Couplemètre ` Télémesure `
Contents
1. FM est insensible aux pollutions du type poussi res projection d eau ou d huile ou solvant elle nest pas affect e par les parasites lectriques y compris les autres radio fr quence pourvu qu une s lection de la fr quence porteuse ait t r alis e Enfin les vitesses de rotation et autres ph nom nes m caniques peuvent tre pris en compte et devenir n gligeables e Note une note d application sur les mesures en champs magn tiques intenses avec un syst me de t l mesure existe Le r cepteur restitue partir de la liaison FM FM en bande P largie de 150 300 MHz plus de 20 canaux disponibles un signal de 10 V pleine chelle proportionnel au couple de torsion Page 2 couplem tre Dans tous les cas de figure la cha ne cin matique doit tre consid r e avec soin et les diff rentes possibilit s bien tudi es Une solution consiste lorsque pour diff rentes raisons aucune pi ce ne peut venir s intercaler dans la ligne d arbre a utiliser larbre machine comme corps d preuve et support de la t l mesure Cette solution simple n est pas forc ment la meilleure une bonne implantation des jauges une calibration m canique s rieuse etc tant souvent beaucoup plus difficile r aliser La seconde possibilit la plus pratique lorsque possible est de concevoir un corps d preuve particulier pour une application donn e Dans d autres cas que ceux impliqua2. directement construites l int rieur des bobinages primaires et secondaires Page 12 La m cant Un couplem tre complet comprend donc le corps d preuve quip avec les l ments indispensables l alimentation au conditionnement la transmission etc Fig 16 Couplem tre mont sur une machine II est possible d int grer les composants embarqu s au corps d preuve et de pr parer par exemple couplage inductif et antenne directement sur la pi ce m canique Il est aussi possible de cr er un support m canique destin a supporter les l ments voir la couronne en Fig 16 Fig 17 Autre vue du couplem tre de la Fig 16 Il n existe pas de r gle stricte en mati re de support d metteur tout peut tre imagin Colliers supports annulaires monoblocs ouen demi coquilles etc Pr f rer des mat riaux l gers comme l aluminium pour supporter un metteur et des mat riaux non m talliques pour supporter les bobines secondaires en prenant soin de choisir un mat riau compatible avec des collages la r sine poxy et aux vernis Le montage sur l arbre peut tre effectu de diff rentes mani res collages serrages par vis etc Les liaisons filaires entre l ment sensible et lectronique doivent tenir compte de la vitesse de rotation et d ventuels parasites venant g n rer du bruit avant l entr e de l amplificateur Les liaisons entre couplage inductifet metteur ne posent
3. ensemble de r ception est galement fournie par le constructeur et peut tre de lordre de 0 02 l C P E Lors du calcul d erreur due aux variations thermiques il est important de dissocier lerreur pour la partie embarqu e et lerreur pour la partie fixe En r gle g n rale la partie embarqu e est soumise des temp ratures diff rentes et fluctuant beaucoup plus que celles applicables la partie fixe D ailleurs les lectroniques embarqu es sont donn es par exemple avec des tenues thermiques de 40 125 C alors que la partie fixe ne supporte que de 0 C 70 C Les erreurs dues la temp rature sont les plus importantes mais ne sont pas les seules les d fauts de lin arit doivent galement tre pris en compte L encore lerreur en terme de lin arit n est pas identique au niveau de la partie embarqu e et de la partie fixe La partie embarqu e poss de une lin arit affect e par l erreur de lin arit affectant le corps d preuve avec ses jauges de d formation et par l erreur de lin arit inh rente l lectronique alors qu au niveau de la r ception seule l erreur de lin arit de l lectronique est prendre en compte L hyst r sis n est prise en compte qu au niveau des jauges et du corps d preuve elle est n gligeable au niveau de l lectronique Page 6 En terme d erreurs le point z ro doit tre consid r avec soin les probl mes de la m canique
