WO2023247837A1 - Sensor with strain gauges - Google Patents

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WO2023247837A1
WO2023247837A1 PCT/FR2022/000060 FR2022000060W WO2023247837A1 WO 2023247837 A1 WO2023247837 A1 WO 2023247837A1 FR 2022000060 W FR2022000060 W FR 2022000060W WO 2023247837 A1 WO2023247837 A1 WO 2023247837A1
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WO
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sensor
temperature
test body
strain gauges
strain gauge
Prior art date
Application number
PCT/FR2022/000060
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French (fr)
Inventor
Thibald STEPHAN
Larbi BOUGUERRA
Damien du Bouëtiez de KERORGUEN
Original Assignee
Scaime
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G3/00—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
    • G01G3/18—Temperature-compensating arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G3/00—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
    • G01G3/12—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
    • G01G3/14—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing measuring variations of electrical resistance
    • G01G3/1414—Arrangements for correcting or for compensating for unwanted effects
    • G01G3/1418—Arrangements for correcting or for compensating for unwanted effects for temperature variations

Definitions

  • the subject of the present invention is a sensor with strain gauges intended to measure force and in particular a weighing sensor intended to measure weight.
  • Strain gauge sensors and in particular weighing sensors are present in a large number of areas: supermarket scales, automobile industry, food industry (filling, etc.), transport industry, etc.
  • Such sensors generally consist of a test body to which the deformation gauge(s) are applied (mistakenly called a strain gauge but it is the deformation which is measured to know the stress).
  • the test body is usually made of steel or aluminum and undergoes deformation during the measurement: the test body presents a minimum elastic behavior so that it deforms slightly when subjected to a load and recovers its initial position when this load is removed.
  • Strain gauges are measuring grids made of a conductive material photo-etched on a specific support, chosen in particular for its deformation properties. When the media is stretched, the measurement grids extend and the resistance increases, when the media compresses, the grids retract and the resistance decreases. This variation in resistance makes it possible to determine the stress applied to the support.
  • the gauge support is glued to the test body and therefore undergoes the same deformations as the latter.
  • the gauges are generally placed on the test body in the area where there is the most deformation. They can be arranged and wired in several arrangements:
  • weight is determined by suspending or applying a load to the test body. Unlike other sensors, the load applied to a load cell must always be aligned in the direction of gravity.
  • Several types of weighing sensors are known: central support point sensor; flexion sensor; compression sensor and tension sensor.
  • the load cell and the test body in particular may have a particular design or special material characteristics.
  • Analog sensors must be connected to a measurement amplifier, while digital sensors have integrated electronics that can process the measurement results received from the strain gauges and make these results available in a specified format.
  • the environment in which the sensor is placed plays an important role.
  • the temperature has an important influence on the measurement.
  • the test body and strain gauges expand and retract in response to heat and cold.
  • the electrical resistance of conductive materials also varies with temperature. Thermal drift in the absence of constraints is unpredictable depending on the sensor and intrinsic to the gauge bridge used. It is determined by practical tests at various temperatures.
  • a resistance (generating a drift opposite to that measured during the tests) is added in a branch of the gauge bridge (branch chosen according to the direction of the drift). This resistance can for example be a copper winding.
  • Differences in sensitivity due to ambient temperature during measurements are due to the materials used for the test body and the gauge support. These deviations can also be quantified during measurement tests.
  • a Wheatstone full-bridge strain gauge arrangement mitigates deviations. It is also possible to add a resistor, for example nickel, to each power branch of the gauge bridge. These resistors will modify the supply voltage across the gauge bridge so as to compensate for differences in sensitivity due to temperature.
  • thermal drift effects are generally determined by stabilized measurements, that is to say measurements taken when the sensor has reached a uniform temperature (which can take a few hours).
  • certain applications such as rotary dosing machines for filling, require cleaning cycles at high temperatures, cycles which subject the force sensor to significant temperature variations over a very short time.
  • analog compensation by adding resistive elements will be less precise because its elements do not have the same response time to temperature variations as the test body and the strain gauges.
  • transient temperature phases with analog compensation by adding resistive elements as described above, a temporary drift in the measurement can be observed.
  • the aim of the present invention is therefore to provide a force sensor with strain gauges, in particular a weighing sensor, in which the parasitic effects due to the temperature are compensated and corrected, empty and during measurement, in a simple and precise, without the need to reopen the sensor to install additional resistors intended to compensate for thermal drifts.
  • Another aim of the present invention is to provide a force sensor with strain gauges suitable for uses in which the sensors are subjected to significant temperature variations over short periods of time.
  • the subject of the present invention is a force sensor according to claim 1.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a force sensor according to one embodiment of the present invention.
  • the force sensor according to the invention is a weighing sensor 1 with a central support point.
  • the weighing sensor 1 notably comprises a test body 2, which, in the embodiment illustrated, is of essentially parallelepiped shape.
