Sensibilité des capteurs de force à la température

Calcul de l'Imprécision Liée aux Variations de Température dans un Capteur de Force à Jauges de Contraintes

L’imprécision d’un capteur de force due aux variations de température peut être évaluée à partir de plusieurs paramètres clés, qui traduisent l’impact de la température sur la dérive du zéro, la sensibilité et les erreurs mécaniques.

1. Paramètres à Considérer

Les fiches techniqes des capteurs de force incluent généralement les caractéristiques suivantes :

• Dérive du zéro due à la température : exprimée en % de la pleine échelle (%FS) par degré Celsius (°C).
• Variation de la sensibilité (ou gain) avec la température : exprimée en %FS/°C.
• Plage de température de fonctionnement : plage dans laquelle le capteur est spécifié pour fonctionner correctement.
• Température de référence : température à laquelle le capteur est calibré (souvent 20°C ou 25°C).

L’imprécision due aux variations de température est une combinaison de ces erreurs, qui peuvent être évaluées indépendamment ou cumulées pour obtenir une erreur totale.

2. Calcul de l'Imprécision

L’imprécision totale liée à la température peut être estimée en additionnant les contributions de la dérive du zéro et de la variation de la sensibilité.

2.1. Erreur de Dérive du Zéro

L’erreur due à la dérive du zéro est donnée par :

[ E_{\text{zéro}} = \text{Dérive du zéro} \times (\Delta T) ]

où :

• Dérive du zéro est fournie en %FS/°C,
• ΔT est la variation de température par rapport à la température de référence.

Exemple :
Si un capteur a une dérive du zéro de 0,01 %FS/°C et qu’il fonctionne dans une plage de 30°C à 50°C (avec une température de référence de 25°C), alors :

[ E_{\text{zéro}} = 0,01 \times (50 - 25) = 0,25% FS ]

2.2. Erreur de Sensibilité (ou Gain)

L’erreur due à la variation de la sensibilité est donnée par :

[ E_{\text{sens}} = \text{Variation de la sensibilité} \times (\Delta T) \times \text{Force appliquée} ]

où :

• Variation de la sensibilité est fournie en %FS/°C,
• ΔT est la variation de température,
• Force appliquée est exprimée en % de la pleine échelle.

Exemple :
Si un capteur a une variation de sensibilité de 0,02 %FS/°C, et qu’une force de 50% de la pleine échelle est appliquée, alors :

[ E_{\text{sens}} = 0,02 \times (50 - 25) \times 0,5 = 0,25% FS ]

3. Erreur Totale Liée à la Température

L’imprécision totale est l’addition quadratique des deux erreurs, car elles sont considérées comme indépendantes :

[ E_{\text{total}} = \sqrt{E_{\text{zéro}}^2 + E_{\text{sens}}^2} ]

Avec nos valeurs d’exemple :

[ E_{\text{total}} = \sqrt{(0,25)^2 + (0,25)^2} = \sqrt{0,0625 + 0,0625} = 0,35% FS ]

Cela signifie que l’incertitude sur la mesure peut atteindre 0,35% de la pleine échelle en raison des variations de température.

4. Conclusion

L’imprécision due aux variations de température dépend de deux facteurs principaux : la dérive du zéro et la variation de la sensibilité. Ces erreurs sont généralement indiquées par le fabricant et permettent d’évaluer l’impact de la température sur la mesure. L’erreur totale est calculée en combinant ces contributions, ce qui permet de quantifier la fiabilité du capteur dans des conditions de température variables.

Pour réduire ces erreurs, des compensations thermiques peuvent être mises en place, notamment avec des thermistances, des corrections électroniques ou des algorithmes de compensation basés sur la température ambiante mesurée.