4. l ments ci dessus permettent d aborder une calibration lectrique Une r sistance de r glage de gain donne acc s l ajustage de l chelle de mesure Le gain est calcul de mani re classique avec le rapport V sortie sur V entr e Vs donn par exemple 1 V sur un maximum de 100 mV P E pour Ve soit un gain de 10 La r sistance de r glage de gain est alors fonction de la r sistance de contre r action de l amplificateur pour simplifier notons 100 KQ Pour viter des signaux pouvant g n rer une oscillation de l amplificateur ce dernier est con u avec deux tages dont un fixe avec une valeur de gain minimum de 5 D s lors le gain de 10 doit tre divis par ce facteur de 5 pour trouver la plage r glable de 2 La r sistance de gain devient alors 100 2 50 KQ L erreur globale sera fonction du r glage de la tension lectrique en sortie de l unit de r ception et correspondant la pleine chelle de mesure Comme pour le z ro l acc s la fr quence de sous porteuse permet un excellent contr le et de modifier le r glage en agissant sur la sortie lectrique Fig 10 Sch ma de principe de la t l mesure monovoie Un instrument calibr lectriquement pr sente une erreur globale parfaitement calculable et v rifiable gr ce un talonnage m canique Pour terminer avec les calculs li s la pr cision il convient d voquerla r sist
5. sous bo tier m tal mont par collier serreflex Proc dure Il existe une proc dure particuli re pour la r alisation d un couplem tre bas sur la t l mesure Souvent cette proc dure est utilis e en interne et n est pas communiqu e l utilisateur Voir proc dure en annexe U lem tre intelligent Il est possible de r aliser un couplem tre intelligent Un capteur intelligent est en r alit g r par microprocesseur Il nefaut pas confondre capteur g r par un microprocesseur et transmission num rique Les t l mesure num rique effectuent un travail similaire celui de la t l mesure analogique puis transforment le signal en mots binaires C est ce mot qui est transmis Les d fenseurs du num rique le disent plus pr cis En r alit le mot est inalt rable c est le mot transmis qui est restitu si la transmission passe correctement la mesure n est pas plus pr cise le mot contient le bruit qui est converti avec la mesure et le r sultat sera entach d erreurs de lin arit etc inh rentes l tape analogique du traitement Un capteur intelligent est constitu de l ensemble capteur ettransmission analogique la sortie est alors trait par un microprocesseur Pour ne plus avoir a raisonner en terme de lin ari hyst r sis d rive thermique etc Le capteur est soumis un talonnage physique cons quent durant lequel des coefficients de correction seront d termin s et int g
6. au syst me si toutes les jauges sont soumises aux m me temp ratures Toutefois dans la pratique ces conditions ne sont jamais parfaitement satisfaites et le choix d une auto compensation doit tre r alis Par ailleurs la d rive de l chelle de mesure en temp rature doit tre compens e Ceci est r alis en ins rant une r sistance thermosensible dans la ligne d excitation en tension du pont Cette r sistance Rcp se calcule AS R pont aC AS o AS est le pourcentage de variation d chelle par variation d unit de temp rature R est la r sistance du pont et aC le coefficient thermique de la r sistance de compensation en Pour une premi re estimation AS AE AGF o AE est la valeur en pour cent de la variation du module d lasticit du mat riau par unit thermique et AGF le pourcentage de variation du facteur de jauge par unit de variation thermique Les constructeurs de ces r sistances fournissent des tables Il demeurera une erreur li e aux variations thermiques cette erreur minime au niveau du corps d preuve quip doit toutefois tre prise en compte dans le calcul global d erreur de l instrument Les effets de la temp rature sur l lectronique sont connus et des valeurs sont fournies par les constructeurs AU niveau dun metteur il est possible d obtenir une d rive thermique inf rieure 0 002 C P E La d rive thermique au niveau de l
7. d formation en AR R o Vmes 0 250 AR R avec AR AR2 AR3 et AR tant les variations de chaque jauge Or ARR K e V mes devient accessible en multipliant la sensibilit par la valeur de tension d excitation du pont soit 5 V Page 4 Ces calculs purement th oriques peuvent tre relativement loin de ce que montrera la pratique M me la compensation thermique le soin apport la proc dure d installation n viteront pas les d calages Dans la pratique un talonnage m canique est la seule solution pour obtenir une mesure pr cise r Et en parlant de m cani Le corps d preuve est int gr dans une cha ne cin matique et la pr cision catalogue des couplem tres du commerce a du mal a s appliquer la r alit Pourquoi D abord le couplem tre du commerce talonn au jour J dans un laboratoire a t soumis des conditions id ales avec des liaisons m caniques id ales La liaison m canique permet la transmission du couple de torsion dans sa totalit comme si la ligne d arbre n avait jamais t interrompue D s que l on consid re une machine les d fauts d alignement les efforts de traction compression etc viennent entacher la mesure si l on ins re un corps d preuve dans la ligne d arbre y Fig 6 Cardan classique Le cardan classique permet de rattraper des d fauts d alignement mais ne repr sente pas une solution id ale pour des mesures de pr cis
