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Calculer une jauge de contrainte

À partir du facteur de jauge et de la déformation, calculez la variation de résistance de la jauge, la tension de sortie d'un pont de Wheatstone en quart, demi ou pont complet, et la contrainte dans le matériau.

Mis à jour le
Vos paramètres
Ω

Valeur hors limites

Valeur hors limites

µm/m

Valeur hors limites

V

Valeur hors limites

GPa

Valeur hors limites

Résultats

Variation de résistance ΔR

0,7 Ω

Tension de sortie du pont

2,5 mV

Sortie par volt d'excitation
0,5 mV/V
Contrainte (σ = E × ε)
200 MPa
Contrainte en psi
29 008 psi

Le principe de la jauge de contrainte

Une jauge de contrainte est un fin motif de métal collé sur une pièce. Quand la pièce s’allonge, le métal s’étire et s’amincit, et sa résistance augmente ; en compression, elle diminue. La variation est minime : on monte donc les jauges en pont de Wheatstone, qui la transforme en tension mesurable.

Les formules

  • Déformation : ε = ΔL ÷ L, souvent exprimée en µm/m (microdéformation, 10⁻⁶).
  • Variation de résistance : ΔR = R × GF × ε, où GF est le facteur de jauge, environ 2 pour les jauges à trame métallique.
  • Sortie du pont (petites déformations) : Vs ≈ Vex × GF × ε × N ÷ 4, où N est le nombre de bras actifs : 1 en quart de pont, 2 en demi-pont, 4 en pont complet.
  • Contrainte dans le domaine élastique : σ = E × ε, avec E le module d’Young.

Exemple

Une jauge de 350 Ω avec GF = 2 sur de l’acier (E = 200 GPa) à 1 000 µm/m, en quart de pont sous 5 V :

  • ΔR = 350 × 2 × 0,001 = 0,7 Ω ;
  • sortie ≈ 5 × 2 × 0,001 ÷ 4 = 2,5 mV, soit 0,5 mV/V ;
  • contrainte : 200 000 MPa × 0,001 = 200 MPa.

La sortie exacte du quart de pont est un peu plus faible, Vex × (GF ε ÷ 4) ÷ (1 + GF ε ÷ 2), soit environ 2,497 mV ici. L’écart augmente avec les grandes déformations.

Choisir le montage

  • Quart de pont : une seule jauge active, le plus économique, mais sensible à la température et à la résistance des fils.
  • Demi-pont : deux jauges actives, par exemple de part et d’autre d’une poutre en flexion. La sortie double et la température est compensée.
  • Pont complet : quatre jauges actives, le standard des capteurs de force (pesons). Sortie quadruplée et meilleure compensation.

Les capteurs de force sont spécifiés en mV/V : un capteur de 2 mV/V à pleine charge, alimenté sous 10 V, donne 20 mV.

Conseils pratiques

  • Utilisez un amplificateur d’instrumentation ou un ADC 24 bits pour pont : les signaux sont de l’ordre du millivolt.
  • Une excitation de 2 à 10 V est courante. Plus de tension donne plus de signal, mais plus d’auto-échauffement.
  • Les variations de température créent une déformation apparente : utilisez des jauges autocompensées adaptées au matériau, ou une jauge de compensation.
  • La préparation de surface et la polymérisation de la colle comptent autant que l’électronique.
  • Modules d’Young typiques : acier environ 200 GPa, aluminium 69 GPa, titane 110 GPa, béton 25 à 40 GPa.

Questions fréquentes

Qu'est-ce que le facteur de jauge ?

Le rapport entre la variation relative de résistance et la déformation, environ 2 pour les jauges métalliques.

De combien varie la résistance d'une jauge ?

ΔR = R × GF × ε. Une jauge de 350 Ω à 1 000 µm/m varie d'environ 0,7 Ω.

Quelle tension donne un quart de pont ?

Environ Vex × GF × ε ÷ 4, par exemple 2,5 mV sous 5 V à 1 000 µm/m.

Que signifie mV/V sur un capteur de force ?

La sortie à pleine charge par volt d'excitation ; 2 mV/V sous 10 V donnent 20 mV.

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Résultats indicatifs fournis à titre d'information. Ils ne remplacent pas l'avis d'un professionnel.