materiels:capteurs:force:force [WEBGE Wikis]

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===== Capteurs - Force - Phidgets =====

[Mise à jour le 8/2/2020]

==== 1. Généralités ====
{{ :materiels:capteurs:300px-strain_gauge.svg.png?nolink&50|}}
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). <html><a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Jauge_de_d%C3%A9formation" target="_blank">Wikipédia</a></html>

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**
{{ :materiels:capteurs:force4.jpg?nolink |}}


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==== 2. Capteurs Phidgets ====
===2.1 Capteur d'effort à faisceau de cisaillement 780 g CZL616C === 
{{  :materiels:capteurs:jaugecontrainte.png?nolink&180|780 g CZL616C }}
  * //Source// : <html><a href="https://www.phidgets.com/docs/Load_Cell_Primer" target="_blank">wiki</a></html> Phidgets.

<callout type="info" icon="true">Capteur à jauge de contrainte permettant de mesurer une force jusqu'à 780 g dans une seule direction. Le capteur se raccorde directement sur la carte Phidgets 1046.</callout>

  * //Distributeur// : <html><a href="https://www.gotronic.fr/art-capteur-de-force-780-g-czl616c-17598.htm" target="_blank">Gotronic</a></html>
  
  * //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: +
        * lanc: -
      * Hystérésis: 390 mg maxi
      * Non-linéarité: 390 mg maxi
      * Erreur de répétabilité: ±390 mg maxi
      * Effet de la température sur le zéro: 39 mg/°C
      * Température de fonctionnement: -10 à +40 °C
      * Dimensions: 45 x 10 x 6 mm

{{ :materiels:capteurs:acrobate.gif?nolink&40|}}
  * //Documentation//
      * <html><a href="https://www.phidgets.com/docs/Calibrating_Analog_Sensors" target="_blank">Etalonnage des capteurs</a></html>
      * <html><a href="https://www.gotronic.fr/pj-458.pdf" target="_blank">Fiche technique à télécharger</a></html>
      * <html><a href="https://www.gotronic.fr/pj2-3132-0-mechanical-1852.pdf" target="_blank">Dimensions</a></html>
===2.2 Capteur de force 200 kg CZL204E-200 === 
{{ :materiels:capteurs:force:capteur-de-force-200-kg-czl204e-200-19654.jpg?nolink|}}
  * //Source// : <html><a href="https://www.phidgets.com/docs/Load_Cell_Primer" target="_blank">wiki</a></html> Phidgets.

<callout type="info" icon="true">Capteur à jauge de contrainte permettant de mesurer une force jusqu'à 200 kg dans une seule direction. Le capteur se raccorde directement sur la carte Phidgets 1046.</callout>

  * //Distributeur// : <html><a href="https://www.gotronic.fr/art-capteur-de-force-200-kg-czl204e-200-19654.htm" target="_blank">Gotronic</a></html>
  
  * //Caractéristiques// 
    * Alimentation: 5 Vcc (via la carte 1046)
    * Plage de mesure: 0 à 200 kg
    * Surcharge maxi: 240 kg
    * Brochage:
      * Rouge: + 5Vcc
      * Noir: GND
      * Vert: +
      * Blanc: -
    * Longueur du câble: 3 mètres
    * Fixation: M3
    * Température de fonctionnement: -10 à +40 °C
    * Dimensions: Ø25 x 11 mm

{{ :materiels:capteurs:acrobate.gif?nolink&40|}}
  * //Documentation//
      * <html><a href="https://www.phidgets.com/docs/Calibrating_Analog_Sensors" target="_blank">Etalonnage des capteurs</a></html>
      * <html><a href="https://www.gotronic.fr/pj-906.pdf" target="_blank">Fiche technique à télécharger</a></html>
      * <html><a href="https://www.gotronic.fr/pj2-3137-0-mechanical-1858.pdf" target="_blank">Dimensions</a></html>

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==== 3. Autres capteurs ====
=== 3.1 Capteur de force Grove 101020553 ===
{{ :materiels:capteurs:force:ar-capteur-de-force-grove-101020553-28518.jpg?nolink&300|}}
  * //Source// : <html><a href="http://wiki.seeedstudio.com/Grove-Round_Force_Sensor_FSR402/" target="_blank">Wiki</a></html> seeed studio.

