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Sommaire Matériels

Capteurs - Force - Phidgets

[Mise à jour le 8/2/2020]

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 Phidgets

2.1 Capteur d'effort à faisceau de cisaillement 780 g CZL616C

780 g CZL616C

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.
  • 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

  • Modèle
    • A venir

  • Aide pour la simulation de la chaîne de mesure
    • Modèle de la chaîne de mesure à télécharger A venir
    • Fichier Excel à télécharger A venir
  • Programmation d'une carte Arduino Uno R3
    • Bibliothèques à installer dans l'IDE (I2C)
    • Connexion à un shield Tinkerkit v2.
    • Un premier exemple

  • Programmation d'une carte FEZ avec l'IDE Visual Studio Community

A venir

2.2 Capteur de force 200 kg CZL204E-200

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.
  • 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

  • Modèle
    • A venir

  • Aide pour la simulation de la chaîne de mesure
    • Modèle de la chaîne de mesure à télécharger A venir
    • Fichier Excel à télécharger A venir
  • Programmation d'une carte Arduino Uno R3
    • voir amplificateur d'instrumentation HX711

  • Programmation d'une carte FEZ avec l'IDE Visual Studio Community

A venir

3. Autres capteurs

3.1 Capteur de force Grove 101020553

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
  • Modèle : A venir
  • Aide pour la simulation de la chaîne de mesure : A venir
  • Programmation d'une carte Arduino Uno R3
    • Bibliothèques à installer dans l'IDE : aucune
    • Connexion à un shield Tinkerkit v2
    • Un premier exemple
*.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
}

Le projet Arduino pour l'IDE VSCode de l'exemple ci-dessus est téléchargeable ici

  • Programmation d'une carte FEZ avec l'IDE Visual Studio Community

A venir

4. Amplificateurs d'instrumentation

3.1 Amplificateur Phidgets 1046

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.
  • 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.

3.2 Amplificateur pour capteur de force HX711

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.
  • 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

  • Schéma : à télécharger ici
  • Connexions
  • Documentation
  • Programmation d'une carte Arduino Uno R3
    • Bibliothèques à installer dans l'IDE
    • Connexion à un shield Tinkerkit v2
    • Un premier exemple : 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;
  }
}

Le projet Arduino pour l'IDE VSCode de l'exemple ci-dessus est téléchargeable ici

  • Programmation d'une carte FEZ avec l'IDE Visual Studio Community

A venir

  • materiels/capteurs/force/force.1628666357.txt.gz
  • Dernière modification : 2021/08/11 09:19
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