  • the test body 2 comprises a gauge cavity 3 in which there is at least one but preferably four strain gauges 4, arranged so as to form a Wheatstone bridge. Strain gauges 4 may be of any suitable type and will not be described in further detail.
  • the weighing sensor 1 is a digital sensor and the test body 2 further comprises an electronic acquisition card 5 placed in or on the test body 2 and intended to process the information received from strain gauges 4 and to make results available in an appropriate format, or to convert the analog signal into a digital signal.
  • the strain gauges 4 are connected to the card electronic 5 and this includes an output and power cable 6 for its power supply and the provision of the measurement results.
  • the method for compensating and correcting drifts due to temperature consists of:
  • the weighing sensor 1 therefore comprises a first temperature sensor 7 placed in the gauge cavity 3 as close as possible to the strain gauges 4 and connected to the electronic acquisition card 5.
  • the first temperature sensor 7 is therefore arranged to sense the temperature in the gauge cavity 3 as close as possible to the strain gauges 4 and transmit this information to the electronic acquisition card 5.
  • this first temperature sensor 7 is a thermistor of the CTN type ( negative temperature coefficient) whose resistance decreases, relatively uniformly, as the temperature increases, and vice versa.
  • This NTC thermistor is preferably soldered to the gauge connection circuit in the gauge cavity 3.
  • the advantage of such a sensor is that it is not necessary to add an additional wire for the connection between the first sensor temperature 7 and the acquisition card 5, a wire from the gauge bridge 4 can be used (for example, the cable Ov).
  • the value for the temperature is obtained by measuring the voltage across the CTN resistor mounted as a divider bridge with a resistor mounted on the electronic acquisition card 5. If necessary, a linearization of the measurement will be carried out for example by a polynomial correction of order 4 or 5.
  • any type of sensor making it possible to determine a temperature can be used as the first temperature sensor 7.
  • a second temperature sensor 8 is placed on or in the immediate vicinity of the electronic acquisition card 5 and is arranged to sense the temperature of this card.
  • the second sensor 8 is also connected to the electronic card 5 to transmit temperature data to said card.
  • This sensor can be of any suitable type.
  • the electronic acquisition card 5 receives measurements from the strain gauges 4, and from the first and second temperature sensors 7, 8. It is arranged to process these measurements and make a result available via its power cable and output 6.
  • the weighing sensor 1 therefore makes it possible to compensate for thermal drifts very precisely without burdening the sensor manufacturing process, even reducing the final calibration steps.
  • the presence of a temperature sensor as close as possible to the strain gauges makes it possible to determine the amplitude of the first two phenomena above while the last phenomenon is characterized by the temperature sensor near the acquisition card.
  • the different filters and algorithms programmed to process the measurement signal then make it possible to limit and compensate for the effects of the temperature using digital calculation.
  • the present invention makes it possible to determine even transient temperature changes while the test body is not. has not reached a uniform temperature. Indeed, whether with the first sensor alone or with the second sensor placed near the acquisition card, it is possible to identify rapid temperature changes and adapt the compensation accordingly.
  • the force sensor comprises two temperature sensors.
  • one or more other temperature sensors could be placed on the sensor test body to refine still the compensation calculation.
  • a sensor could thus be dedicated to measuring the ambient temperature.
  • the force sensor according to the invention is a weighing sensor.
  • any other strain gauge sensor could be considered.
  • the weighing sensor is a central support point sensor with an essentially parallelepiped test body.
  • the strain gauges are housed in a cavity that includes the test body.
  • other types of load cells can be envisaged with other forms of test body (for example, compression load cell with cylindrical test body).
  • the strain gauges are generally mounted on the test body by any appropriate means and are not necessarily housed in a cavity of the test body.
  • the present invention relates to a strain gauge sensor, in particular a weighing sensor, comprising a test body and at least one strain gauge mounted on the test body.
  • the sensor further comprises a first temperature sensor arranged on the test body as close as possible to the strain gauge.
  • the force sensor comprises four strain gauges forming a Wheatstone bridge.
  • the strain gauges are housed in a cavity of the test body.
  • the senor further comprises an electronic acquisition card to which the deformation gauge(s) and the first temperature sensor are connected and intended to transform the analog signal from the gauges and the first temperature sensor into a digital signal.
  • the electronic acquisition card is mounted on or in the test body.
  • the force sensor further comprises a second temperature sensor placed on or in the immediate vicinity of the electronic acquisition card and connected to the latter.
  • the electronic acquisition card is intended to process the measurements provided by the strain gauges and the first and second temperature sensors to compensate for the effects of temperature on the sensor and provide a weighted and precise measurement.

Abstract

The present invention relates to a strain gauge, in particular a weighing sensor (1), comprising a proof body (2) and at least one strain gauge (4) mounted on the proof body (4), wherein the sensor (1) further comprises a first temperature sensor (7) arranged on the proof body (2) as close as possible to the strain gauge (4). Preferably, the sensor further comprises an acquisition circuit board (5) to which the one or more strain gauges (4) and the first temperature sensor (7) are connected and which is intended to transform the analogue signal from the gauges (4) and from the first temperature sensor (7) into a digital signal. A second temperature sensor (8) is placed on or in the immediate vicinity of the acquisition circuit board (5) and connected thereto in order to allow digital compensation for thermal drift of the sensor caused by the sensor's environment and the acquisition board.

