Dans de nombreux domaines, mesurer une force ou un poids avec précision est essentiel. Les pesons électroniques sont des instruments adaptés à cette mesure. Mais comment fonctionne exactement un peson électronique ? Quels sont les principes physiques qui régissent son interaction avec la matière et les forces appliquées sur celle-ci ? Plongeons dans l’univers des pesons électroniques à travers cet article pour comprendre leur mode de fonctionnement.
Fonctionnement général d’un peson électronique
Un peson électronique est un instrument destiné à mesurer une force mécanique, en particulier celle due au poids d’un objet. Il se base sur un principe physique nommé « jauge de contrainte » qui permet de transformer un effort mécanique en une valeur électrique proportionnelle. Pour ce faire, le peson électronique exploite les propriétés des résistances électriques. Il utilise des jauges de contrainte composées d’une fine couche de conducteur dont la résistance varie en fonction des contraintes mécaniques auxquelles elle est soumise. Ces variations de résistance sont ensuite converties en valeurs électriques, appelées tensions de sortie, qui sont directement proportionnelles à la force exercée sur le peson.
Le rôle crucial des jauges de contrainte
Les jauges de contrainte jouent un rôle clé dans le fonctionnement des pesons électroniques. Elles sont généralement constituées d’un matériau conducteur déposé sur un support non-conducteur et flexible qui épouse les variations de forme dues aux contraintes mécaniques appliquées. En fonction des contraintes subies, la résistance électrique du conducteur de la jauge varie selon une loi physique bien précise : c’est l’effet Piézorésistif. La valeur de cette variation est proportionnelle à la force exercée sur la jauge. Ce qui permet de convertir avec précision la force en signal électrique.
La sensibilité d’une jauge de contrainte détermine sa capacité à détecter et à mesurer de façon précise les variations de forces appliquées. Elle est exprimée en termes de facteur de jauge (GF), qui correspond au rapport entre la variation relative de résistance et la déformation mécanique subie par la jauge.
Plus le GF est élevé, plus la jauge est capable de détecter de faibles variations de contraintes, et donc plus le peson est précis. Les fabricants de pesons électroniques doivent ainsi sélectionner des jauges de contrainte adaptées à leurs besoins en termes de résolution et de plage de mesure.
Le pont de Wheatstone : un dispositif essentiel pour l’évaluation des forces
Pour mesurer précisément les variations de résistance dues aux contraintes mécaniques, les pesons électroniques utilisent un dispositif électrique appelé pont de Wheatstone. Ce montage est composé de quatre résistances formant un quadrilatère, dont l’une est la jauge de contrainte soumise à la force à mesurer.
Le pont fonctionne selon le principe d’équilibre des tensions : lorsque les résistances sont identiques, aucune tension n’est produite en sortie du pont. En revanche, si la résistance de la jauge de contrainte varie sous l’effet des forces appliquées, une tension apparaît proportionnelle à cette variation.
Les variations de résistance dues aux contraintes mécaniques sont généralement très faibles, de l’ordre du milli-ohm. Pour obtenir un signal exploitable, il faut donc amplifier la tension de sortie du pont de Wheatstone à l’aide d’un amplificateur spécifique appelé amplificateur à gain variable ou AGV (Amplificateur à Gain Variable).
Une fois amplifié, le signal peut être converti en une valeur numérique grâce à un convertisseur analogique-numérique (CAN). Cette valeur numérique est ensuite traitée pour calculer la force exercée sur le peson et affichée à l’utilisateur.
Diverses applications des pesons électroniques
Les pesons électroniques présentent de nombreux avantages tels que leur précision, leur fiabilité et la rapidité avec laquelle ils peuvent mesurer les forces. Ils sont ainsi largement utilisés dans divers domaines, notamment :
- l’industrie : contrôle qualité, mesure de force de serrage, pesée de produits ;
- la logistique : pesée des colis et marchandises, gestion des stocks ;
- le sport et santé : mesure de la force musculaire, évaluation des performances sportives ;
- l’aéronautique : mesure des forces exercées sur les structures d’un avion ou d’une fusée.
En somme, le fonctionnement des pesons électroniques repose sur des principes physiques bien établis, exploités judicieusement pour convertir avec précision les forces mécaniques en signal électrique. Grâce à la jauge de contrainte, au pont de Wheatstone et à l’amplification du signal, ces instruments offrent des mesures fiables et répétables dans une grande variété d’applications.
Dans cette vidéo, découvrez les principes de fonctionnement des instruments de pesage.