2. CHAÎNE DE MESURE TYPIQUE COMPORTANT UN SYSTÈME D'ACQUISITION DE DONNÉES

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1 LABORATOIRE NO. 3 Utilisation d'un système d'acquisition de données et effet des fils de liaison sur la réponse du pont de Wheatstone Automne BUTS Monter les quatre jauges de la poutrelle dans une chaîne de mesure typique qui comprend un système d'acquisition de données contrôlé par micro-ordinateur Procéder à l'étalonnage électrique de chaque pont et déterminer les constantes d'étalonnage nécessaires pour lire directement les déformations à l'aide d'un logiciel d'acquisition de données Conduire des essais de chargement-déchargement qui serviront à calculer l'état de déformation principal ainsi que les constantes élastiques du matériau de la poutrelle Étudier le comportement du pont de Wheatstone dans le cas où de longs fils résistifs relient une jauge au pont de Wheatstone (cas très courant dans la pratique) Calculer un facteur de jauge effectif et déterminer sa précision par un essai 2. CHAÎNE DE MESURE TYPIQUE COMPORTANT UN SYSTÈME D'ACQUISITION DE DONNÉES 2.1 Appareillage - Poutrelle du laboratoire no. 1 - Module de conditionnement et d'amplification pour pont de jauges à 8 canaux (SC-2043-SG) - Carte d'acquisition de données multifonction (NI PCI 6221) monté sur ordinateur PC - Ordinateur PC opérant sur Windows XP et relié au réseau de l'école (accès avec votre logon d'étudiant) - Plaque pour la connexion des jauges au module de conditionnement SC-2043-SG - Logiciel d'acquisition de données pour la lecture, l'affichage et le stockage des mesures avec jauges - Résistance d'étalonnage de précision - Cales métalliques et serre pour tenir la poutrelle en porte-à-faux - Plateau à poids et poids de 0.5, 1.0 et 2 Kg 1

2 2.2 Essais Relier les quatre jauges de la poutrelle aux canaux du système d'acquisition par l'intermédiaire de la plaque de connexion tel que montré à la figure 1. Les jauges sont montées dans un demi-pont qui est complété avec une résistance externe de 120 Ω qui se trouve sur la plaque de connexion 1. Le circuit de la chaîne de mesure qui est montré à la figure 1 comprend le module de conditionnement pour jauges SC-2043-SG. Un schéma électrique simplifié de ce module est présenté à la figure 2. Les essais s'effectuent à l'aide du logiciel d'acquisition de données "MEC6405 Labo3" 2. Celui-ci permet d'effectuer les opérations suivantes: - Lecture du voltage de sortie de chaque pont - Mise en mémoire d'un voltage initial (zéro) qui peut être soustrait des mesures subséquentes - Calcul de la déformation à l'aide d'une constante calculée par l'utilisateur - Visualisation graphique des mesures (voltages ou déformation) - Stockage des résultats dans un fichier compatible avec le chiffrier EXCEL - Changement de la résolution en variant l'étendue de mesure - Réglage du nombre de lectures par balayage afin d'augmenter la précision statistique CARTE D'ACQUISITION DE DONNÉES 16 CANAUX SC-2043-SG MODULE DE CONDITIONNEMENT POUR JAUGES 120Ω 120Ω PLAQUE DE CONNEXION DES JAUGES P- S+ D P+ P- S+ D P+ Canal 0 Canal 1 Canal 2 Canal 3 PC Windows XP Labview CONNEXION TYPIQUE D'UNE JAUGE À TROIS FILS Figure 1 Schéma de la chaîne de mesure montrant l'ordinateur avec la carte d'acquisition de données montée à bord, le module de conditionnement des jauges et la plaque de connexion. Des instructions spécifiques à l'utilisation du programme d'acquisition de données seront fournies au début du laboratoire. Avant de conduire les essais de chargement-déchargement, il faut effectuer l'étalonnage électrique de chaque pont car le voltage d'alimentation du pont n'est pas connu exacte- 1 La plaque de connexion est similaire à celle utilisée dans le laboratoire no. 2, fig Écrit avec le langage Labview 2