Description

Capteur à jauges de déformation Strain gauge sensor
La présente invention a pour objet un capteur à jauges de déformation destiné à mesure une force et notamment un capteur de pesage destiné à mesurer le poids. The subject of the present invention is a sensor with strain gauges intended to measure force and in particular a weighing sensor intended to measure weight.
Les capteurs à jauges de déformation et notamment les capteurs de pesage sont présents dans un grand nombre de domaine : balance de supermarché, industrie automobile, industrie alimentaire (remplissage... ), industrie du transport... Strain gauge sensors and in particular weighing sensors are present in a large number of areas: supermarket scales, automobile industry, food industry (filling, etc.), transport industry, etc.
De tels capteurs se composent généralement d’un corps d’épreuve sur lequel sont appliquées la ou les jauges de déformation (abusivement appelée jauge de contrainte mais c’est la déformation qui est mesurée pour connaître la contrainte). Le corps d’épreuve est habituellement en acier ou en aluminium et subit les déformations au cours de la mesure : le corps d’épreuve présente un comportement élastique minimum de sorte qu’il se déforme légèrement lorsqu’il est soumis à une charge et reprend sa position initiale quand cette charge est retirée. Les jauges de déformation sont des grilles de mesure constituées d’un matériau conducteur photogravé sur un support spécifique, choisi en particulier pour ses propriétés de déformations. Lorsque le support est étiré, les grilles de mesure s’allongent et la résistance augmente, lorsque le support se comprime, les grilles se rétractent et la résistance diminue. Cette variation de résistance permet de déterminer la contrainte appliquée sur le support. Le support de jauge est collé sur le corps d’épreuve et subit donc les mêmes déformations que celui-ci. Such sensors generally consist of a test body to which the deformation gauge(s) are applied (mistakenly called a strain gauge but it is the deformation which is measured to know the stress). The test body is usually made of steel or aluminum and undergoes deformation during the measurement: the test body presents a minimum elastic behavior so that it deforms slightly when subjected to a load and recovers its initial position when this load is removed. Strain gauges are measuring grids made of a conductive material photo-etched on a specific support, chosen in particular for its deformation properties. When the media is stretched, the measurement grids extend and the resistance increases, when the media compresses, the grids retract and the resistance decreases. This variation in resistance makes it possible to determine the stress applied to the support. The gauge support is glued to the test body and therefore undergoes the same deformations as the latter.
Les jauges sont en général disposées sur le corps d’épreuve dans la zone où il y a le plus de déformations. Elles peuvent être agencées et câblées selon plusieurs agencements : The gauges are generally placed on the test body in the area where there is the most deformation. They can be arranged and wired in several arrangements:
• pont complet de Wheatstone : quatre jauges de résistance équivalente dont deux sont sollicitées en traction et deux en compression ; • demi pont, où deux jauges seulement sont des éléments sensibles (une en traction, une en compression), les deux autres sont des résistances fixes ; et • complete Wheatstone bridge: four gauges of equivalent resistance, two of which are loaded in tension and two in compression; • half bridge, where only two gauges are sensitive elements (one in traction, one in compression), the other two are fixed resistances; And
• quart de pont : une seule jauge est un élément sensible pour trois jauges fixes. • quarter bridge: a single gauge is a sensitive element for three fixed gauges.
Dans un capteur de pesage, le poids est déterminé en suspendant ou en appliquant une charge sur le corps d’épreuve. Contrairement aux autres capteurs, la charge appliquée sur un capteur de pesage doit toujours être alignée dans le sens de la pesanteur. Plusieurs types de capteurs de pesage sont connus : capteur à point d’appui central ; capteur en flexion ; capteur en compression et capteur en traction. In a load cell, weight is determined by suspending or applying a load to the test body. Unlike other sensors, the load applied to a load cell must always be aligned in the direction of gravity. Several types of weighing sensors are known: central support point sensor; flexion sensor; compression sensor and tension sensor.
Selon l’application, le capteur de pesage et le corps d’épreuve en particulier peut avoir un design particulier ou des caractéristiques de matériau spéciales. Les capteurs analogiques doivent être raccordés à un amplificateur de mesure, tandis que les capteurs numériques possèdent une électronique intégrée qui peut traiter les résultats de mesure reçus des jauges de déformation et rendre disponibles ces résultats dans un format déterminé. Depending on the application, the load cell and the test body in particular may have a particular design or special material characteristics. Analog sensors must be connected to a measurement amplifier, while digital sensors have integrated electronics that can process the measurement results received from the strain gauges and make these results available in a specified format.
