a) Notre choix.Les deux entreprises utilisent deux technologies de mesure differentes:
- jauges de contraintes en metal pour les capteurs JR3.
- jauges de contraintes en silicone pour les capteurs ATI.Quel type de jauge (silicone ou metal) semble etre le plus interessant pour notre application?
Nous allons repondre a cette question en comparant les deux technologies:
Consideration du facteur de jauge
Le facteur de jauge represente la sensibilite de la jauge de contrainte et est defini comme etant le changement de resistance par unite de resistance initiale divisee par la contrainte appliquee.
Les jauges en metal ont un facteur de jauge de 2 a 4 alors que celui des jauges en silicone est compris entre 50 et 175. Le facteur de jauge eleve des jauges en silicone permet au capteur de travailler dans des conditions telles que la contrainte nominale soit 5 a 50 fois en dessous du point de deformation permanente (yield point). Du fait de leur faible facteur de jauge, les capteurs utilisant les jauges en metal doivent fonctionner pres de la limite elastique (yield point) pour generer le signal de sortie requis.
Voir figure ci-dessous.
Quand la contrainte appliquee depasse la limite elastique du materiau, celui-ci devient plastique; il en decoule une deformation permanente de la structure et donc un reajustement du capteur. Dans ce cas, le capteur fausse doit generalement etre retourne au fournisseur (pour qu'il l'etalonne a nouveau), causant des pertes de production innaceptables. Les defaillances des capteurs a jauges de contrainte en metal ont d'ailleurs incite de nombreux fabricants a abandonner l'utilisation de capteur de force dans leur lignes de production. Mais grace a l'appariton des jauges en silicone, plus robustes, les capteurs de force sont a nouveau acceptes dans des environnements industriels.
Duree de vie en fatigue
La contrainte sur un capteur a jauges de contrainte en metal pour une charge nominale (pres de la limite elastique) rend sa duree de vie en fatigue limitee. Puisque les jauges en silicone fonctionnent avec une contrainte nominale faible, elles sont donc concues pour avoir une duree de vie en fatigue infinie. C'est une caracteristique importante pour les applications industrielles necessitant au bras d'un robot a faire de nombreuses fois le meme cycle pendant une courte periode de temps.
Signal de sortie
Du fait de son faible facteur de gauge, le niveau de deformation des jauges de contrainte en metal doit etre de 1500 a 2500 microdeformations pour produire un signal acceptable. Cependant, ce signal est faible et des parasites electriques peuvent s'y ajouter, affectant la precision du capteur. Alors que les jauges en silicone requierent un niveau de deformation compris seulement entre 50 et 300 microdeformations, elles produisent pourtant un signal qui est 30 fois superieur a celui des gauges en metal.
Signal de sortie en fonction de la temperature
Les jauges de contrainte generent un signal de sortie variable pour un changement de temperature (DeltaT). Premierement, la resistance initiale des jauges change avec DeltaT et deuxiemement, le facteur de jauge change aussi avec DeltaT. Un changement de resistance initiale cause un decalage du zero alors qu'un changement de facteur de jauge modifie le gain. La modification du gain en fonction de la temperature des jauges en silicone est plus importante que pour les jauges en metal.
Linearite and Hysteresis
La precision du capteur de force est directement lie a la linearite de ses jauges de contrainte. La linearite des jauges en silicone est equivalente a celle des jauges en metal du fait du faible niveau de contrainte requis.
L'hysteresis est lie au taux d'epoxy et de plastique present entre les jauges de contrainte et le transduceur pour les fixer.
Conclusion
Cette etude comparative a permis the souligner les avantages des jauges en silicone et explique pourquoi les capteurs utilisant cette technologie se developpent au detriment de ceux qui utilisent des jauges en metal. Pour la meme precision, les jauges en silicone sont plus resistantes et plus durables. Notre choix s'est donc tourne vers les capteurs ATI (en silicone), et plus particulierement depuis qu'ils ont developpe une methode de correction qui reduit au minimum la modification du signal de sortie en fonction du changement de temperature.