8. 803 0 M MAPA ump LIN TT at oy 100 lun MA An mn Mann Wi ample o l Not Fig 20 Mesures de couples simultan es sur arbres arriere de v hicule et arbre sortie de bo te Ces r sultats ont t obtenus sur un tracteur agricole dans un pays d Asie On note la corr lation des points de mesure entre les trois couples Pour diff rents motifs ces mesures ne peuvent tre comment es plus avant mais repr sentent un excellent exemple REAR AKLE TORCLE RHi E 45201 IRC 500 Sa nple 200 Np ts 22537 Max 559 1 Min Y 1548 n AUT Fig 21 Couple de torsion sur roue arri re de tous terrains Page 15 Ce deuxi me exemple montre une mesure diff rente qui sans faire tat de la pr cision permet d valuer un comportement sur terrain tr s difficile Les exemples d enregistrements ne manquentpas etil serait ais de pr senter des corr lations couples sur diff rentes machines des analyses de puissance lorsque la vitesse de rotation est associ e au couple ou des analyses d organes freins embrayages etc sur des machines d essais ou en r elsur v hicules routiers ou ferroviaires etc Les r sultats sont parlants car ils repr sentent le quotidien des sp cialistes d essais Les pr occupations sont multiples mais l absence de lien physique et l excellence des r sultats sont particuli rement significatives pour des experts Conclusions La mesure de coupl
9. C l t T l Pr ambule En utilisant un syst me de t l mesure il est possible de r aliser avec d excellents rapports qualit prix un dispositif de mesure de couple de torsion fiable et pr cis Ce qui suit constitue un aper u des possibilit s offertes par la t l mesure pour la r alisation de couplem tres Cette pr sentation suppose que le lecteur soit un peu familier des diff rents dispositifs habituellement utilis s pour les mesures de couple de torsion Ceci implique une compr hension g n rale du fonctionnement des jauges de d formation et quelques notions de base en mati re de radio transmission Sur demande pour une tude plus approfondie il vous sera communiqu les r f rences en mati re d tude de capteurs jauges de d formation et en mati re de dispositif de t l mesure industrielle Fig 1 couple sur une transmission de v hicule mod le d exposition Page 1 De Jean Louis Rouvet Introduction Le principe des diff rents types de capteurs doit tre bien compris S il existe diff rentes possibilit s pour traduire une nergie m canique en un signal lectrique quivalent le plus pratique et le plus pr cis est sans conteste celui utilisant les jauges de d formation Nombre de couplem tres sont construits partir de cette technologie Pour r aliser un couplem tre tournant il est possible d utiliser diff rents moyens de transmission de l
10. ance cran de calibration Au travers d une alimentation inductive il est possible d envoyer des information simples comme des informations tout ou rien de commutation Ainsi une r sistance pr vue pour r aliser un cran de calibration sera raccord e sur une branche du pont par l interm diaire de cette commutation L int r t est de pouvoir v rifier le r glage lectrique du gain et de le r ajuster en cas de besoin De cette fa on seule une d rive m canique de type fluage pourrait alt rer br ve ch ance la pr cision de l instrument La v rification peut tre r alis e pendant le fonctionnement ou bien avant ou apr s essais Les vitesses de rotation les pollutions du type projections deau de poussi res d huile etc sont sans effet Page 8 De m me que les champs lectriques importants sous r serve de pr cautions ou les radio fr quences pourvu qu elle soient distantes de la fr quence porteuse r libration m ni Le meilleur moyen de r aliser un couplem tre de pr cision est d effectuer une calibration m canique Fig 11 Banc d talonnage La premi re id e qui vient l esprit est de bloquer larbre d un c t et d appliquer l extr mit d un bras de levier connu 1 m tre par exemple des masses repr sentant l effort Ceci n est pas un moyen pr cis l application d un couple r el est de loin beaucoup plus fiable C est donc avec un double bras