L’environnement dans lequel est placé le capteur joue un rôle important. En particulier, la température a une influence importante sur la mesure. Le corps d’épreuve et les jauges de déformation s’allongent et se rétractent en réponse au chaud et au froid. La résistance électrique des matériaux conducteurs varie également avec la température. La dérive thermique en l’absence de contraintes est imprévisible selon le capteur et intrinsèque au pont de jauges utilisé. Elle est déterminée par des essais pratiques à diverses températures. Pour compenser la dérive thermique à vide (sans contrainte), une résistance (générant une dérive contraire à celle mesurée lors des essais) est ajoutée dans une branche du pont de jauges (branche choisie selon le sens de la dérive). Cette résistance peut par exemple être un bobinage de cuivre. Les écarts de sensibilité dus à la température ambiante lors de mesures sont dus aux matériaux utilisés pour le corps d’épreuve et le support de jauge. Ces écarts peuvent être également quantifiés lors d’essai de mesure. Un montage des jauges de déformation en pont complet de Wheatstone atténué les écarts. Il est également possible d’ajouter dans chaque branche d’alimentation du pont de jauges une résistance, par exemple en Nickel. Ces résistances vont modifier la tension d’alimentation aux bornes du pont de jauges de manière à compenser les écarts de sensibilité dus à la température. The environment in which the sensor is placed plays an important role. In particular, the temperature has an important influence on the measurement. The test body and strain gauges expand and retract in response to heat and cold. The electrical resistance of conductive materials also varies with temperature. Thermal drift in the absence of constraints is unpredictable depending on the sensor and intrinsic to the gauge bridge used. It is determined by practical tests at various temperatures. To compensate for the thermal drift when empty (without constraint), a resistance (generating a drift opposite to that measured during the tests) is added in a branch of the gauge bridge (branch chosen according to the direction of the drift). This resistance can for example be a copper winding. Differences in sensitivity due to ambient temperature during measurements are due to the materials used for the test body and the gauge support. These deviations can also be quantified during measurement tests. A Wheatstone full-bridge strain gauge arrangement mitigates deviations. It is also possible to add a resistor, for example nickel, to each power branch of the gauge bridge. These resistors will modify the supply voltage across the gauge bridge so as to compensate for differences in sensitivity due to temperature.
Pour déterminer les résistances à ajouter au pont de jauges pour compenser les effets de la température sur le capteur, il est nécessaire de tester le capteur dans des conditions de température variables (par exemple entre -10° et + 40°). Les dérives thermiques à vide et en mesure sont ainsi déterminées, puis les résistances nécessaires à compenser ces dérives. Pour installer les résistances destinées à compenser ces dérives thermiques, il est nécessaire de rouvrir le capteur. Ce travail est entièrement manuel et demande donc du temps et de la minutie, notamment car les résistances à ajouter sont de petites tailles dans un montage qui requiert une grande précision, surtout dans le cas d’un capteur de pesage pour lequel l’exigence de précision est très élevée. To determine the resistances to add to the gauge bridge to compensate for the effects of temperature on the sensor, it is necessary to test the sensor under varying temperature conditions (for example between -10° and +40°). The thermal drifts when empty and measured are thus determined, then the resistances necessary to compensate for these drifts. To install the resistors intended to compensate for these thermal drifts, it is necessary to reopen the sensor. This work is entirely manual and therefore requires time and attention to detail, particularly because the resistors to be added are small in an assembly which requires great precision, especially in the case of a weighing sensor for which the requirement of precision is very high.
De plus, les effets dérives thermiques sont en générale déterminées par des mesures stabilisées, c’est-à-dire des mesures effectuées lorsque le capteur a atteint une température uniforme (ce qui peut prendre quelques heures). Or, certaines applications, comme les doseuses rotatives pour le remplissage, nécessitent des cycles de nettoyage à haute température, cycles qui soumettent le capteur de force à des variations de température importantes sur un temps très court. Durant ces phases transitoires, lorsque le capteur n’a pas atteint une température uniforme mais est soumis à des variations rapides de température, la compensation analogique par ajout d’éléments résistifs sera moins précise car ses éléments n’ont pas le même temps de réponse aux variations de température que le corps d’épreuve et les jauges de déformation. En phases de température transitoire, avec la compensation analogique par ajout d’éléments résistifs telle que décrit ci-dessus, on peut observer une dérive temporaire de la mesure. In addition, thermal drift effects are generally determined by stabilized measurements, that is to say measurements taken when the sensor has reached a uniform temperature (which can take a few hours). However, certain applications, such as rotary dosing machines for filling, require cleaning cycles at high temperatures, cycles which subject the force sensor to significant temperature variations over a very short time. During these transient phases, when the sensor has not reached a uniform temperature but is subject to rapid temperature variations, analog compensation by adding resistive elements will be less precise because its elements do not have the same response time to temperature variations as the test body and the strain gauges. In transient temperature phases, with analog compensation by adding resistive elements as described above, a temporary drift in the measurement can be observed.