3 ment et peut varier légèrement d'un pont à l'autre. Utiliser une résistance de précision pour effectuer cet étalonnage. Il est recommandé de déposer la poutrelle sur la table de façon à la garder immobile durant l'étalonnage électrique. Une fois l'étalonnage électrique terminé, un essai de chargement-déchargement similaire à celui du laboratoire no. 2 est répété à trois reprises avec la poutrelle montée en porte-à-faux sur le bord de la table. DEMI-PONT COMMUN P- P- P- P- EXC- S+ D S+ D S+ D S+ D P+ P+ P+ P+ EXC+ Note: Le voltage d'alimentation peut différer d'un montage à l'autre. Figure 2 Schéma électrique simplifié montrant: 1) la connexion des jauges et des résistances externes de 120 Ω au module de conditionnement SC-2043-SG, 2) le circuit d'ajustement du zéro de chaque pont qui se trouve sur le module SC-2043-SG. Dans ce montage, la jauge se trouve dans la branche 3 du pont et la résistance dans la branche Interprétation des résultats Calculer l'état principal réel de déformation Tracer le cercle de Mohr de la rosette Déterminer l'angle d'orientation de la rosette à l'aide du cercle de Mohr et aussi avec la formule de calcul. Comparer cette orientation avec celle mesurée sur la poutrelle. Comparer la déformation de la jauge simple (ε x ) avec celle calculée à l'aide la rosette Calculer le module d'élasticité et le coefficient de Poisson du matériau de la poutrelle. Comparer avec les valeurs référence de l'acier au carbone. À partir de la documentation sur le comportement en flexion des poutres larges qui est disponible sur le site web, comparer le comportement de votre poutrelle à celui d'une poutre large. Corriger le calcul de E et ν s'il y a lieu. Établir la précision des valeurs E et ν que vous avez trouvées 3

4 3. COMPORTEMENT DU PONT DE WHEATSTONE DANS LE CAS OÙ DES LONGS FILS RELIENT LA JAUGE. 3.1 Appareillage additionnel - Résistances de 10 Ω pour simuler de longs fils 3.2 Désensibilisation du pont due aux longs fils Afin de simuler l'effet de longs fils résistifs, des petites résistances de 10 Ω sont soudées au bout des trois fils de la jauge simple. Cette jauge est ensuite reliée à la plaque de connexion tel que montré dans la figure 3. La poutrelle est montée en porte-à-faux pour effectuer un essai. Le logiciel d'acquisition de données utilisé dans la première partie du laboratoire servira à mesurer les signaux du pont. Concevoir votre expérience afin de mettre en évidence le facteur de désensibilisation. Comparer vos résultats avec les données obtenues sans longs fils ainsi qu'avec les formules théoriques vues en classe. Trouver le facteur de jauge effectif S Ge et l'introduire le dans le programme d'acquisition de données afin de lire directement les déformations de la jauge simple. Vérifier sa validité à l'aide d'un dernier essai de chargement-déchargement. 3.3 Étude de l'étalonnage avec des longs fils Les longs fils étant toujours simulés par des résistances, utiliser le montage construit à l'étape 3.2 pour mesurer l'effet d'une résistance d'étalonnage (R c ) placée successivement: à la jauge (avant les résistance de 10Ω), dans le branche du pont où se trouve la jauge (entre P- et S+, fig. 3) et dans la branche adjacente (entre D et P+, fig. 3). Dans les trois cas, interpréter vos résultats et comparer avec les formules théoriques vues en classe. Avant de procéder aux essais, n'oubliez pas de noter la valeur de la résistance d'étalonnage choisie et de mesurer précisément la valeur des résistances ajoutées aux fils de la jauge. Figure 3 Position des résistances de 10Ω servant à simuler les longs fils résistifs 4

5 3.4 Interprétation des résultats Établir le facteur de désensibilisation Calculer le facteur de jauge effectif S Ge Comparer les déformations mesurées avec S Ge à celles mesurées sans longs fils Pour les trois positions de la résistance d'étalonnage, comparer les signaux obtenus durant l'étalonnage et expliquer les différences entre les signaux à partir des formules théoriques vues en classe. Démontrer comment obtenir le facteur de jauge effectif S Ge à partir des résultats de l'étalonnage électrique. Luc Marchand, professeur Septembre