11. capteur c est dire du corps d preuve quip de ses jauges de d formation Le plus sage est souvent de r aliser cet talonnage en vitant d inclure la t l mesure En effet la t l mesure est une lectronique d livrant une alimentation au pont de jauges cette alimentation peut tre mesur e et sa fid lit est incontestable La tension lectrique issue du pont peut tre simul e l entr e de lamplificateur et une calibration lectrique pourra tre r alis e Page 9 En cons quence un trac de la courbe en sortie de l lectronique avec un signal simul correspondant la sortie du pont de jauges permet d tablir une correspondance point par point Une intervention malencontreuse au niveau de l lectronique peut alors tre r par e puisque l talonnage m canique donne les valeurs en sortie du pont Par ailleurs cette proc dure autorise le remplacement du corps d preuve par n importe quel autre sous r serve d un r glage lectrique de l lectronique Multimesure Les couplem tres peuvent tre r alis s avec deux ponts de mesures distincts soit pour pr venir un quelconque probl me de pont endommag soit pour obtenir une mesure redondante Dans le cas d une mesure redondante un ensemble de t l mesure deux voies en multiplex de fr quence doit tre utilis ou bien deux metteurs monovoie Pour des mesures particuli rement pointues il est possible d associer la mesure de cou
12. comme les frottements les jeux ou le fluage etc interviennent pour une part non n gligeable Le corps d preuve quip de ses jauges de d formation repr sente un l ment sensible qui aura t quilibr avec soin au niveau des jauges ex Borst 3 taen Ca max Bort Fig 8 couplem tre particulier con u partir d un corps d preuve et de brides d accouplement interchangeables Les deux sont li s par des pions viss s La t l mesure est int gr e dans laxe Il demeure qu un l ger d calage du z ro est le plus souvent constat et qu il convient d en tenir compte lors du couplage du capteur l lectronique embarqu e Un r quilibrage peut tre r alis en ajoutant des r sistances de pr cision sur deux branches de la moiti du pont Cette op ration lors de mesures extensom triques classiques est r alis e au niveau du module lectronique au travers d un potentiom tre Dans le cadre de la t l mesure l quilibrage s op re tel que d crit en ajoutant des r sistances parce que le potentiom tre ne supporte pas la rotation et qu il n existe pas de lien entre parties fixe et embarqu e Un quilibrage fin prend en compte le conditionneur embarqu et la traduction du signal en fr quence MAX 180 centrale 100 EHe Fig 9 Conversion tension fr quence En effet le z ro mesure est traduit pour la transmission en fr quence de sous porteuse dont la va
13. de deux bobines primaire et secondaire ce moyenpourrait sembler s duisant pour transmettre l information mesure Il faut toutefois conserveren m moire que les fluctuations et erreurs induites par ce type de transmission ne sont pas g nantes pour le transfert d nergie ou d ordres simples tout ou rien en revanche la transmission d une mesure pr cise est plus d licate Page 11 Ceci justifie le choix de la double modulation FM plut t que de l induction pour le transfert pr cis de la mesure r nnecti mbar Habituellement le couplem tre est ins r dans une cha ne cin matique et l utilisation de connecteurs est proscrire car il est impossible de les disposer coaxialement par rapport l arbre Certains couplem tres mont s sur machines tournantes sont li s un collecteur tournant install en extr mit de l arbre Il va de soi que la t l mesure remplace tr s avantageusement le collecteur tournant puisqu elle n est ni sujette l usure ni au parasitage Broche enfichable Broche souder Arriv e des fils capteurs DE china EEE Plaque de circuit imprim Fig 15 Connecteur forte acc l ration centrifuge 100 000 g Le connecteur d velopp pour des applications turbines permet une installation rapide le l lectronique en extr mit de l arbre C est partir de cet accessoire qu a t d velopp e une nouvelle s rie de t l mesures aliment es en inductif mais trans
