Guide sur les défaillances des capteurs de pesage
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Les capteurs de pesage sont des instruments sensibles conçus pour fournir des mesures précises, mais on attend souvent d'eux qu'ils fonctionnent de manière fiable dans des conditions difficiles. Un capteur de pesage conçu pour résister à des tonnes de charge appliquée peut toujours être susceptible de tomber en panne s'il est mal utilisé ou installé dans des environnements inadaptés.
La défaillance d'une cellule de charge se caractérise par l'incapacité de produire un signal de sortie fiable qui représente avec précision les forces mesurées, à condition que cette incapacité ne soit pas due à des facteurs externes au système et qu'elle soit généralement causée par un dommage ou un défaut. En principe, un capteur de pesage tombe en panne lorsque ses composants électroniques ou mécaniques sont endommagés. Cela peut être dû à des dommages ou à des défauts dans son circuit électrique ou dans l'un de ses composants mécaniques. Il est essentiel de comprendre les causes de la défaillance des cellules de charge pour maintenir la précision et la fiabilité des systèmes de pesage et autres systèmes de mesure de la force.
1. Quelles sont les causes de la défaillance d'un capteur de pesage ?
Une cellule de charge est essentiellement un circuit électrique logé dans un élément récepteur de charge qui se déforme de manière prévisible lorsqu'une force est appliquée. Le circuit électrique émet un signal mesurable qui varie proportionnellement à la force appliquée à l'élément métallique. Par conséquent, toute détérioration de l'élément mécanique ou du circuit électrique d'un capteur de pesage peut entraîner une défaillance, qui se traduira par un signal peu fiable, voire inexistant.
Mécanique : Les composants mécaniques du capteur de pesage, principalement l'élément métallique récepteur de charge, peuvent être physiquement endommagés ou défectueux. Le circuit interne émet alors des signaux incorrects en fonction des modifications des propriétés mécaniques qui ont dépassé la plage de spécifications normales que le circuit a été conçu pour mesurer.
Défaillance électrique : Les circuits des capteurs de pesage sont très sensibles et délicats, conçus pour détecter des changements minuscules dans les propriétés mécaniques de l'élément déflecteur. Ces circuits sont généralement protégés par un enrobage, un scellement à l'époxy et des capuchons métalliques souvent soudés pour garantir leur durabilité dans des environnements difficiles. Un circuit compromis, qu'il soit causé par un défaut de fabrication ou par un dommage, entraînera une sortie de signal irrégulière ou inexistante.
2. Types courants de dommages aux capteurs de pesage
La plupart des défaillances des capteurs de pesage sont dues à des dommages accidentels ou évitables. La compréhension de ces causes peut aider les utilisateurs de capteurs à éviter ou à réduire la probabilité de défaillance des capteurs dans leurs applications, limitant ainsi les appels de service coûteux, les temps d'arrêt des lignes de production, les pertes de produits et d'autres inefficacités.
Surcharge
DÉFINITION : Il y a surcharge lorsque la charge appliquée dépasse la capacité nominale du capteur. Cela peut entraîner des dommages irréversibles au niveau de la cellule de charge, ce qui compromet de façon permanente les performances de pesage.
CAUSES :
- Fonctionnement incorrect : Lorsque les utilisateurs dépassent involontairement la limite de surcharge sûre en raison d'un manque de connaissance des paramètres de charge sûre d'un système de mesure et du risque de surcharge.
- Sélection inadéquate : Le système de pesage peut ne pas être conçu ou sélectionné de manière appropriée pour les types de charges appliquées.
- Qualité et conception des capteurs de charge : La conception et la qualité de fabrication du capteur de pesage peuvent affecter sa résistance à la surcharge. ANYLOAD surcharge chaque cellule de charge produite à sa spécification de surcharge sûre afin de garantir un facteur de sécurité plus élevé pour nos produits.
EXPLICATION :
- Mécanique : L'élément du capteur est déformé au-delà de ses limites élastiques, ce qui entraîne une flexion irréversible, voire une rupture du corps du capteur. Les jauges de contrainte peuvent également s'étirer ou se comprimer au-delà de leur limite élastique. Même si les jauges de contrainte ne sont pas endommagées, elles détecteront en permanence une déformation supérieure à la charge exercée. Une charge sévère dépassant la capacité de surcharge de rupture d'un capteur de pesage peut entraîner une défaillance mécanique et poser un grave problème de sécurité.
- Électrique : La surcharge modifie la valeur de la résistance des jauges de contrainte, déséquilibrant le circuit du pont de Wheatstone, ce qui entraîne des valeurs de sortie de tension bien au-delà de la plage calibrée standard.
