Comment fonctionnent les cellules de charge ?
Une cellule de charge fonctionne en convertissant la force mécanique en valeurs numériques que l'utilisateur peut lire et enregistrer. Le fonctionnement interne d'une cellule de charge diffère selon le type de cellule de charge choisi. Il existe, par exemple, des cellules de charge hydrauliques, des cellules de charge pneumatiques et des cellules de charge à jauge de contrainte. Grâce à leur large gamme de caractéristiques et de capacités, les cellules de charge à jauge de contrainte sont les plus couramment utilisées parmi les trois types, en particulier pour les applications de pesage, notamment les balances industrielles, les balances médicales et même les balances de vente au détail. Les capteurs de force à jauge de contrainte contiennent des jauges de contrainte qui envoient des irrégularités de tension lorsqu'ils sont soumis à une charge. Le degré de variation de tension est converti en lecture numérique sous forme de poids.Quand utiliser un capteur de force ?
Un capteur de force mesure la force mécanique, principalement le poids des objets. Aujourd'hui, presque toutes les balances électroniques utilisent des cellules de charge en raison de la précision avec laquelle elles peuvent mesurer le poids. Les cellules de charge trouvent leur application dans divers domaines qui exigent précision et exactitude. Il existe différentes classes de cellules de charge (classe A, classe B, classe C et classe D), et chaque classe présente des différences en termes de précision et de capacité.Types de cellules de charge
Les cellules de charge ont représenté le premier changement majeur dans la conception des technologies de pesage. Dans les usines de transformation actuelles, les capteurs de force électroniques sont préférés dans la plupart des applications. Les types de capteurs de force peuvent être distingués en fonction du type de signal de sortie généré (pneumatique, hydraulique, électrique) ou de la manière dont ils détectent le poids (flexion, cisaillement, compression, tension, etc.).Cellules de charge hydrauliques
Capteur de force miniature Les capteurs de force hydrauliques sont des dispositifs à équilibre de force qui mesurent le poids sous forme de variation de pression du liquide de remplissage interne. Dans les capteurs de force hydrauliques à membrane roulante, une charge ou une force agissant sur une tête de charge est transférée à un piston qui comprime à son tour un liquide de remplissage confiné dans une chambre à membrane élastomère. À mesure que la force augmente, la pression du fluide hydraulique augmente. Cette pression peut être indiquée localement ou transmise pour une indication ou un contrôle à distance. La sortie est linéaire et relativement peu affectée par la quantité de liquide de remplissage ou par sa température.
Si les cellules de charge ont été correctement installées et étalonnées, la précision peut être de l'ordre de 0,25 % de la pleine échelle ou mieux, ce qui est acceptable pour la plupart des applications de pesage de processus. Comme ce capteur ne comporte aucun composant électrique, il est idéal pour une utilisation dans des zones dangereuses.
Les applications typiques des capteurs de charge hydrauliques comprennent le pesage de réservoirs, de bacs et de trémies. Pour une précision maximale, le poids du réservoir doit être obtenu en plaçant un capteur de force à chaque point d'appui et en additionnant leurs sorties.
Capteurs de force pneumatiques
Les capteurs de force pneumatiques fonctionnent également selon le principe de l'équilibrage des forces. Ces dispositifs utilisent plusieurs chambres d'amortissement pour offrir une précision supérieure à celle des cellules de charge hydrauliques. Dans certaines conceptions, la première chambre d'amortissement est utilisée comme chambre de tare.Les cellules de charge pneumatiques sont souvent utilisées pour mesurer des poids relativement faibles dans les industries où la propreté et la sécurité sont des préoccupations majeures.
Capteur de force miniature Les avantages de ce type de capteur de force sont notamment leur résistance intrinsèque aux explosions et leur insensibilité aux variations de température. De plus, elles ne contiennent aucun liquide susceptible de provoquer la contamination du processus en cas de rupture du diaphragme. Parmi leurs inconvénients, on peut citer leur vitesse de réponse relativement lente et la nécessité d'utiliser de l'air ou de l'azote propre, sec et régulé.
Capteurs de charge à jauge de contrainte
Les capteurs de charge à jauge de contrainte sont un type de capteur de charge dans lequel un ensemble de jauges de contrainte est placé à l'intérieur du boîtier du capteur afin de convertir la charge qui s'exerce sur eux en signaux électriques. Afin de mesurer la contrainte, ces types de cellules de charge doivent être connectés à un circuit électrique capable de mesurer les changements infimes de résistance correspondant à la contrainte. Les cellules de charge à jauge de contrainte utilisent généralement quatre éléments de jauge de contrainte connectés électriquement pour former un circuit en pont de Wheatstone (Figure 1).Le poids sur le capteur de force est mesuré par la fluctuation de tension provoquée dans la jauge de contrainte lorsqu'elle subit une déformation.