14. de levier de part et d autre de l arbre et l application de forces de m me amplitude et de sens inverse qui permettra d talonner pr cis ment le couplem tre Des poulies peuvent tre utilis es pour le montage L angle de l arbre par rapport l horizontal doit tre s il existe mesur et un calcul de son influence pris en compte Les puristes et les laboratoires agr s prennent aussi en compte la gravit Lors d utilisation de poids l tranger plus particuli rement aux Etats Unis la livre doit tre prise avec sa valeur r elle 0 453 Kg Lors de la calibration sur banc utilisant des brides d accouplement entre partie fixe et point d application du moment de torsion il convient d utiliser des montages pr contraints pour viter les jeux et les erreurs notamment d hyst r sis qui seraient g n r es Pour parfaire le montage m canique les efforts parasites dus au corps d preuve comme la flexion peuvent tre compens s L exp rience montre qu un couplem tre talonn en statique donne d excellents r sultats en rotation si toutefois la cha ne cin matique ne vient pas induire de nouvelles incertitudes Les erreurs mesur es sur un instrument talonn sont inf rieures 0 2 de la pleine chelle sur un gradient thermique de 50 C Un instrument de classe 0 1 est tout a fait r alisable L talonnage m canique permet de d terminer avec pr cision la sensibilit r elle du
15. e de torsion est un m tier part enti re et la t l mesure est une autre forme d expertise Combiner les deux ne permet pas de se proclamer sp cialiste car les sp cialistes en m caniques les sp cialistes des jauges de d formations les sp cialistes de la t l mesure des couplages inductif et parfois del enregistrement et du traitement analytique voire nombre d autres doivent se r unir pour offrir une solution cousue main correspondant l application Attention cette somme d expertise ne conduit pas des instruments plus on reux d autant que la conjoncture fait que les experts ont besoin de vivre et que l accroissement constant de la demande permet d utiliser des savoir faire acquis La solution t l mesure est en passe de devenir la solution l gante et bon march que les utilisateurs esp raient La t l mesure n est plus une aventure et la mesure de couple de torsion vendue sur catalogue devient d pass e faute de science exacte le moyen de mesure adapt r pond enfin aux attentes des utilisateurs Page 16 Fig 23 Couplem tre accouplement Bendix industriel sur R f Vishay Micromesure Lyonel Ricard CETIM Senlis Raymond Buisson Aydin Vector Richard Van Doren Telemetrie Elektronik Klauss Diefenthaeler Hispano Suiza Christian Roger Micro Com Corp Peter Snedker Fraunhauffer Institute Andr as Rupp White Sands MR Telemetry standard Team M C E L q
16. euve a t choisi Pour conserver une marge de man uvre les experts t l mesure limitent la moiti le signal V mes Ceci permet modifications et r glages essentiels tant donn e la distorsion possible entre calcul et monde r el Un grand pas est franchi mais une somme de travaille demeure Comme il est possible de le constater la partie m canique active est la section de l arbre sur laquelle les jauges sont implant es Sur un arbre circulaire les d formations maximum apparaissent suivant les directions situ es 45 degr s angulaires de la g n ratrice Deux jauges de d formation situ es 45 degr s angulaires l une de l autre sur la m me g n ratrice et raccord es en demi pont donneront une id e du couple de torsion Pour simplifier le montage et s affranchir des probl mes d homog n it li s aux moments de flexion les jauges sont mont es l une cot de l autre Habituellement des jauges doubles en chevron sont utilis es et en consid ration des d fauts d uniformit de la distribution des contraintes des sensibilit s stabilit et de la pr cision 4 de ces doubles jauges sont dispos es 45 degr s angulaires sur une section de l arbre et raccord es en un seul pont complet Le corps d preuve les jauges de d formation et leur montage sont maintenant d termin s Pour v rifier V mes peut tre d termin en utilisant la relation entre la sensibilit en mV V et la