Le but de la présente invention est donc de fournir un capteur de force à jauges de déformation, notamment un capteur de pesage, dans lequel les effets parasites dus à la température sont compensés et corrigés, à vide et pendant la mesure, de manière simple et précise, sans qu’il soit nécessaire de rouvrir le capteur pour installer des résistances supplémentaires destinées à compenser les dérives thermiques. Un autre but de la présente invention est de fournir un capteur de force à jauges de déformation adaptés à des utilisations dans lesquelles le capteurs est soumis à des variations de températures importantes sur des temps courts. The aim of the present invention is therefore to provide a force sensor with strain gauges, in particular a weighing sensor, in which the parasitic effects due to the temperature are compensated and corrected, empty and during measurement, in a simple and precise, without the need to reopen the sensor to install additional resistors intended to compensate for thermal drifts. Another aim of the present invention is to provide a force sensor with strain gauges suitable for uses in which the sensors are subjected to significant temperature variations over short periods of time.
La présente invention a pour objet un capteur de force selon la revendication 1. The subject of the present invention is a force sensor according to claim 1.
La figure 1 est une vue schématique en coupe d’un capteur de force selon une forme d’exécution de la présente invention. Figure 1 is a schematic sectional view of a force sensor according to one embodiment of the present invention.
Dans la forme d’exécution illustrée à la figure 1 , le capteur de force selon l’invention est un capteur de pesage 1 à point d’appui central. Le capteur de pesage 1 comprend notamment un corps d’épreuve 2, qui, dans la forme d’exécution illustrée, est de forme essentiellement parallélépipédique. In the embodiment illustrated in Figure 1, the force sensor according to the invention is a weighing sensor 1 with a central support point. The weighing sensor 1 notably comprises a test body 2, which, in the embodiment illustrated, is of essentially parallelepiped shape.
Le corps d’épreuve 2 comprend une cavité de jauge 3 dans laquelle se trouve au moins une mais de préférence quatre jauges de déformation 4, agencées de manière à former un pont de Wheatstone. Les jauges de déformation 4 peuvent être de tout type approprié et ne seront pas décrites plus en détail. The test body 2 comprises a gauge cavity 3 in which there is at least one but preferably four strain gauges 4, arranged so as to form a Wheatstone bridge. Strain gauges 4 may be of any suitable type and will not be described in further detail.
Dans la forme d’exécution illustrée, le capteur de pesage 1 est un capteur numérique et le corps d’épreuve 2 comprend en outre une carte électronique d’acquisition 5 placée dans ou sur le corps d’épreuve 2 et destinée à traiter les informations reçues des jauges de déformation 4 et à rendre disponibles des résultats dans un format approprié, ou encore à convertir le signal analogique en signal numérique. Pour cela, les jauges de déformation 4 sont reliées à la carte électronique 5 et celle-ci comprend un câble de sortie et d’alimentation 6 pour son alimentation et la mise à disposition des résultats de mesure. In the illustrated embodiment, the weighing sensor 1 is a digital sensor and the test body 2 further comprises an electronic acquisition card 5 placed in or on the test body 2 and intended to process the information received from strain gauges 4 and to make results available in an appropriate format, or to convert the analog signal into a digital signal. For this, the strain gauges 4 are connected to the card electronic 5 and this includes an output and power cable 6 for its power supply and the provision of the measurement results.
Selon l’art antérieur, la méthode pour compenser et corriger les dérives dues à la température consiste à : According to the prior art, the method for compensating and correcting drifts due to temperature consists of:
• déterminer ces dérives par une série d’essais de mesures à différentes températures, à vide et sous contrainte ; • determine these drifts by a series of measurement tests at different temperatures, empty and under stress;
• ouvrir le capteur et ajouter sur une ou plusieurs des branches câblant les jauges de déformation 4 une résistance choisie pour compenser les dérives mesurées. • open the sensor and add to one or more of the branches wiring the strain gauges 4 a resistance chosen to compensate for the measured drifts.
Comme on l’a vu, cette méthode est longue et nécessite de rouvrir le capteur et d’installer des résistances très petites dans une construction très minutieuse. As we have seen, this method is time consuming and requires reopening the sensor and installing very small resistors in very careful construction.
