Les capteurs d'efforts
Les capteurs de force utilisent généralement un "corps d'épreuve" déformable afin de déterminer la force appliquée. La déformation du corps d'épreuve détermine la force appliquée.
Il en existe 2 types :
les capteurs de force à jauges d'extensométrie ;
les capteurs de force à à effet piezoélectrique.
Les capteurs d'efforts à jauges d'extensométrie
Une jauge d'extensométrie (fil en serpentin) est collée sur la surface d'une pièce pour laquelle on désire connaître les efforts qu'elle subit. Lorsqu'un effort est appliqué, le fil se déforme, subit une variation de longueur. Sa résistance varie en conséquence. La variation de sa résistance est proportionnelle à sa variation de longueur. Connaissant la loi de comportement du matériau, qui relie les déformations aux efforts, on a accès aux efforts (voir l'item jauges d'extensométrie pour avoir plus de renseignement sur cette technologie).
En fonction du type d'effort mesuré, la (ou les) jauge(s) peuvent être collé directement sur une pièce du système ou sur un corps d'épreuve défini.
La mesure d'un effort en compression peut être assurée par ce type de capteur d'effort. |  Capteur d'efforts à jauges d'extensométrie |
Ce type de corps d'épreuve est utilisé en traction entre les deux extrémités du S. |  Corps d'épreuve de capteur de forces |
Afin de mesurer des efforts en traction, il est possible d'utiliser ce type de corps d'épreuve qui sera soumis à de la flexion. |  Corps d'épreuve de capteur d'efforts |
Sensibilité à la température
Non linéarité
Les capteurs d'efforts piézoélectriques
De nombreux cristaux génèrent une charge électrique lorsqu'on les soumet à une charge mécanique. Ce phénomène physique est connu dans le monde entier sous le nom d'effet piézoélectrique. La technique de mesure piézoélectrique est prédestinée aux tâches de mesure présentant des exigences extrêmes concernant la géométrie, les plages de température et la dynamique.
L'effet piézoélectrique a été découvert en 1880 par les frères Curie. "Piezein" vient du grec et signifie "comprimer, exercer une pression". Les deux physiciens ont constaté que la surface de certains cristaux se chargeait électriquement lorsque le cristal était soumis à une sollicitation mécanique. Cette charge électrique est exactement proportionnelle à la force qui s'exerce sur le cristal et se mesure en picocoulomb (pC).
En fonction de la position des axes polaires des cristaux par rapport à la force exercée on distingue plusieurs types d'effet piézoélectrique :
|  Différents types de coupe du cristal |
Lorsqu'une charge est exercée sur un cristal, la structure réticulaire typique de ce dernier est déformée. Cela ne peut se produire que si ladite structure ne présente pas de centre de symétrie. C'est le cas du quartz (SiO2), qui est ainsi parfaitement idoine. En outre, il peut être produit par synthèse. Lors de la déformation, les ions positifs de silicium et les ions négatifs d'oxygène sont poussés les uns contre les autres. Les centres de gravité des charges positives et négatives s'en trouvent déplacés, ce qui entraîne la formation d'une charge électrique.
La charge électrique est une grandeur assez difficile à saisir par expérience. C'est pour cette raison que l'effet piézoélectrique ne gagna en signification qu'en 1950, grâce au brevet déposé par Walter P. Kistler pour son amplificateur de charge qui permettait pour la première fois des mesures précises dans le respect d'exigences très strictes en matière de géométrie, de plage de température et de dynamique.
Cette propriété trouve un très grand nombre d’applications dans l’industrie et la vie quotidienne. Une application parmi les plus familières est l’allume-gaz. Dans un allume-gaz, la pression exercée produit une tension électrique qui se décharge brutalement sous forme d’étincelles : c'est une application de l’effet direct. De manière plus générale, l’effet direct peut être mis à profit dans la réalisation de capteurs (capteur de pression, microbalance…) tandis que l’effet inverse permet de réaliser des actionneurs (injecteurs à commande piézoélectrique en automobile, nanomanipulateur…).
Les matériaux piézoélectriques sont très nombreux. Le plus connu est sans doute le quartz, toujours utilisé aujourd’hui dans les montres pour générer des impulsions d’horloge. Mais ce sont des céramiques synthétiques, le zircono-titanate de plomb (PZT) qui est le plus largement utilisées aujourd’hui dans l'industrie.
La piézoélectricité (du grec piézein presser/appuyer) est la propriété que possèdent certains corps de se polariser électriquement sous l'action d'une contrainte mécanique et réciproquement de se déformer lorsqu'on leur applique un champ électrique. Les deux effets sont indissociables. Le premier est appelé effet piézoélectrique direct ; le second effet piézoélectrique inverse.
Capteurs de force à une composante Ces capteurs sont généralement en forme d'anneau et sont constitués de rondelles de quartz sensibles à la pression, prises en sandwich entre deux anneaux d'acier. |  Capteur de force à une composante |
Capteurs de force à trois composantes Des rondelles de quartz sensibles au cisaillement (Fx, Fy) sont combinées aux rondelles de quartz sensibles à la pression (Fz) pour créer un capteur de force à trois composantes compact. |  Capteur de force à trois composantes[Zoom...] |
Capteurs de couple Des rondelles de quartz sensibles au cisaillement sont empilées avec leur axe sensible aligné tangentiellement. Une fois précontraintes, elles peuvent mesurer les couples. |  Capteur de couple |
Bande passante limitée