17. information entre rotor et stator Le moyen industriel pr cis efficace fiable et l gant demeure la radio transmission et parmi les diff rents concepts celui reposant sur une double modulation FM La figure 2 ci dessous d crit sommairement l ensemble I a i TORQUETE TELIN 610 P L A i Don 7 TOROUETEM T TELEM 170 La rs A Fig 2 description d un couplem tre t l mesure utilis dans une raffinerie sur une unit de vapocraquage Raffinerie se trouvant l tranger Extrait du manuel d utilisation Les jauges de d formation mont es en pont complet sont implant es sur un corps d preuve m canique incluse dans la chaine cin matique et soumis au couple de torsion devant tre mesur Un module lectronique comprennant les sous ensembles d alimentation conditionnement mise en forme et transmission est embarqu sur cette pi ce L lectronique re oit les signaux issus du pont de jauge qu elle alimente et transmet via une antenne la mesure vers la partie fixe commun ment appel e r cepteur L utilisation de la transmission radio permet d liminer les probl mes m caniques dues par exemple aux frottements mais impose l apport d nergie par un moyen galement affranchi de liaison m canique Les piles ou batteries et les couplages inductifs permettent de r soudre ce probl me La liaison radio en double modulation de fr quence FM
18. ion demandant une grande dynamique et o les efforts de traction compression peuvent tre p nalisants D autres accouplements flexibles existent comme des accouplements lamelles Fig 7 Accouplement flexible Les lamelles dispos es de diff rentes fa ons permettentde r aliser une liaison suffisamment lastique pour absorber suivant les cas les d fauts d alignement ou les transitoires de couple etc Excellente solution pour des d fauts d alignement ce type de dispositif lors de mesures de faibles couples transmettra des efforts de compression par exemple Par ailleurs pour mesurer des transitoires lors de changement de sens de rotation l lasticit joue un r le d amortisseur et la dynamique sera filtr e La meilleure solution qui malheureusement ne peut pas toujours tre utilis e demeure l accouplement denture Pour r sumer il existe des accouplements de diff rents types griffes ressorts a tonneaux etc le choix peut tre capital pour telle ou telle mesure Cal l li al r o n La pr cision ou plut t lincertitude sur la mesure est une notion galvaud e de feuilles de caract ristiques en ineptie commerciale Page 5 Les effets de la temp rature sur un instrument sont loin d tre n gligeables ils sont de plusieurs natures Au niveau des jauges de d formation les demi ponts et ponts complets utilis s habituellement tendent fournir une compensation inh rente
19. leur au centre de la bande utilis e correspond au z ro r el En imaginant que la fr quence centrale est de 100 KHz un pontparfaitement quilibr donnera cette valeur un l ger d calage se traduira par des fractions de Hertz En n gatif le signal tension deviendra une valeur entre la fr quence centrale et la fr quence min et l inverse en positif entre la fr quence centrale et la d viation max Pour un r glage pointu un acc s cette fr quence de sous porteuse doit tre disponible au niveau du r cepteur Un tr s faible d calage de z ro traduit par un cart par rapport la fr quence centrale pourra tre rattrap en trichant sur le z ro lectrique accessible au niveau du r cepteur Une astuce de r glage consiste remplacer la r sistance d quilibrage par un potentiom tre pour peaufiner le r glage Page 7 Il suffit d implanter une r sistance de pr cision de valeur voisine avant d agir sur le potentiom tre du r cepteur pour ajuster le z ro Toutes les erreurs interviennent dans le calcul de lincertitude globale de l instrument une somme qauadratique des erreurs donne une excellente id e du maximum d incertitude susceptible d entacher la mesure Un autre facteur intervenant pour la qualit de l instrument est le niveau de bruit entachant la mesure effectivement restitu e par le r cepteur Ce niveau de bruit est dans le cadre d un monovoie de l ordre de 60 dB Les
20. lutions farfelues du type capteurs solaires etc sont forc ment repr sent es par des piles des batteries ou des couplages inductifs Fig 13 Pile 9 V Lithium classique utilis e dans une application t l mesure La pile Lithium donnent d excellents r sultats tant en terme de dur e que de tenue aux acc l ration vibration et temp ratures Il existe d autres types de piles et batteries mzais l id al demeure l alimentation inductive Il s agit d un transformateur utilisant l air comme entrefer Nul besoin de rotation et nul besoin de contact physique l alimentation inductive apporte l nergie d un primaire de transformateur sur un secondaire et cela sans contact physique S il existe des possibilit s de calcul de ces couplages l id al pour un n ophyte est de faire confiance en l exp rience des sp cialistes t l mesure Les ann es d expertises montrent qu il faut une formation sur le tas et une solide exp rience pour viter tous les pi ges de l induction M caniquement un primaire et un secondaire en vis vis sont install s Electriquement l un induit sur l autre avec des pertes consid rables l nergie utile l alimentation Manite tanas T l mesure pour v hicule mod le Cardan monovoie n Axe mane ef Ij PEL NTA ERA Bua PER ENT ALES 15 ssensmre Fig 14 Alim Inductive sur transmission de roue Le couplage inductif utilise la r sonance