ÉVITER LA SURCHARGE :
- Sélectionnez un capteur de pesage adapté à l'application et dont les caractéristiques sont suffisantes pour assurer la protection contre toute surcharge occasionnelle ou régulière prévue.
- Communiquer clairement la capacité maximale du capteur ou du système global à tous les utilisateurs au moyen de panneaux, de documents et d'une formation.
- Pour les systèmes de moindre capacité, il faut envisager d'installer des butées de surcharge dans le système de pesage, si possible, pour protéger mécaniquement la cellule de charge.
- Procurez-vous des cellules de charge auprès d'un fournisseur réputé qui présente un facteur de sécurité élevé, qui a été testé pour éviter les surcharges et qui, si nécessaire, a été adapté pour mieux résister aux surcharges dans le cadre de votre application spécifique.
Charge de choc
DÉFINITION : Une charge de choc est une augmentation soudaine et drastique de la charge qui peut endommager le capteur de pesage en raison d'une surcharge.
MÉCANIQUE :
Une charge de choc se produit généralement lorsqu'un matériau tombe de manière incontrôlée sur la plate-forme de pesage ou lorsqu'il y a un impact soudain et violent. Cette augmentation soudaine de la force, même si elle ne dure qu'une fraction de seconde, peut causer des dommages irréversibles au capteur de pesage. La structure mécanique du capteur peut se déformer de manière permanente et les composants tels que les jauges de contrainte peuvent dépasser leurs limites élastiques, ce qui entraîne une défaillance.
EXPLICATION :
Les cellules de charge fonctionnent à l'aide d'un signal analogique généré par un circuit électrique constant. Lors d'un choc, la force brutale et extrême provoque un changement significatif et instantané de la résistance des jauges de contrainte dans le circuit du pont de Wheatstone. Cela peut entraîner un déséquilibre permanent dans le circuit, compromettant la précision et la fonctionnalité du capteur de pesage. Un choc, même bref, peut entraîner des dommages électriques et mécaniques durables sur le capteur.
ÉVITER LES CHOCS :
- Suivez tous les conseils pour éviter la surcharge.
- Évitez de laisser tomber des charges sur une plate-forme de pesée depuis une hauteur importante ou d'effectuer d'autres manipulations brutales pouvant entraîner une application soudaine et drastique de la force.
- Installer des systèmes d'absorption des chocs sur le système.
- Un placage épais ou des matériaux isolant la charge du capteur auront un effet protecteur en absorbant et en répartissant partiellement l'énergie cinétique.
Dommages causés par les surtensions électriques
DÉFINITION : Les dommages causés par les surtensions désignent les dommages causés aux cellules de charge par une tension ou un courant électrique soudain et excessif qui dépasse les limites de conception de la cellule de charge, entraînant un dysfonctionnement.
CAUSES COMMUNES :
- Foudres : Les coups de foudre directs ou l'activité de la foudre à proximité peuvent induire des transitoires de haute tension qui traversent les matériaux conducteurs.
- Problèmes d'alimentation électrique : Les fluctuations de l'alimentation électrique, telles que les pics de tension ou les sources d'alimentation instables, peuvent provoquer des augmentations soudaines de la tension ou du courant.
- Opérations de soudage : Les courants élevés provenant du soudage peuvent induire des surtensions électriques qui traversent les structures métalliques et atteignent le capteur de pesage, l'endommageant.
EXPLICATION : Les surtensions électriques, qu'elles soient dues à la foudre ou au soudage, peuvent traverser les structures métalliques. Lorsque ces surtensions traversent le capteur de pesage, elles peuvent causer des dommages électriques importants aux composants internes. Les surtensions qui traversent les câbles reliant le capteur de pesage peuvent introduire une tension élevée directement dans les jauges de contrainte et le circuit du pont de Wheatstone, ce qui entraîne des dommages immédiats.
ÉVITER LES DOMMAGES DUS À LA SURTENSION :
- Veillez à ce que les structures métalliques autour du capteur soient correctement mises à la terre afin d'éviter que des courants de surtension ne traversent le capteur.
- Utilisez une alimentation stable et régulée pour garantir des niveaux de tension et de courant constants et vous protéger contre les surtensions du réseau électrique.
- Isolez le peson et son câblage des courants de soudage en déconnectant le câble du peson ou en déposant le peson et en utilisant des barrières pour empêcher le courant de soudage de passer à travers la structure du peson.