Selon l’invention, le capteur de pesage 1 comprend donc un premier capteur de température 7 placé dans la cavité de jauge 3 au plus près des jauges de déformation 4 et relié à la carte électronique d’acquisition 5. Le premier capteur de température 7 est donc agencé pour capter la température dans la cavité de jauge 3 au plus près des jauges de déformation 4 et transmettre cette information à la carte électronique d’acquisition 5. De préférence, ce premier capteur de température 7 est une thermistance du type CTN (coefficient de température négatif) dont la résistance diminue, de façon relativement uniforme, quand la température augmente, et vice-versa. Cette thermistance CTN est soudée de préférence au circuit de raccordement des jauges dans la cavité de jauge 3. L’avantage d’un tel capteur est qu’il n’est pas nécessaire d’ajouter un fil supplémentaire pour la liaison entre le premier capteur de température 7 et la carte d’acquisition 5, un fil du pont de jauges 4 pouvant être utilisé (par exemple, le câble Ov). La valeur pour la température est obtenue par une mesure de la tension aux bornes de la résistance CTN montée en pont diviseur avec une résistance montée sur la carte électronique d’acquisition 5. Si nécessaire, une linéarisation de la mesure sera effectuée par exemple par une correction polynomiale d’ordre 4 ou 5. En variante, tout type de capteur permettant de déterminer une température peut être utilisé comme premier capteur de température 7. According to the invention, the weighing sensor 1 therefore comprises a first temperature sensor 7 placed in the gauge cavity 3 as close as possible to the strain gauges 4 and connected to the electronic acquisition card 5. The first temperature sensor 7 is therefore arranged to sense the temperature in the gauge cavity 3 as close as possible to the strain gauges 4 and transmit this information to the electronic acquisition card 5. Preferably, this first temperature sensor 7 is a thermistor of the CTN type ( negative temperature coefficient) whose resistance decreases, relatively uniformly, as the temperature increases, and vice versa. This NTC thermistor is preferably soldered to the gauge connection circuit in the gauge cavity 3. The advantage of such a sensor is that it is not necessary to add an additional wire for the connection between the first sensor temperature 7 and the acquisition card 5, a wire from the gauge bridge 4 can be used (for example, the cable Ov). The value for the temperature is obtained by measuring the voltage across the CTN resistor mounted as a divider bridge with a resistor mounted on the electronic acquisition card 5. If necessary, a linearization of the measurement will be carried out for example by a polynomial correction of order 4 or 5. Alternatively, any type of sensor making it possible to determine a temperature can be used as the first temperature sensor 7.
Dans la forme d’exécution illustrée, un second capteur de température 8 est quant à lui placé sur ou à proximité immédiate de la carte électronique d’acquisition 5 et est agencé pour capter la température de cette carte. Le second capteur 8 est également relié à la carte électronique 5 pour transmettre les données de température à ladite carte. Ce capteur peut être de tout type approprié. In the illustrated embodiment, a second temperature sensor 8 is placed on or in the immediate vicinity of the electronic acquisition card 5 and is arranged to sense the temperature of this card. The second sensor 8 is also connected to the electronic card 5 to transmit temperature data to said card. This sensor can be of any suitable type.
Dans la forme d’exécution illustrée, la carte électronique d’acquisition 5 reçoit des mesures des jauges de déformation 4, et des premier et second capteurs de température 7, 8. Elle est agencée pour traiter ces mesures et rendre disponibles un résultat via son câble d’alimentation et sortie 6. In the illustrated embodiment, the electronic acquisition card 5 receives measurements from the strain gauges 4, and from the first and second temperature sensors 7, 8. It is arranged to process these measurements and make a result available via its power cable and output 6.
Pour compenser les dérives thermiques du capteur de pesage 1 selon la forme d’exécution illustrée, on commence par une série d’essais à différentes températures (-10° à +40° par exemple) pour déterminer les dérives dues à la température. Sur la base de ces essais, on programme ensuite dans la carte d’acquisition 5, l’équation adéquate pour corriger la mesure et compenser ces dérives en fonction des informations fournies par les premier et second capteurs de température et les jauges de déformation. To compensate for the thermal drifts of the weighing sensor 1 according to the embodiment illustrated, we start with a series of tests at different temperatures (-10° to +40° for example) to determine the drifts due to the temperature. On the basis of these tests, the appropriate equation is then programmed into the acquisition card 5 to correct the measurement and compensate for these drifts according to the information provided by the first and second temperature sensors and the strain gauges.
Ainsi, il n’est pas nécessaire de rouvrir le capteur de pesage 1 après son montage final, la compensation des dérives thermiques se faisant par un algorithme dans la carte d’acquisition 5. De plus, la précision de la compensation est augmentée puisque celle-ci n’est plus physique (choisir, couper et installer une résistance avec les bonnes propriétés dans une branche du pont de jauges, opérations qui dépendent de l’expérience de l’opérateur) mais entièrement numérique : calcul exact en fonction des mesures des capteurs de température et des jauges de déformation. Thus, it is not necessary to reopen the weighing sensor 1 after its final assembly, the compensation of thermal drifts being done by an algorithm in the acquisition card 5. In addition, the precision of the compensation is increased since that -this is no longer physical (choosing, cutting and installing a resistor with the right properties in a branch of the gauge bridge, operations which depend on the experience of the operator) but entirely digital: exact calculation according to the measurements of the temperature sensors and strain gauges.