Les jauges elles-mêmes sont collées sur une poutre ou un élément structurel qui se déforme lorsqu'un poids est appliqué. Les capteurs de force modernes sont équipés de 4 jauges de contrainte afin d'augmenter la précision des mesures. Deux des jauges sont généralement en tension et deux en compression, et elles sont câblées avec des ajustements de compensation.
Lorsqu'aucune charge n'est appliquée sur le capteur de force, la résistance de chaque jauge de contrainte est identique. Cependant, lorsqu'il est soumis à une charge, la résistance de la jauge de contrainte varie, ce qui entraîne une modification de la tension de sortie. La variation de la tension de sortie est mesurée et convertie en valeurs lisibles à l'aide d'un compteur numérique.
Cellules de charge piézorésistives
Capteur de force miniature Similaires aux jauges de contrainte dans leur fonctionnement, les capteurs de force piézorésistifs génèrent un signal de sortie de niveau élevé, ce qui les rend idéaux pour les systèmes de pesage simples, car ils peuvent être connectés directement à un compteur de lecture. Cependant, la disponibilité d'amplificateurs linéaires à faible coût a réduit cet avantage. Un autre inconvénient des dispositifs piézorésistifs est leur sortie non linéaire. Cellules de charge inductives et à réluctance
Ces deux dispositifs réagissent au déplacement proportionnel au poids d'un noyau ferromagnétique. L'un modifie l'inductance d'une bobine solénoïde en raison du mouvement de son noyau en fer ; l'autre modifie la réluctance d'un très petit entrefer.Capteurs de charge magnétostrictifs
Le fonctionnement de ce capteur de charge est basé sur la variation de perméabilité des matériaux ferromagnétiques sous l'effet d'une contrainte appliquée. Il est constitué d'un empilement de lamelles formant une colonne porteuse autour d'un ensemble d'enroulements de transformateur primaire et secondaire. Lorsqu'une force est appliquée, les contraintes provoquent des distorsions dans le flux magnétique, générant un signal de sortie proportionnel à la charge appliquée.Il s'agit d'un capteur robuste qui continue d'être utilisé pour mesurer la force et le poids dans les laminoirs et les laminoirs à bandes.
Choisissez la cellule de charge adaptée à votre application
Cellules de charge à compression
Les cellules de charge à compression sont souvent dotées d'un bouton intégré. Elles sont idéales pour les montages dans des espaces restreints. Elles offrent une excellente stabilité à long terme.
Cellules de charge de compression/tension
Les cellules de charge de compression/tension peuvent être utilisées pour des applications où la charge peut passer de la tension à la compression et vice versa. Elles sont idéales pour les environnements où l'espace est limité. Leurs extrémités filetées facilitent leur installation.
Cellules de charge à poutre en S
Les cellules de charge à poutre en S tirent leur nom de leur forme en « S ». Les cellules de charge à poutre en S peuvent fournir une sortie en cas de tension ou de compression. Elles sont notamment utilisées pour mesurer le niveau des réservoirs, des trémies et des ponts-bascules. Ils offrent une excellente résistance aux charges latérales.
Cellules de charge à flèche
Les cellules de charge à flèche peuvent être utilisées dans de multiples applications de charge et de force, le pesage de réservoirs et le contrôle des processus industriels. Elles se caractérisent par une construction à profil bas pour une intégration dans des zones restreintes.
Capteurs de force à plate-forme et à point unique
Les capteurs de force à plate-forme et à point unique sont utilisés dans les systèmes de pesage commerciaux et industriels. Ils fournissent des mesures précises quelle que soit la position de la charge sur la plate-forme.
Cellules de charge à cartouche
Les cellules de charge à cartouche sont utilisées pour des applications de pesage simple ou multiple. La plupart sont entièrement en acier inoxydable et hermétiquement scellées pour les zones humides et lavables.
Cellules de charge à profil bas
Les cellules de charge à profil bas sont essentiellement des cellules de charge à compression et à tension/compression. Les trous de montage et les filetages femelles facilitent l'installation. Elles sont fréquemment utilisées dans la recherche sur le pesage et la surveillance de la force en ligne.
Applications des cellules de charge pour le pesage
Les cellules de charge ont représenté le premier changement majeur dans la conception des technologies de pesage. Dans les usines de transformation actuelles, les capteurs de force électroniques sont préférés dans la plupart des applications, bien que les balances à levier mécaniques soient encore utilisées lors du fonctionnement manuel et si le personnel d'exploitation et d'entretien préfère leur simplicité.Sur cette page, vous trouverez une conception de système de pesage avec cellules de charge.
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Écrit par : Dan Schultz
Mise à jour le : 30 octobre 2025
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Written by: Dan Schultz
Updated on: March 30, 2026