Le capteur peut-il être vissé dans le trou fileté de la machine comme une vis ?
Qu’est-ce que l’installation par boulonnage ? Un capteur peut-il être vissé dans un trou taraudé sur une machine comme une vis ?
La réponse est : Absolument. Cette méthode d’installation est très courante pour les capteurs industriels (y compris les capteurs à réseau de Bragg en fibre optique, ou capteurs FBG) et est connue sous le nom d’installation par boulonnage ou par filetage.
Voici une analyse détaillée des caractéristiques techniques et du processus de réalisation physique de cette méthode d’installation, du point de vue des principes physiques et de l’ingénierie générale :
I. Principes physiques et mécaniques de l’installation par boulonnage
Selon la grandeur physique mesurée, la conception et le principe de fonctionnement des capteurs boulonnés varient considérablement, principalement divisés en deux catégories : mesure de température et mesure de déformation/contrainte :
1. Capteur de température par boulonnage (processus physique de transfert de chaleur)
Pour les capteurs de température (tels que les thermorésistances, les thermocouples ou les capteurs de température à réseau de Bragg en fibre optique), en les encapsulant dans un corps de boulon métallique doté d’un filetage externe standard (par exemple, spécifications M6, M8, M10 ou G1/4), ils peuvent être vissés directement dans le trou taraudé du boîtier de la machine ou de la conduite, comme des vis ordinaires.
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Couplage par conduction thermique : L’élément sensible du capteur (par exemple, le point de mesure FBG) est généralement situé à l’extrémité avant du boulon. Lorsque le boulon est serré, l’extrémité du capteur entre en contact étroit avec le fond du trou mesuré ou le milieu. Grâce à la bonne conductivité thermique du milieu métallique, un équilibre thermique est rapidement atteint. Le processus de transfert de chaleur satisfait la loi de Fourier sur la conduction thermique :
Q = \frac{k \cdot A \cdot (T_{\text{cible}} - T_{\text{capteur}})}{d}où Q est le flux de chaleur, k est la conductivité thermique du matériau, A est la surface de contact et d est la distance de transfert de chaleur.
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Étanchéité et résistance à la pression : Dans les conduites de liquide (telles que les conduites d’huile ou d’eau), l’installation par boulonnage peut assurer une étanchéité à haute pression tout en mesurant la température, en utilisant des joints d’étanchéité appropriés (joints en cuivre, rondelles combinées) ou en enroulant du ruban d’étanchéité.
2. Capteur de déformation/contrainte par boulonnage (transfert de déformation mécanique)
La mesure de la déformation est fondamentalement différente de la mesure de température. La mesure de déformation (\varepsilon) nécessite que la déformation de l’objet mesuré soit transmise sans perte à l’intérieur du capteur.
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Un seul boulon ne peut pas mesurer directement la déformation : Si le capteur est simplement vissé dans un trou comme une vis ordinaire, lorsque la machine est étirée ou comprimée, le capteur ne peut pas détecter la déformation car il n’y a pas de différence de déplacement dans une contrainte ponctuelle.
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Ancrage par boulons aux deux extrémités : Dans les applications d’ingénierie réelles, les capteurs de déformation par boulonnage utilisent généralement une structure d’« ancrage aux deux extrémités ». Le corps du capteur est un tube (par exemple, un tube en acier inoxydable ou en alliage élastique) avec des boulons ou des filetages externes aux deux extrémités. Deux trous correspondants sont percés à la surface de la machine et taraudés, et les deux extrémités du capteur sont vissées et serrées. Lorsque le matériau de base entre les deux trous subit une légère déformation \Delta L, la déformation est transmise au capteur :
\varepsilon = \frac{\Delta L}{L}Ceci permet de mesurer avec précision la déformation structurelle et la contrainte mécanique.
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Boulons intelligents (Smart Bolts) : Les éléments de détection tels que les FBG sont directement intégrés dans l’axe d’un boulon à haute résistance. Lorsque le boulon est serré ou soumis à des contraintes de fonctionnement, son axe subit une traction, et la fibre optique interne est également étirée. La force de précharge et l’état de charge du boulon peuvent être directement calculés à partir de la dérive de la longueur d’onde de réflexion.
II. Solutions techniques et compatibilité des produits OFSCN® (Dacheng Yongsheng)
Pour réaliser une installation stable et à long terme par fixation filetée sur des machines ou des structures, OFSCN® propose des fixations et des adaptateurs de capteurs dédiés, afin d’éviter les problèmes de vieillissement des adhésifs ou les difficultés de soudage sur site :
1. Gabarit de montage FBG OFSCN® (OFSCN® Installation Fixture)
Pour les capteurs à réseau de Bragg en fibre optique tubulaires, tels que le Capteur de déformation à réseau de Bragg en fibre optique encapsulé dans un tube en alliage OFSCN®, des Gabarits de montage OFSCN® dédiés peuvent être utilisés pour l’ancrage mécanique. Ces gabarits sont dotés de trous de fixation par vis et peuvent être verrouillés dans les trous taraudés réservés de la machine à l’aide de boulons ou de vis ordinaires, puis le tube en acier du capteur est serré dans la fente du gabarit. Cela résout parfaitement le besoin critique de « fixer le capteur en utilisant les trous taraudés existants sans soudure ni collage sur la surface de la machine de précision ».
Voici une illustration des gabarits de montage et des structures de capteurs associés fournis par OFSCN® :
2. Applications typiques de produits
Si une installation par boulonnage est effectuée sur un équipement rotatif ou une conduite spécifique :
- Pour la mesure de température dans des conduites à haute température et haute pression, le Capteur de température à réseau de Bragg en fibre optique OFSCN® 300°C peut être installé dans une gaine de boulon personnalisée.
- Si une surveillance de la déformation de surface est nécessaire, il est recommandé d’utiliser le Gabarit de montage OFSCN® avec des trous de fixation filetés pour un serrage aligné aux deux extrémités, afin d’assurer la précision de l’étalonnage de la longueur d’onde de déformation et la stabilité à long terme.