Le capteur de pesage 1 permet donc de compenser les dérives thermiques de façon très précise sans alourdir le processus de fabrication du capteur, en allégeant même les étapes d’étalonnage finales. En effet, on réalise ainsi un capteur de pesage numérique qui permet de limiter les effets de la température de manière simple, efficace et précise. On distingue trois phénomènes distincts qui produisent une dérive de la mesure : The weighing sensor 1 therefore makes it possible to compensate for thermal drifts very precisely without burdening the sensor manufacturing process, even reducing the final calibration steps. In fact, we thus create a sensor digital weighing system which limits the effects of temperature in a simple, effective and precise manner. We distinguish three distinct phenomena which produce a drift in the measurement:
• La température absolue a un effet sur le signal ; • Absolute temperature has an effect on the signal;
• Les variations de température de l’environnement ont effet sur le signal. Ces variations peuvent être brusques et importantes ou plus graduelles ; • Temperature variations in the environment have an effect on the signal. These variations can be abrupt and significant or more gradual;
• La mise sous tension et donc, la chauffe de la carte électronique 5 a un effet sur la température. Ce dernier phénomène prend une ampleur significative avec des technologies de communication comme Ethernet qui consomment plus et donc dissipent plus de chaleur.• Powering up and therefore heating the electronic card 5 has an effect on the temperature. This latter phenomenon is gaining significant momentum with communication technologies like Ethernet which consume more and therefore dissipate more heat.
La présence d’un capteur de température au plus près des jauges de déformations permet de déterminer l’amplitude des deux premiers phénomènes ci- dessus tandis que le dernier phénomène est caractérisé par le capteur de température à proximité de la carte d’acquisition. Les différents filtres et algorithmes programmés pour traiter le signal de mesure permettent ensuite de limiter et compenser par le calcul numérique les effets de la température. The presence of a temperature sensor as close as possible to the strain gauges makes it possible to determine the amplitude of the first two phenomena above while the last phenomenon is characterized by the temperature sensor near the acquisition card. The different filters and algorithms programmed to process the measurement signal then make it possible to limit and compensate for the effects of the temperature using digital calculation.
En particulier, pour un capteur de pesage utilisé sur une chaîne d’emballage ou de remplissage dans laquelle des nettoyages réguliers à haute température sont nécessaires, la présente invention permet de déterminer les changements de température même transitoires alors que le corps d’épreuve n’a pas atteint une température uniforme. En effet, que ce soit avec le premier capteur seul ou avec le second capteur placé à proximité de la carte d’acquisition, il est possible d’identifier les changements de températures rapides et d’adapter la compensation en conséquence. In particular, for a weighing sensor used on a packaging or filling line in which regular cleanings at high temperatures are necessary, the present invention makes it possible to determine even transient temperature changes while the test body is not. has not reached a uniform temperature. Indeed, whether with the first sensor alone or with the second sensor placed near the acquisition card, it is possible to identify rapid temperature changes and adapt the compensation accordingly.
Dans la forme d’exécution illustrée, le capteur de force comprend deux capteurs de température. En variante, un ou plusieurs autres capteurs de température pourraient être disposés sur le corps d’épreuve du capteur pour affiner encore le calcul de compensation. Un capteur pourrait ainsi être dédié à la mesure de la température ambiante. In the illustrated embodiment, the force sensor comprises two temperature sensors. Alternatively, one or more other temperature sensors could be placed on the sensor test body to refine still the compensation calculation. A sensor could thus be dedicated to measuring the ambient temperature.
Dans la forme d’exécution illustrée, le capteur de force selon l’invention est un capteur de pesage. En variante, tout autre capteur à jauge de déformation pourrait être envisageable. In the illustrated embodiment, the force sensor according to the invention is a weighing sensor. Alternatively, any other strain gauge sensor could be considered.
Dans la forme d’exécution illustrée, le capteur de pesage est un capteur à point d’appui centrale avec un corps d’épreuve essentiellement parallélépipédique. De plus, les jauges de déformation sont logées dans une cavité que comprend le corps d’épreuve. En variante, d’autre type de capteur de pesage sont envisageables avec d’autres formes de corps d’épreuve (par exemple, capteur de pesage en compression avec corps d’épreuve cylindrique). De même, les jauges de déformation sont en générale montées sur le corps d’épreuve par tout moyen approprié et ne sont pas forcément logées dans une cavité du corps d’épreuve. In the embodiment illustrated, the weighing sensor is a central support point sensor with an essentially parallelepiped test body. In addition, the strain gauges are housed in a cavity that includes the test body. Alternatively, other types of load cells can be envisaged with other forms of test body (for example, compression load cell with cylindrical test body). Likewise, the strain gauges are generally mounted on the test body by any appropriate means and are not necessarily housed in a cavity of the test body.
De manière générale, la présente invention a pour objet un capteur à jauge de déformation, notamment un capteur de pesage, comprenant un corps d’épreuve et au moins une jauge de déformation montée sur le corps d’épreuve. Selon l’invention, le capteur comprend en outre un premier capteur de température agencé sur le corps d’épreuve au plus près de la jauge de déformation. Generally speaking, the present invention relates to a strain gauge sensor, in particular a weighing sensor, comprising a test body and at least one strain gauge mounted on the test body. According to the invention, the sensor further comprises a first temperature sensor arranged on the test body as close as possible to the strain gauge.
