DESCRIPTION DES JAUGES MÉTALLIQUES Une jauge métallique

DESCRIPTION DES JAUGES MÉTALLIQUES
Une jauge métallique peut être réalisée à partir d’un fil métallique fin (diamètre de l’ordre de 10 à 20
mm) collé sur un support isolant (électrique) souple et fin (papier, plastique) lui-même collé sur la structure à
étudier (ou corps d’épreuve).
Le fil est disposé de manière à former un ensemble de brins
parallèles longs et fins (une dizaine de brins environ). Ces brins seront
placés parallèlement à la direction de la contrainte à mesurer de manière
à avoir un maximum de sensibilité longitudinale.
Soit RJ la résistance totale de la jauge :
RJ = RL + RT
RL étant la résistance des brins longitudinaux et RT étant la résistance
des brins transversaux.
Sous l’effet de la contrainte, les dimensions du fil de jauge vont
varier avec des signes différents pour les brins longitudinaux et
transversaux : on aura avantage à réduire le plus possible la
contribution de RT à la résistance totale RJ de la jauge.
En fait, actuellement, on réalise surtout des jauges à trame
pelliculaire suivant la technique de fabrication des circuits imprimés.
Cela permet :
- d’obtenir des jauges de dimensions plus faibles, permettant des
mesures plus localisées des contraintes ;
- d’optimiser le dessin des jauges, avec, notamment, un élargissement
des dimensions transverses pour diminuer RT et un accroissement, à
résistance constante, de la surface des brins pour un meilleur contact
thermique avec la structure et une meilleure dissipation thermique de
l’effet Joule.
Quel alliage métallique pour la jauge ?
On utilise surtout les alliages Cu (45%) - Ni (55%) (= constantan) ou Ni (80%) - Cr (20%) (=
nichrome). L’alliage est choisi en fonction de la nature du corps d’épreuve et des conditions expérimentales
(milieu, température...)
SENSIBILITÉ THERMIQUE DES JAUGES DE CONTRAINTE MÉTALLIQUES
Une jauge de contrainte idéale collée sur le corps d’épreuve devrait être sensible seulement à la
déformation de ce dernier. En fait, si en plus de la contrainte à étudier, la température de la jauge varie, la
résistance de la jauge subit une variation additionnelle indésirable DRq due à l’effet de la température à la
fois sur le fil de jauge et sur le corps d’épreuve. De même le facteur de jauge pourra varier faiblement.
fi Effet de la température sur la résistance R du fil de jauge, indépendamment du fait qu’il soit collé sur le
corps d’épreuve
fi Effet de la dilatation différentielle corps d’épreuve - jauge collée sur le corps d’épreuve.
Si le fil de jauge n’a pas le même coefficient de dilatation linéaire que le corps d’épreuve sur lequel
il est collé, les différents brins longitudinaux vont être obligés de “suivre” la déformation du support étudié.
Ils subiront donc une variation supplémentaire de longueur Dld égale à la différence de leurs dilatations.
COMMENT S’AFFRANCHIR DES PERTURBATIONS THERMIQUES ?
- en choisissant des jauges faites de matériaux à faible coefficient de température.
- en choisissant la jauge en fonction du corps d’épreuve pour annuler ou minimiser la dilatation
différentielle
ex. structure en cuivre étudiée avec une jauge en constantan : lj = ls = 1,7.10-5°C-1.
De telles jauges, prévues pour une structure donnée sont dites “auto-compensées en température”
(en anglais, with Self-Temperature-Compensating ou S -T- C).
- Autre possibilité : utiliser des montages en pont avec compensation thermique dans 2 branches contigües
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Longueur de matrice
Longueur de jauge
Largeur de grille
Support (backing)
Largeur de matrice
Exemples de rosettes pour micro-mesures (le support ou backing n’est pas représenté)
“Tee” Rosette 0°- 90°
Rosette Delta à 3 éléments 0° - 60° - 120°
Rosette Rectangulaire à 3 éléments 0° - 45° - 90°
Jauge encapsulée
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Exemple de codification des jauges selon Vishay
numérotation des étapes de choix d’une jauge de contrainte
Identifiant de la jauge
(Vishay)
La 1ère lettre (ici E)
informe sur la matricesupport (backing)
La 2ème (ici A) est liée à
l’alliage métallique de la
grille.
Indique des caractéristiques
optionnelles comme
l’encapsulation, des fils
d’amenée préfixés etc ...
Caractérise le
type de grille
choisi : grille
simple ou
rosette
Renseigne sur la
longueur de jauge
active : pour l’obtenir
en mm, multiplier ce
nombre par 0,0254.
Ici, la longueur de
jauge est de 3,175 mm
Ce nombre indique la
catégorie d’alliages parmi
lesquels on devra choisir le
corps d’épreuve si l’on veut
que cette jauge soit
autocompensée en température
Valeur nominale, en
ohms, de la résistance
de jauge
Thermal Expansion Coefficients of Engineering Materials
Material
Expansion Coefficients
Recommended S-T-C
Alumina, fired
Aluminum Alloy ,2024-T4, 7075-T6
Beryllium, pure
Beryllium Copper , Cu 75, Be 25
5.4 ppm/° C
23.2 ppm/° C
11.5 ppm/° C
16.7 ppm/° C
03
13
06
09
Brass, Cartridge , Cu 70, Zn 30
Bronze, Phosphor , Cu 90, Sn 10
Cast Iron, Gray
Copper , pure
Glass , Soda, Lime, Silica
Inconel , Ni-Cr-Fe alloy
Inconel X , Ni-Cr-Fe alloy
Invar, Fe-Ni alloy
Magnesium Alloy AZ-31B
Molybdenum, pure
Monel , Ni-Cu alloy
Nickel-A , Cu-Zn-Ni alloy
Quartz , fused
Steel, Alloy , 4340
Steel, Carbon , 1008, 1018
Steel, Stainless , (17-4PH)
Steel, Stainless , (PH15-7Mo)
Steel, Stainless Austenitic (310)
Steel, Stainless Ferritic (410)
Tin , pure
Titanium , pure
20.0 ppm/° C
18.4 ppm/° C
10.8 ppm/° C
16.7 ppm/° C
9.2 ppm/° C
12.6 ppm/° C
12.1 ppm/° C
1.4 ppm/° C
26.1 ppm/° C
4.0 ppm/° C
13.5 ppm/° C
11.9 ppm/° C
0.5 ppm/° C
11.3 ppm/° C
12.1 ppm/° C
10.8 ppm/° C
9.0 ppm/° C
14.4 ppm/° C
9.9 ppm/° C
23.4 ppm/° C
8.6 ppm/° C
13
09
06
09
05
06
06
00
15
03
06
06
00
06
06
06
05
09
05
13
05
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a
b
l
2r0
l
l0
F
tige cylindrique soumise
à une force de traction F
Dl = l - l0 > 0
Dr = r - r0 < 0
F
tige parallèlépipédique soumise
à une force de traction F
Dl = l - l0 > 0
Fixation rigide
Da = a - a0 < 0
Db = b - b0 < 0
tige parallèlépipédique soumise
à une force de flexion F
flèche
fibre neutre
F
exemples de profilés
tige cylindrique soumise
à un couple de torsion
Fixation rigide
B’
q
B
a
F
Dx
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