  • Caractéristiques
    • Alimentation: 3,3 et 5 Vcc​
    • Sortie: analogique (0 à 650)
    • Interface: compatible Grove
    • Dimensions: 20 x 20 x 13 mm

  • Documentation


2.4.2 Exemples de code
  • Exemple pour tester le capteur

*.cpp
const int captforce = A0; // Le module est connecté à la broche A0 de la carte (IO du connecteur Tinkerkit)
 
int Nforce; // Valeur délivrée par le CAN
 
void setup(){
  Serial.begin(9600);       // Initialisation du moniteur série
}
 
void loop(){
  Nforce = analogRead(captforce);       // Lit la valeur du CAN
  Serial.println(Nforce);               // et l'affiche dans le moniteur série
  // A compléter pour déterminer la force exercée sur le capteur
 
  delay(1000);                         // Attente s entre deux valeurs
}
A venir


3. Amplificateurs d'instrumentation

3.1 Module Phidgets 1046_1

Module Phidgets 1046_1

  • Source : wiki Phidgets
Interface Phidgets 1046_1 avec pont de Wheatstone permettant de raccorder jusqu'à 4 capteurs de force non amplifiés tels que capteurs à jauge de compression, accéléromètres, baromètres, etc. Livrée avec un boîtier noir et un cordon USB de raccordement. Cette carte est compatible notamment avec les capteurs de force CZL616C, CZL635-5, CZL635-20 et CZL635-50.
  • Caractéristiques
    • Alimentation: 5 Vcc (via le port mini-USB)
    • Consommation: 15 mA
    • Courant disponible pour les capteurs: 465 mA maxi
    • TTaux de rafraîchissement : de 1 à 60000 ms
    • Réglage du gain: 1, 8, 16, 32, 64, 128
    • Température de service: -40 à 80 °C
    • Dimensions: 53 x 44 x 21 mm.


3.2 HX711

3.2.1 Présentation
Module amplificateur pour capteurs de force à pont de Wheatstone basé sur un convertisseur analogique-numérique HX711 24 bits. Ce circuit est directement interfaçable avec 2 ponts de jauge.
  • Caractéristiques
    • Alimentation: 2,7 à 5 Vcc
    • Consommation: < 1,5 mA
    • Fréquence: 10 ou 80 mesures/sec
    • Gain : 32 (canal B),64 ou 128 (canal A )
    • T° de service: -40 à +85 °C
    • Dimensions: 31 x 23 x 15 mm

  • Schéma : à télécharger ici
  • Connexions à une carte Arduino

  • Documentation
    • Datasheet du circuit HX711


3.2.2 Bibliothèques
  • A partir du gestionnaire de bibliothèques de l'IDE Arduino, installer :

A venir


3.2.3 Exemples de code

  • Exemple 1 de l'IDE Arduino pour tester le capteur
    Dans l'IDE Arduino, sélectionner : Fichier → Exemples → DFRobot_HX711 → readWeight
  • Exemple 2 : Etalonnage d'un capteur CZL204E-200

*.cpp
/*
 Arduino pin 5 -> HX711 CLK
         pin 3 -> HX711 DOUT
 5V -> VCC
 GND -> GND
*/
#include "HX711.h"
 
#define LOADCELL_DOUT_PIN  3
#define LOADCELL_SCK_PIN  5
 
HX711 scale;
 
float calibration_factor = -14000; //-7050 worked for my 440lb max scale setup
 
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Etalonnage du HX711");
  Serial.println("Retirer le poids de la balance");
  Serial.println("Au début des lectures, placer un poids connu sur la balance");
  Serial.println("Entrer + ou a dans la console pour augmenter le facteur d'étalonnage");
  Serial.println("Entrer - ou z dans la console pour diminuer le facteur d'étalonnage");
 
  scale.begin(LOADCELL_DOUT_PIN, LOADCELL_SCK_PIN);
  scale.set_scale();
  scale.tare();	// Echelle à 0
 
  long zero_factor = scale.read_average(); // Lecture de référence
  Serial.print("Zero factor: ");
  Serial.println(zero_factor);
}
 
void loop() {
 
  scale.set_scale(calibration_factor); // Ajuster à ce facteur d'étalonnage
 
  Serial.print("Lecture: ");
  Serial.print(scale.get_units(), 1);
  Serial.print(" kg"); // Unités SI 
  Serial.print(" facteur_étalonnage: ");
  Serial.print(calibration_factor);
  Serial.println();
 
  if(Serial.available())
  {
    char temp = Serial.read();
    if(temp == '+' || temp == 'a')
      calibration_factor += 10;
    else if(temp == '-' || temp == 'z')
      calibration_factor -= 10;
  }
}
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3.3 Nuvoton NAU7802 pour capteur de force (I2C)

Module NAU7802

3.3.1 Présentation
Module basé sur un circuit NAU7802 prévu pour connecter facilement un capteur de force (4 fils) en I2C à un microcontrôleur compatible Arduino.
  • Caractéristiques
    • Alimentation : 3,3 Vcc
    • Interface I2C (SLA=0x2A)
      • sur connectique Qwiic ou pastilles à souder
    • Dimensions : 36 x 26 x 16 mm
  • Schéma-blocs

  • Application typique

  • Documentation

  • Chronogrammes
    • Relevé des signaux du bus I2C . A télécharger ici.


3.3.2 Bibliothèques
  • A partir du gestionnaire de bibliothèques de l'IDE Arduino, installer :

A venir


3.3.3 Exemples de code

  • Exemple de l'IDE Arduino pour tester le capteur
    Dans l'IDE Arduino, sélectionner : Fichier → Exemples SparkFun Qwiic Scale NAU7802 Arduino Library → Example1_BasicReadings
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  • materiels/capteurs/force/force.txt
  • Dernière modification : 2024/06/25 18:10
  • de phil