Le capteur

 Le capteur est constitué d'une ou plusieurs jauges de contrainte. Examinons plus en détail ce qu'on appel une jauge de contrainte.

Qu'est-ce qu'une jauge ?

 C'est un capteur passif traduisant, en variation de résistance électrique, sa propre déformation qui est en principe égale à celle de la structure à l'endroit où il est collé. Pratiquement, son allongement est habituellement limité à environ 3%.

En général, une jauge est constituée d'une grille formée par un conducteur collé sur un support isolant.

 Jauge juste avant son collage sur la structure

 De quoi c'est fait ?

 Le conducteur est soit d'origine métallique, souvent des alliages à base de nickel, soit c'est un semi-conducteur. Le nombre de brin de la grille diffère selon le type du conducteur. Il varie entre 10 et 20 pour un conducteur métallique et est égal à 1 pour les jauges semi-conductrices.

 Jauge à fil métallique et jauge semi-conductrice

 Le support isolant est en papier ou, le plus souvent, en plastique. C'est ce support qui est collé sur la pièce dont on veut connaître les déformations et c'est lui qui transmet les déformations au circuit métallique. On conçoit que, pour transmettre avec fidélité les déformations, le support doit avoir des caractéristiques bien particulières (bonne aptitude au collage, coefficient de dilatation pas trop important afin d'éviter un décollage de la jauge par cisaillement, l'adhérence ou faculté du support de pouvoir être bien collé au circuit métallique...)

On peut encore différencier les jauges métalliques par la réalisation de la grille. En effet, il existe des jauges dites à fil et d'autres dites à trame pelliculaire. Ce sont les plus fréquentes. Elles sont réalisées selon les procédés de fabrication des circuits imprimés.

 
Jauge à fil et jauge à trame pelliculaire

  Différents types de jauge :

 On va donner un aperçu des types de jauges utilisées en analyse des contraintes. Chaque type correspondant bien évidemment à une application particulière. Les représentations sont à l'échelle 1:1.

Les jauges simples:

utilisées pour la mesure des déformations en vue du calcul des contraintes. Elles sont de formes classiques avec une grille rectangulaire.

Les mini, micro-jauges:

utilisées aux points de concentration de contraintes. Certaines ont des dimensions de l'ordre de 0.2 mm. (Chaînette de jauges)

Les jauges de contraintes résiduelles:

utilisées pour mesurer les contraintes résiduelles. On colle la jauge, puis on la perce d'un trou à l'endroit indiqué sur la jauge, puis on mesure les contraintes induites.

Les rosettes de jauges:

à 3 jauges à 45°. ou 120°.. Lorsqu'on ignore même les directions principales de l'état de contrainte, 3 mesures sont nécessaire pour le déterminer puisqu'il dépend de 3 paramètres.

 Les jauges longues:

utilisées pour mesurer la moyenne d'une déformation intégrée sur une certaine longueur, par exemple sur des matériaux hétérogènes, tel le béton.

Le coût d'une jauge simple standard est de l'ordre d'une dizaine de francs. Elles sont, la plupart du temps vendues par paquet de dix.

Principe de fonctionnement d'une jauge d'extensiométrie :

On a vu qu'une jauge était en fait un capteur passif constitué d'un conducteur ohmique traduisant, en variation de résistance électrique, sa propre déformation.

Voyons quelle est la relation entre la variation de résistance et la variation d'allongement.

 
A partir de cette relation, on peut montrer que la variation de résistance est proportionnelle à la longueur, en considérant que la section et la resistivité restent constants.

 Les jauges semi-conductrices ont une sensibilité bien supérieure par rapport aux jauges métalliques. Cependant elles ont une linéarité inférieure et sont plus sensibles aux effets de la température.
Les jauges métalliques sont utilisées pour la mesure précise de déformation pouvant atteindre des amplitudes importantes et dans des domaines de température étendus.