- Certains capteurs de pesage peuvent avoir des résistances transitoires intégrées dans le capteur afin d'assurer un certain degré de protection.
- Les parafoudres et les protections intégrées contre les surtensions peuvent s'appliquer à certains systèmes de pesage qui aident à protéger un système de pesage contre les surtensions.
Dégâts des eaux / infiltrations d'humidité
DÉFINITION : Les dommages causés par l'humidité dans un capteur de pesage sont les effets néfastes de la pénétration d'eau ou de niveaux d'humidité élevés, qui peuvent compromettre l'intégrité électrique, mécanique et structurelle du capteur de pesage, entraînant des mesures inexactes et une défaillance potentielle.
CAUSES COMMUNES :
- Dommages au câble : Une infiltration d'eau par un câble endommagé peut permettre à l'eau de circuler à l'intérieur de la gaine et de pénétrer dans le capteur de pesage, endommageant ainsi les composants internes. Des courts-circuits entre les fils peuvent également se produire.
- Sélection ou protection inadéquate : Le choix d'un capteur inadapté à l'environnement de l'application et une protection insuffisante du capteur entraîneront des dommages dus à l'humidité en raison d'une étanchéité inadéquate.
- Corrosion : L'étanchéité des capteurs de pesage peut être corrodée et compromise au fil du temps, ce qui permet à l'humidité de pénétrer directement ou par condensation, même à travers des fissures et des craquelures microscopiques.
- Condensation interne : L'humidité peut se condenser à l'intérieur de toute cavité interne abritant des composants électroniques, y compris les cavités scellées par soudure, au fil du temps et de l'utilisation. Les cycles de température dans des conditions d'humidité élevée sont les plus susceptibles d'entraîner une condensation interne.
- Procédés de nettoyage agressifs : En particulier dans les environnements de lavage, les procédures de nettoyage rigoureuses peuvent endommager les capteurs de pesage.
EXPLICATION : Les circuits électriques sont vulnérables aux dommages causés par l'humidité qui peut corroder les composants sensibles et provoquer des courts-circuits. Les jauges de contrainte sont particulièrement sensibles aux dommages causés par l'humidité, car les propriétés résistives et l'adhérence des films minces peuvent facilement être compromises. ANYLOAD utilise des tests en chambre d'eau pressurisée et en chambre d'humidité pour s'assurer que ses capteurs de pesage peuvent résister à des environnements difficiles en simulant une exposition extrême à l'humidité pendant des périodes prolongées.
ÉVITER LES DOMMAGES DUS À LA SURTENSION :
- Évaluer soigneusement l'environnement de l'application afin de déterminer l'indice IP/NEMA et la résistance à la corrosion appropriés pour les capteurs et les systèmes électroniques utilisés.
- L'enrobage et le scellement des cavités internes peuvent contribuer à empêcher la pénétration de l'humidité, les joints soudés offrant la meilleure protection.
- Évitez d'appliquer des jets d'eau à haute pression trop près des capteurs de pesage, en particulier à proximité des capuchons métalliques circulaires ou à angles arrondis situés sur le dessus ou les côtés des capteurs de pesage.
- Se procurer des capteurs de pesage auprès d'un fabricant réputé qui utilise des matériaux et des composants de haute qualité qui peuvent être plus résistants aux dommages causés par l'humidité (par exemple, certaines jauges de contrainte sont beaucoup plus résistantes à l'humidité).
Dommages au câble
DÉFINITION : L'endommagement du câble d'un capteur de pesage correspond à toute détérioration physique ou chimique des câbles électriques qui reçoivent l'excitation et émettent le signal.
CAUSES COMMUNES :
- Dommages causés par les rongeurs : Les rongeurs peuvent ronger les câbles, causant des dommages physiques à l'isolation et aux fils internes.
- Produits chimiques corrosifs : L'exposition à des produits chimiques corrosifs peut dégrader l'isolation du câble et les conducteurs, entraînant des courts-circuits ou des circuits ouverts.
- Dégradation de l'environnement : Une exposition prolongée aux UV, à des températures extrêmes ou à l'humidité peut accélérer la détérioration de la gaine et de l'isolation du câble au fil du temps.
- Dommages physiques : Le pincement, les coupures, le perçage et l'écrasement du câble peuvent compromettre le câble et entraîner une perturbation de la transmission du signal ou une infiltration d'humidité.
