Dans le secteur aérien, le poids est synonyme d'argent. Chaque kilo supplémentaire nécessite plus de carburant pour décoller. Il est donc essentiel de connaître le poids de l'avion afin de s'assurer que les réservoirs contiennent suffisamment de carburant. La répartition du poids est un autre facteur important. Si le poids est trop important à l'arrière, l'avion vole le nez vers le haut, ce qui modifie l'angle d'attaque et augmente la consommation de carburant.
Peser un objet aussi volumineux qu'un avion, même un Boeing 747, n'est pas particulièrement difficile. Pour ce faire, on utilise des cellules de charge. Ce livre blanc d'OMEGA Engineering explique comment les cellules de charge sont utilisées pour peser des objets très volumineux.
Cellules de charge pour peser les avions L'importance du poids dans le transport
Les avions, des avions civils biplaces aux plus gros avions de passagers et de fret, sont pesés régulièrement pour deux motifs. Tout d'abord, la FAA exige que l'exploitant connaisse le poids de l'avion, et comme le poids peut varier au fil du temps, un nouveau pesage périodique est obligatoire. Ensuite, un pilote peut souhaiter connaître le poids du fret ou des passagers et des bagages embarqués afin de déterminer à la fois la quantité de carburant nécessaire et la répartition du poids (sur les petits avions à turbopropulseurs, il n'est pas rare que les passagers soient déplacés pour équilibrer la répartition du poids).
Le pesage des camions est une autre application importante des cellules de charge. Les véhicules lourds causent des dommages importants aux routes et surtout aux ponts, c'est pourquoi les États ont fixé des limites de charge maximale autorisée. Le respect de ces limites est contrôlé dans des stations de pesage routières où tous les camions doivent s'arrêter pour être pesés. application of load cells. Heavy vehicles cause significant damage to roadways and especially bridges, so states have limits on the maximum permissible load that may be carried. Enforcement of these limits is performed at roadside weigh stations where all trucks are required to stop for weighing.
Les trains doivent également être pesés. Comme pour les routes, les charges excessives accélèrent l'usure des voies et, comme pour les avions, une répartition inégale du poids peut entraîner des problèmes de stabilité. Le fret transporté par chemin de fer est parfois facturé en fonction du poids, il est donc essentiel de connaître la charge de chaque wagon ou wagon.
Technologie de pesage à cellules de charge Technologie de pesage
Pendant des siècles, le principal moyen de peser quoi que ce soit consistait à utiliser des balances à ressort ou des balances comparant une charge à une autre. Au cours des dernières décennies, cependant, pour la plupart des utilisations industrielles et commerciales, ces méthodes ont été supplantées par les cellules de charge lors de la mesure d'un poids important.
Principes de base des cellules de charge
Une cellule de charge est un dispositif qui convertit une force (masse multipliée par la gravité) en un signal électrique. Cela se fait généralement par effet piézoélectrique ou à l'aide de jauges de contrainte. Les matériaux piézoélectriques sont ceux qui émettent un faible signal électrique lorsqu'ils sont comprimés. Si les cristaux piézoélectriques sont les plus connus, il existe d'autres matériaux similaires qui ont la même fonction, comme les céramiques piézoélectriques.
Une jauge de contrainte est un dispositif électrique fabriqué à partir d'un matériau dont la résistance change en fonction de la contrainte, qui se manifeste généralement par une déformation. Elles sont utilisées dans les cellules de charge conçues pour fléchir en réponse à une charge. La plupart des cellules de charge sont conçues avec une configuration en poutre qui fléchit sous la charge, bien que certaines utilisent l'expansion de la section transversale résultant d'une compression longitudinale ou axiale. Celles-ci donnent généralement un résultat moins linéaire que les configurations en flexion, ce qui rend l'étalonnage nécessaire.