<callout type="info" icon="true">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.</callout>

  * //Distributeur// : <html><a href="https://www.gotronic.fr/art-capteur-de-force-grove-101020553-28518.htm" target="_blank">Gotronic</a></html>

  * //Caractéristiques//
    * Alimentation: 3,3 et 5 Vcc
    * Sortie: analogique (0 à 650)
    * Interface: compatible Grove
    * Dimensions: 20 x 20 x 13 mm

{{ :materiels:capteurs:acrobate.gif?nolink&40|}} 
  * //Documentation//
    * Fiche technique <html><a href="https://github.com/SeeedDocument/Grove-Round_Force_Sensor_FSR402/raw/master/res/FSR402.pdf" target="_blank">FSR402</a></html>

  * //**Programmation d'une carte Arduino Uno R3**//
    * //Connexion à un shield// <html><a href="https://webge.fr/doc/wikis/pdf/TinkerkitV2.pdf" target="_blank">Tinkerkit v2</a></html>{{ :materiels:capteurs:force:fsr404.jpg?nolink |}}
    * // Un premier exemple pour tester le capteur // 

{{ :materiels:capteurs:distance:arduinoico.png?nolink&40|}}
<code cpp *.cpp>
// Constantes
const int captforce = A0; // Le module est connecté à la broche A0 de la carte (IO du connecteur Tinkerkit)

// Variables
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
}
</code>

{{ :materiels:capteurs:vscode.png?nolink&30|}}
<callout type="tip" icon="true">Le projet Arduino pour l'IDE **VSCode** de l'exemple ci-dessus est téléchargeable <html><a href="https://webge.fr/doc/wikis/code/Arduino/ARD_Uno_FSR402.zip">ici</a></html></callout>

==== 4. Amplificateurs d'instrumentation ====
===3.1 Amplificateur Phidgets 1046 ===
{{ :materiels:capteurs:phidgets1046.png?nolink&180|}}

  * //Source// : <html><a href="https://www.phidgets.com/?tier=3&catid=98&pcid=78&prodid=1027" target="_blank">wiki</a></html>

<callout type="info" icon="true">Interface Phidgets 1046_0B 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.</callout>

  * //Distributeur// : <html><a href="https://www.gotronic.fr/art-interface-1046-0b-pour-4-capteurs-de-force-27918.htm" target="_blank">Gotronic</a></html>
  
  * //Caractéristiques//
      * Alimentation: 5 Vcc (via le port mini-USB)
      * Consommation: 500 mA
      * Courant disponible pour les capteurs: 465 mA maxi
      * Taux de rafraîchissement: de 8 ms à 1000 ms
      * Réglage du gain: 1, 8, 16, 32, 64, 128
      * Température de service: 0 à 70 °C
      * Dimensions: 53 x 44 x 21 mm.

{{ :materiels:capteurs:force:sen13879.jpg?nolink&200|}}
===3.2 Amplificateur pour capteur de force HX711 ===
  * // Sources//
    * <html><a href="https://www.sparkfun.com/products/13879" target="_blank">Sparkfun</a></html>
    * <html><a href="https://learn.sparkfun.com/tutorials/load-cell-amplifier-hx711-breakout-hookup-guide" target="_blank">Tutoriel</a></html>

<callout type="info" icon="true">Module amplificateur pour capteurs de force à pont de Wheatstone basé sur un convertisseur analogique-numérique **HX711**. Il permet la lecture des modifications de résistance des capteurs de force, ce qui vous procurera des mesures précises après calibration. Le HX711 utilise une interface 2 fils pour l'utilisation avec tout type de carte à microcontrôleur disposant d'entrées/sorties digitales.</callout>

  * //Distributeur// : <html><a href="https://www.gotronic.fr/art-amplificateur-pour-capteur-de-force-sen-13879-25334.htm" target="_blank">Gotronic</a></html>

  * //Caractéristiques//
    * Alimentation: 2,7 à 5 Vcc
    * Consommation: < 1,5 mA
    * Fréquence: 10 ou 80 mesures/sec
    * T° de service: -40 à +85 °C
    * Dimensions: 31 x 23 x 15 mm

{{ :materiels:capteurs:acrobate.gif?nolink&40|}} 
  * //Schéma// : à télécharger <html><a href="https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Sensors/ForceFlex/SparkFun_HX711_Load_Cell_v11.pdf" target="_blank">ici</a></html>
  * //Connexions//{{ :materiels:capteurs:force:hx711_fritzing.jpg?nolink&800 |}}
  * //Documentation// {{ :materiels:capteurs:acrobate.gif?nolink&40|}} 
    * Fiche technique <html><a href="https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Sensors/ForceFlex/hx711_english.pdf" target="_blank">HX711</a></html>
  * //**Programmation d'une carte Arduino Uno R3**//
    * // Bibliothèques à installer dans l'IDE // {{ :materiels:capteurs:force:bibliohx711.png?nolink |}}
    * //Connexion à un shield// <html><a href="https://webge.fr/doc/wikis/pdf/TinkerkitV2.pdf" target="_blank">Tinkerkit v2</a></html>{{ :materiels:capteurs:force:czl204e-200.jpg?nolink |}}
    * // Un premier exemple : Etalonnage d'un capteur CZL204E-200 // 
{{ :materiels:capteurs:distance:arduinoico.png?nolink&40|}}
<code cpp *.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;
  }
}
</code>


{{ :materiels:capteurs:vscode.png?nolink&40|}}
<callout type="tip" icon="true">Le projet Arduino pour l'IDE **VSCode** de l'exemple ci-dessus est téléchargeable <html><a href="https://webge.fr/doc/wikis/code/Arduino/ARD_Uno_CZL204E200_Etalonnage.zip">ici</a></html></callout>