21. mettant sur une porteuse infrarouge Ce dispositif est 30 moins co teux qu une liaison radio et repr sente une solution interm diaire entre collecteur tournant et t l mesure Antennes Le calcul et la conception des antennes sont l image du couplage inductif assez complexes et rel vent la plupart du temps de l exp rience Dans l absolu le calcul d une antenne d un quart d onde s crit 4 V fz ou V 300 M ga et fz est la fr quence porteuse Une fr quence porteuse choisie dans la bande P entre 215 et 260 MHz sera par exemple de 240 MHz d ou une longueur d antenne 1 4 300 240 4 0 312 m tre Cette valeur est mal pratique car l antenne ne doit pas tre trop longue pour ne pas se reboucler ou trop courte induisant des trous de transmission Par ailleurs le rayonnement des antennes les probl mes d absorption d ondes r fl chies etc sont source de soucis En r alit l tude et la r alisation des antennes sont assez simple parce que ne n cessitant pas une pr cision importante sauf dans quelques cas particuliers Parmi ces cas particuliers les arbres tournant ou oscillant l int rieur d un tube lui m me tournant ou oscillant Ces cas tr s particuliers imposent l utilisation dun double bouclage inductif et naturellement de relais au niveau des antennes Dans la pratique les antennes d mission et de r ception utilis es avec des alimentations inductives sont
22. nt consid rer des notions de base de m canique MOMENTS D INERTIE FLEXION TORSION J3 K Zm T h Abh 3hb Rectangle 48 144 equivalent t Vas Var p s6 48 80 2 ho PHB h W a RL pont Soroh x P x D d nioa aiD d aloa 160 TOF 64 64 32 32 nD aT SE H rent p J 1 Jy Jz JEt 2 sutace S 9 Fig 3 Moments d inertie Page 3 Pour simplifier la compr hension ce qui suit ne prend en compte que le couplem tre utilisant un arbre classique sur lequel les d formations de surface donneront la valeur du couple de torsion ARBRE EN TORSION M R M F moment appliqu SON T L longueur totale de l arbre 2ML QE a angle de rotation en radians a _ K La distance des jauges n intervient pas zGR L f amp indication de l une des jauges E i indication de l autre jauge ac G gt Fig 4 Calcul des micro d formations pour un arbre en torsion Pa 2 t P Alpha ri 27 4 Moment des forces i ii ee HR Se lis a S Fig 5 Moment des forces L id e est de calculer R donc d extraire sa valeur de l quation initiale R M ernG Mer 2 1 u E n extrayant la racine cubique de R on obtient R Pour un arbre creux l quation initiale s crit MR xG R r d ou un peu de prudence D vidence ceci ne peut tre r alis que si le mat riau du corps d pr
23. nt la t l mesure les consid rations de taille de pr cision d environnement de co t et par extension du type de signal de sortie souhait impose le choix d un type d quipement L utilisation de la t l mesure modifie le mode de r flexion du concepteur Le calcul d un corps d preuve appropri en respectant les crit res de dimensions devient l l ment d terminant La pi ce sur mesure est pr vue en fonction de d formations de surface de la structureet en cons quence en fonction des jauges de d formation utilis es et des capacit s d entr e des conditionneurs Il n existe pas de liaison m canique ou filaire entre rotor et stator les deux coupl es constituent un couplem tre parfaitement coh rent et transparent pour l utilisateur mais dans le cadre d une tude pour la r alisation d un instrument il est imp ratif de dissocier ces deux l ments au d part L entr du conditionneur est pr vu pour V mesure arbitrairement dansle cadre de cette pr sentation 100 mV Le conditionneur d livre une tension d excitation Ve que pour l heure nous admettrons tre de 5 V 0 01 La sensibilit maximale du capteur pour V mes 100 mV est donc de 20 mV V D ou V mes Ve K e o K Coefficient des jauges et Nombre de micro d formations K est d termin lors du choix des jauges et est une valeur connue L inconnue est donc e Ces micro d formations conduise
