Cet article explique ce qu'est une jauge de contrainte et à quoi elle sert. Ainsi, vous découvrirez quels sont les différents types de jauges de contrainte, comment une jauge de contrainte est utilisée et ses avantages et inconvénients.
Qu'est-ce qu'une jauge de contrainte ?
Une jauge de contrainte , ou jauge de contrainte , est un capteur qui convertit la déformation d'un matériau en un changement de résistance électrique. Une jauge de contrainte est donc un instrument utilisé pour mesurer la déformation d’un matériau.
Les jauges de contrainte peuvent également être utilisées pour déterminer la pression, la charge, le couple ou la position d'un matériau.
Le fonctionnement de la jauge de contrainte est basé sur l'effet piézorésistif, qui est une propriété physique que possèdent certains matériaux et qui modifie la valeur de leur résistance électrique en fonction de la contrainte mécanique à laquelle ils sont soumis. Ci-dessous nous verrons en détail le fonctionnement de la jauge de contrainte.
En général, les jauges de contrainte sont petites et dures. De plus, ils sont généralement constitués d'alliages métalliques, tels que l'aluminium ou le nickel, ou d'éléments semi-conducteurs, tels que le silicium ou le germanium.
De plus, pour que la jauge de contrainte mesure correctement, il est important que le fabricant indique les caractéristiques de mesure de la jauge de contrainte, telles que la température de fonctionnement, la résistance de la jauge ou l'essai de fatigue.
Types de jauges de contrainte
Maintenant que nous connaissons la définition de jauge de contrainte, voyons quels sont les différents types de jauges de contrainte :
- Jauges de contrainte métalliques – Ce sont des jauges de contrainte en alliage métallique. Ces types de jauges de contrainte sont généralement minces et fines. De plus, ils mesurent la déformation du matériau à partir du changement de longueur qu’ils subissent.
- Jauges de contrainte à résistance : ce type de jauge de contrainte augmente sa résistance lorsqu'elle est déformée, de sorte que, grâce au pont de Wheatstone, cette variation de résistance puisse être convertie en tension et, par conséquent, déterminer la déformation du matériau.
- Jauges de contrainte capacitives : ce type de jauges de contrainte sont associées à des caractéristiques géométriques et permettent de mesurer des contraintes et des déformations.
- Jauges de contrainte photoélectriques : le fonctionnement de ce type de jauge de contrainte est basé sur la mesure de la déformation par la quantité de lumière qui atteint une cellule photoélectrique. De sorte qu'en fonction de l'allongement de la jauge, plus ou moins d'énergie lumineuse atteint la cellule et, par conséquent, la déformation du matériau peut être déterminée.
- Jauges de contrainte à semi-conducteur : Ce type de jauge de contrainte est constitué d'un composant semi-conducteur qui permet de mesurer la déformation. Ils sont généralement de plus petite taille, mais peuvent supporter de très grandes déformations.
Comment fonctionne une jauge de contrainte
Les jauges de contrainte sont des composants électriques qu'il faut coller sur l'objet dont on veut étudier la déformation. C'est pourquoi ils intègrent généralement une partie adhésive afin de pouvoir être facilement placés sur l'objet.
Gardez à l’esprit que la déformation d’un objet est due à un effort mécanique, qu’il soit externe ou interne. Ainsi, si la contrainte mécanique et les propriétés du matériau sont connues, la déformation du matériau peut être calculée.
Le fonctionnement d'une jauge de contrainte est basé sur la piézorésistivité, qui est une propriété que possèdent certains matériaux et qui modifie la valeur de leur résistance électrique en fonction de la contrainte mécanique qu'ils subissent.
Ainsi, grâce à l'effet piézorésistif, un effort mécanique peut être transformé en électricité et, par conséquent, la déformation d'un objet peut être déterminée.
Dans la plupart des cas, la déformation subie par l’objet est très difficile à mesurer manuellement, car il s’agit de très petites déformations. Cependant, en utilisant le courant électrique, il est possible de connaître la valeur de ces déformations.
Avantages et inconvénients des jauges de contrainte
Avantages des jauges de contrainte :
- Les jauges de contrainte sont très simples et faciles à utiliser.
- Ce sont de petits instruments.
- En général, les jauges de contrainte peuvent être utilisées en courant continu ou en courant alternatif.
- La mesure effectuée par une jauge de contrainte n'est pas affectée par un champ magnétique.
Inconvénients des jauges de contrainte :
- De nombreux facteurs environnementaux peuvent affecter la mesure effectuée par la jauge de contrainte.
- Ce sont normalement des appareils instables.
- Au fil du temps, la jauge de contrainte perd de son adhérence, ce qui la rend difficile à utiliser.
- Le signal de sortie de la jauge est faible.
- Les changements de température peuvent affecter les jauges de contrainte.
- La contrainte exercée ne peut pas faire sortir la jauge de contrainte de sa limite élastique.
Applications des jauges de contrainte
La jauge de contrainte a de nombreuses applications en ingénierie, parmi lesquelles :
- Dans les structures, pour mesurer la déformation des ponts, des infrastructures, des grues, etc.
- Dans l'industrie, la jauge de contrainte est principalement utilisée pour réaliser des tests de résistance sur des moteurs, pompes, machines, etc.
- Les jauges de contrainte sont également utilisées en robotique, par exemple pour mesurer l'effort fourni par un robot lorsqu'il saisit un objet.
- Dans la construction, la jauge de contrainte est utilisée pour vérifier le tassement du béton au moment de la construction.
- Dans le secteur aérospatial, les jauges de contrainte sont utilisées pour mesurer la charge structurelle des avions et calculer la flèche de leurs ailes.