EXPLICATION : Les câbles des capteurs de pesage sont endommagés lorsque les câbles qui transmettent les signaux entre le capteur et l'instrumentation sont détériorés, ce qui entraîne l'inexactitude ou la perte des données. Ces dommages peuvent résulter d'une mauvaise manipulation, de l'activité de rongeurs, d'une exposition à des produits chimiques corrosifs, d'une dégradation de l'environnement ou d'impacts physiques tels que le pincement, l'écrasement, les coupures et l'abrasion. Ces dommages perturbent les voies électriques, provoquant des interférences de signaux, une résistance accrue et des courts-circuits potentiels.
ÉVITER LES DOMMAGES DUS À LA SURTENSION :
- Manipulation correcte : Ne manipulez PAS un capteur par son câble et évitez de couper le câble d'un capteur (cela annule généralement la garantie de la plupart des fabricants et peut compromettre les performances de la mesure).
- Couvertures de protection : Les gaines tressées en acier et les conduits de câbles peuvent contribuer à protéger les câbles contre les dommages causés par les UV, la mécanique et les rongeurs.
- Installation correcte : Installer les capteurs de pesage de manière à minimiser les risques de dommages aux câbles en évitant les coudes brusques et les boucles serrées, et en les plaçant à l'abri de la circulation des piétons et des véhicules.
Fatigue
DÉFINITION : L'endommagement par fatigue d'un capteur de pesage désigne la détérioration progressive et irréversible des composants structurels et fonctionnels du capteur de pesage due à des charges cycliques répétées au fil du temps, entraînant une perte de précision et une défaillance finale.
CAUSES COMMUNES :
- Chargement cyclique répété : L'application et le retrait continus d'une charge, en particulier à des amplitudes variables, provoquent des contraintes cumulatives sur les matériaux du capteur de pesage.
- Vibrations : L'exposition à des vibrations constantes, que l'on retrouve souvent dans les environnements industriels ou les applications de machines, accélère la fatigue en sollicitant continuellement les composants de la cellule de charge. Ce problème est particulièrement fréquent dans les applications de pesage de mélange et de convoyage.
- Surcharge : Des cas répétés de légère surcharge, même s'ils ne sont pas suffisants pour provoquer une défaillance immédiate, peuvent contribuer de manière significative à l'endommagement par fatigue au fil du temps.
EXPLICATION : Les dommages dus à la fatigue se produisent lorsqu'un capteur de pesage est soumis à des cycles répétés de chargement et de déchargement. Cette contrainte cyclique peut entraîner une perte progressive de l'élasticité mécanique ou de la linéarité de la déformation de l'élément de la cellule de pesage, ce qui compromet sa précision au fil du temps. La plupart des capteurs de pesage modernes de fabricants réputés sont conçus pour supporter plus de 5 millions de cycles à pleine capacité sans dégradation significative des performances.
Les vibrations induisent une charge cyclique à haute fréquence sur le capteur. Chaque cycle de vibration impose des inversions de contrainte au matériau du capteur. Même si ces contraintes sont inférieures à la limite d'élasticité du matériau, l'application répétée peut provoquer des mouvements de dislocation au niveau atomique, conduisant à l'apparition et à la croissance de changements macrostructurels au fil du temps. Ces changements entraînent une dégradation progressive des propriétés mécaniques du matériau, ce qui conduit à des signes de défaillance par fatigue, notamment une dérive accrue du signal, une hystérésis et une non-linéarité dans les mesures.
ÉVITER LES DOMMAGES DUS À LA SURTENSION :
- Sélection correcte des cellules de charge : Choisissez des capteurs de pesage adaptés aux cycles de charge prévus et aux conditions environnementales de l'application. Certains capteurs sont spécialement conçus pour les applications soumises à de fortes vibrations.
- Éviter la surcharge : Veillez à ce que la charge appliquée ne dépasse pas la capacité nominale du capteur, même temporairement.
- Isolation contre les vibrations : Utilisez des amortisseurs de vibrations ou des supports de pesée pour minimiser l'impact des vibrations constantes sur le capteur de pesage.
Fatigue
DÉFINITION : L'endommagement thermique d'un capteur de pesage désigne les effets néfastes causés par l'exposition à des températures extrêmement élevées ou basses, généralement inférieures à -40°C (-40°F) ou supérieures à 70°C (158°F), qui peuvent compromettre l'intégrité structurelle, les performances électriques et la précision globale du capteur de pesage.
CAUSES COMMUNES :
Le fonctionnement dans des environnements aux températures ambiantes extrêmes peut entraîner des dommages thermiques, en particulier pour les composants électroniques sensibles à l'intérieur d'un capteur de pesage.