De préférence, le capteur de force comprend quatre jauges de déformation formant un pont de Wheatstone. Preferably, the force sensor comprises four strain gauges forming a Wheatstone bridge.
De préférence, les jauges de déformation sont logées dans une cavité du corps d’épreuve. Preferably, the strain gauges are housed in a cavity of the test body.
De préférence, le capteur comprend en outre une carte électronique d’acquisition à laquelle sont reliés la ou les jauges de déformation et le premier capteur de température et destinée à transformer le signal analogique des jauges et du premier capteur de température en signal numérique. Preferably, the sensor further comprises an electronic acquisition card to which the deformation gauge(s) and the first temperature sensor are connected and intended to transform the analog signal from the gauges and the first temperature sensor into a digital signal.
De préférence, la carte d’acquisition électronique est montée sur ou dans le corps d’épreuve. De préférence, le capteur de force comprend en outre un second capteur de température placé sur ou à proximité immédiate de la carte d’acquisition électronique et relié à cette dernière. Preferably, the electronic acquisition card is mounted on or in the test body. Preferably, the force sensor further comprises a second temperature sensor placed on or in the immediate vicinity of the electronic acquisition card and connected to the latter.
De préférence, la carte d’acquisition électronique est destinée à traiter les mesures fournies par les jauges de déformation et les premier et second capteurs de température pour compenser les effets de la température sur le capteur et fournir une mesure pondérée et précise. Preferably, the electronic acquisition card is intended to process the measurements provided by the strain gauges and the first and second temperature sensors to compensate for the effects of temperature on the sensor and provide a weighted and precise measurement.

Claims

Revendications Capteur à jauge de déformation, notamment un capteur de pesage (1 ), comprenant un corps d’épreuve (2) et au moins une jauge de déformation (4) montée sur le corps d’épreuve (4), dans lequel le capteur (1 ) comprend en outre un premier capteur de température (7) agencé sur le corps d’épreuve (2) au plus près de la jauge de déformation (4). Capteur selon la revendication 1 , caractérisé par le fait qu’il comprend quatre jauges de déformation (4) agencées dans ou sur le corps d’épreuve (2) pour forme un pont complet de Wheatstone, un demi pont ou un quart de pont. Capteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le corps d’épreuve Claims Strain gauge sensor, in particular a weighing sensor (1), comprising a test body (2) and at least one strain gauge (4) mounted on the test body (4), in which the sensor (1) further comprises a first temperature sensor (7) arranged on the test body (2) as close as possible to the strain gauge (4). Sensor according to claim 1, characterized in that it comprises four strain gauges (4) arranged in or on the test body (2) to form a complete Wheatstone bridge, a half bridge or a quarter bridge. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the test body
(2) comprend une cavité (2) includes a cavity
(3) dans laquelle sont logées la ou les jauges de déformation (4) et le premier capteur de température (7). Capteur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu’il comprend en outre une carte électronique d’acquisition (5) à laquelle sont reliés la ou les jauges de déformation (4) et le premier capteur de température (7) et destinée à transformer le signal analogique des jauges (3) in which the strain gauge(s) (4) and the first temperature sensor (7) are housed. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that it further comprises an electronic acquisition card (5) to which the strain gauge(s) (4) and the first temperature sensor (7) are connected. and intended to transform the analog signal of the gauges
(4) et du premier capteur de température (7) en signal numérique. (4) and the first temperature sensor (7) in digital signal.
5. Capteur selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que la carte d’acquisition électronique (5) est montée dans ou sur le corps d’épreuve (2). 5. Sensor according to the preceding claim, characterized in that the electronic acquisition card (5) is mounted in or on the test body (2).
6. Capteur selon l’une des revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait qu’il comprend en outre un second capteur de température (8) placé sur ou à proximité immédiate de la carte d’acquisition électronique (5) et relié à cette dernière. 6. Sensor according to one of claims 4 or 5, characterized in that it further comprises a second temperature sensor (8) placed on or in the immediate vicinity of the electronic acquisition card (5) and connected to the latter.
7. Capteur selon l’une des revendications 3 à 5, caractérisé par le fait que la carte d’acquisition électronique (5) est destinée à traiter les mesures fournies par les jauges de déformation et les premier et second capteurs de température pour compenser les effets de la température sur le capteur et fournir une mesure pondérée et précise 7. Sensor according to one of claims 3 to 5, characterized in that the electronic acquisition card (5) is intended to process the measurements provided by the strain gauges and the first and second temperature sensors to compensate for the effects of temperature on the sensor and provide a weighted and precise measurement
8. Capteur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu’il s’agit d’un capteur de pesage, de préférence un capteur de pesage à point d’appui central. 8. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that it is a weighing sensor, preferably a weighing sensor with a central support point.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3665756A (en) * 1965-10-18 1972-05-30 Microdot Inc Strain gauge temperature compensation system
EP1407239B1 (en) * 2001-07-13 2009-01-21 John David Barnett Temperature compensated strain sensing apparatus
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