24. pas de r el probl me En revanche la liaison entre l antenne et l metteur doit tre constitu d un c ble coaxial au del d une certaine distance Au niveau des l ments statiques les longueurs de c bles sont galement a prendre en compte pour par exemple installer des bo tiers relais amplificateur entre g n rateur inductif et bobine primaire et dans certains cas une amplification sur la ligne d antenne de r ception au del de 50 m Que ce soit sous forme de valise portable de rack ou de module embarquable pour lautomobile le r cepteur aliment de 10 32 VDC ou en 220 V 50 Hz est simple d utilisation et d livre le signal mesure sous la forme de 10 VDC pleine chelle filtr ou non filtr Page 13 La bande passante d ensemble est du continu 5 KHz 3 dB en standard et peut ais ment tre tendue de DC 10 KHz 3 dB pour des mesures de transitoires au d marrage l arr t au changement de sens etc Des bo tiers IP 65 sont utilis s pour certaines atmosph res particuli res et un ensemble couplem tre peut tre fourni pour des atmosph res dangereuses Ex Attention ponctuellement des instruments complets on t qualifi s Ex les l ments individuellement sont conformes mais les couplem tres tant r alis s sur mesure il est impossible de qualifier rapidement et moindre co t un ensemble Fig 18 Couplem tre comprenant un metteur
25. ple de torsion une mesure thermique prise au droit d une jauge de d formation de mani re a r aliser une corr lation La calibration doit alors tre pr vue avec un cycle thermique en tuve et le relev des points de mesure tient compte la fois de la d rive corps d preuve jauges pour la premi re tape puis de la d rive globale de la partie embarqu e incluant l lectronique Les probl mes de dynamique des signaux ne se posent plus r ellement tant pour des mesures de couple redondantes que lors de l association de la mesure thermique Un metteur 2 voies permet de conserver une bande passante par voie du continu 10 KHZ Les mesures complexes peuvent tre prises en compte des balances multicomposants peuvent tre cr es avec les mesures des trois moments et des trois forces Fig 12 Roue V los La roue dynamom trique est un excellent exemple d utilisation de la t l mesure multivoie en multiplex de fr quence La roue dynamom trique permet les mesures des trois moments et des trois forces un tel d veloppement suppose une expertise d passant les comp tences des partenaires usuels le LBF de Darmstadt en Allemagne a investi son temps pour concevoir le capteur et fait confiance la t l mesure pour la transmission 3 L apport d nergie est loin d tre simple lorsque lon supprime les liaisons filaires Page 10 Les sources d nergie embarqu e si l on excepte les so
26. r s une quation g r e par le microprocesseur Ainsi la mesure restitu e sous forme num rique apr s correction de toutes les erreurs sera de bien meilleure qualit Page 14 L utilit de cr er un capteur intelligent peut sembler tout relatif compte tenu des co ts d talonnage des erreurs accept es habituellement par les utilisateurs qui pensent aux pr cisions catalogue des constructeurs etc Le meilleur des capteurs implant dans une cha ne cin matique verra ses erreurs dues la cha ne cin matique largement plus importantes que la marge offerte par un capteur classique de qualit D sxoti Des r alisation tr s particuli res ont fait l objet d tudes approfondies Des tablissements hyper comp tents comme le CETIM ou Hispano Suiza se sont attel s r soudre des probl mes tr s d licats Ainsi un couplem tre 10 Nm pleine chelle a t r alis par le CETIM pour des mesures de r f rence sur des machines d essais de pompes Un institut Allemand a r alis comme montr sur la photo Fig 12 une roue dynamom trique ou les couples ou moments en x y et z sont mesur s et o l interaction pendant le roulage est parfaitement connue Fig 19 Couplem tre int gr une bo te vitesse l metteur fait 6 mm d paisseur 50 5 de diam tre interne et 68 de diam tre externe REAR f f i t REAR TORQUE LHIN m nl DRIVE EE LM My un ANANA A ue che 153
27. uipe du Labo Photos Telemetrie Elektronik Gmbh MCE Illustrations Vishay Micromesure MCE Utilisateurs Ce document est r f renc 99 061 et est une mise jour de Naptor version juin 2006 Compl ment et autres documents sur demande De Jean Louis Rouvet Giacintec Giacintec T C E Mesure T l mesure Equipement T l mesure Capteur Electronique
Download Pdf Manuals
Related Search