EXPLICATION : Les dommages thermiques se produisent lorsqu'une cellule de pesage est exposée à des températures en dehors de la plage spécifiée, affectant à la fois les composants mécaniques et électriques. Les températures élevées peuvent provoquer une dilatation thermique, réduisant l'élasticité du matériau et entraînant une déformation, tandis que les basses températures peuvent fragiliser les matériaux. Les jauges de contrainte à l'intérieur du capteur sont particulièrement sensibles aux changements de température, qui peuvent modifier leur résistance et entraîner des lectures inexactes.
ÉVITER LES DOMMAGES DUS À LA SURTENSION :
- Sélection correcte des cellules de charge : Choisissez des capteurs de pesage conçus pour les plages de température prévues. Il est également possible d'opter pour des capteurs personnalisés, spécifiquement construits et testés pour la plage de température requise.
- Isolation et blindage : Protéger les capteurs de charge des températures extrêmes par une isolation et un blindage appropriés.
3. Défauts de fabrication (défaillances de composants)
Les capteurs de pesage de fabricants réputés sont très peu susceptibles de présenter des défaillances en raison de procédures de production et d'assurance qualité rigoureuses. Les taux de défaillance "hors boîte" peuvent atteindre 1-2% pour certains fournisseurs, alors qu'ANYLOAD s'efforce de respecter un taux de défaillance <0,01%.
DÉFINITION : Les défaillances de composants dues à des défauts de fabrication se réfèrent à des imperfections ou à des défauts dans les différentes parties d'un capteur de pesage, résultant d'erreurs au cours du processus de fabrication, qui peuvent compromettre les performances et la précision.
CAUSES COMMUNES :
- Impuretés du matériau : Les contaminants présents dans les matériaux utilisés pour les composants tels que les jauges de contrainte, les adhésifs et les fils peuvent affecter leurs performances et leur longévité.
- Adhésif défectueux Application : Une mauvaise application de l'adhésif pendant le processus de collage peut entraîner une mauvaise adhérence, des bulles d'air ou des surfaces irrégulières, ce qui a un impact sur la fonctionnalité des jauges de contrainte et des autres composants collés.
- Erreurs de fabrication : Des erreurs telles qu'un placement incorrect, un mauvais alignement ou un endommagement des composants au cours de la fabrication peuvent entraîner des défauts. Il s'agit notamment de problèmes tels que le mauvais alignement des jauges de contrainte, un mauvais câblage et de mauvaises pratiques d'assemblage.
- Joints de soudure à froid : Les joints de soudure froids se produisent lorsque le processus de soudure n'est pas effectué correctement, ce qui entraîne des connexions électriques faibles qui peuvent provoquer des défauts intermittents ou une panne complète.
- Étalonnage inadéquat : Les composants qui ne sont pas correctement calibrés au cours de la fabrication peuvent produire des mesures inexactes, ce qui affecte les performances globales du capteur.
EXPLICATION : Les défaillances des composants des capteurs de pesage dues à des défauts de fabrication peuvent avoir un impact significatif sur leurs performances et leur précision. Les impuretés des matériaux peuvent introduire des incohérences dans les propriétés électriques, entraînant des lectures erratiques ou imprécises. Ces défauts peuvent entraîner des problèmes tels que la dérive du signal, l'augmentation de l'hystérésis, la non-linéarité et le manque général de fiabilité des sorties des capteurs de pesage, ce qui compromet la précision des mesures.
ÉVITER LES DOMMAGES DUS À LA SURTENSION :
- Contrôle de la qualité des matériaux : Garantir l'utilisation de matériaux purs et de haute qualité pour tous les composants afin de minimiser les impuretés et les défauts.
- Précision dans l'application de l'adhésif : Utiliser des systèmes automatisés pour une application précise de l'adhésif et des processus de collage afin d'éviter les bulles d'air et de garantir des surfaces régulières.
- Protocoles de fabrication stricts : Mettre en œuvre des mesures rigoureuses de contrôle de la qualité pendant la fabrication afin de détecter et de corriger toute erreur de placement, d'alignement ou d'assemblage.
- Techniques de soudure appropriées : Veillez à ce que le brasage soit effectué dans des conditions optimales afin d'éviter les joints de soudure froids et de créer des connexions électriques solides et fiables.
- Étalonnage minutieux : Effectuer un étalonnage complet de tous les composants au cours de la fabrication afin de garantir des mesures précises et fiables.
- Environnement de fabrication contrôlé : Maintenir des conditions environnementales constantes, telles que la température et l'humidité, pendant les processus de collage et de fabrication afin d'améliorer la stabilité et les performances des composants.
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