Pont de Wheatstone Une configuration de flexion typique est le capteur de force à poutre en S. Son profil ressemble à la lettre « S » et il comporte quatre jauges de contrainte fixées aux sections horizontales. Lorsqu'une charge est appliquée verticalement vers le bas sur le sommet du « S », la flexion met deux des jauges en compression et les deux autres en tension. En connectant ces jauges selon une configuration en pont de Wheatstone, les petites variations de résistance produisent un signal électrique mesurable.
Pour qu'un capteur de force à jauge de contrainte fournisse des mesures utiles, la charge doit être appliquée dans le sens de fonctionnement. Les charges latérales entraîneront des lectures inexactes et peuvent endommager l'appareil. Les systèmes à capteurs piézoélectriques sont plus robustes à cet égard, mais globalement moins précis. De plus, la sortie de nombreux matériaux piézoélectriques dépend fortement de la température.
Sélection des cellules de charge
Lors de l'évaluation des cellules de charge pour une application, il convient de tenir compte des éléments suivants :
- Plage de mesure
- Limite de charge de sécurité (charge maximale pouvant être appliquée sans provoquer de décalage permanent des lectures)
- Surcharge maximale (charge susceptible de casser le capteur de force)
- Charge latérale admissible (charge latérale maximale que le capteur de force peut supporter sans provoquer de décalage permanent des mesures)
D'autres problèmes potentiels à prendre en compte sont : la possibilité de chocs, les charges excentrées et la nécessité d'une protection de l'environnement. Un exemple de charge de choc serait une charge tombant sur le capteur de force. Des matériaux absorbant les chocs peuvent réduire l'impact de telles charges. Les charges excentrées produisent des résultats trompeurs et peuvent endommager le capteur de force. Les cellules de charge destinées à être utilisées en extérieur doivent être conformes aux normes IP et NEMA appropriées.
Systèmes de pesage de camions
La plupart des stations de pesage utilisent des capteurs de force piézoélectriques ou à jauge de contrainte. Ceux-ci sont intégrés à la surface de la route et mesurent la charge créée par chaque essieu. Une innovation récente est la technologie dite « Weigh-in-Motion » (WIM), qui permet de peser un camion avec précision sans qu'il ait besoin de s'arrêter. Ces systèmes utilisent une combinaison de cellules de charge et de boucles inductives qui détectent la présence des véhicules. Ils sont rapides et précis, et surtout, ils éliminent la nécessité pour chaque camion de s'arrêter pour être pesé. Cela permet de surmonter les problèmes d'embouteillages aux heures de pointe, qui obligent souvent à fermer temporairement la station de pesage.
Les exigences relatives aux systèmes WIM destinés à être utilisés sur les autoroutes sont définies dans la norme ASTM E1318-02.
Systèmes de pesage des trains
Cellule de charge à compression à profil bas Comme pour les camions, il existe des systèmes permettant d'effectuer des mesures statiques et WIM. Ceux-ci peuvent déterminer les charges individuelles par essieu, les charges par bogie et même le poids total d'un wagon ou d'une locomotive. Ces systèmes utilisent des cellules de charge dont la précision est de ±1 % ou mieux.
Systèmes de pesage pour avions
Les avions sont pesés à l'aide de plates-formes de pesage équipées de cellules de charge. En général, l'avion est tiré vers l'avant afin que toutes les roues se trouvent sur les plates-formes. Le poids total est alors la somme des lectures de chaque plate-forme. Les distances et les différences entre les lectures des plates-formes sont utilisées pour calculer la répartition du poids.
Précis et robustes
Les camions, les avions et les trains doivent tous être pesés périodiquement. Cela se fait à l'aide de cellules de charge. Une cellule de charge utilise soit des jauges de contrainte, où un changement mesurable de résistance se produit lorsque le matériau est déformé, soit des matériaux piézoélectriques qui produisent une charge électrique lorsqu'ils sont soumis à une pression. Ces signaux sont amplifiés et peuvent fournir des lectures précises à ±1 %.
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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