Cellules de pesage de Wipotec –
Extrêmement rapides, très précises, compactes et économiques

Les cellules de pesage sont utilisées pour mesurer des poids. L'exécution technique des cellules de pesage est variée : Une variante de mise en œuvre technique est basée sur la mesure à l'aide d'une jauge de contrainte fixée sur un corps élastique. Les cellules de pesage mesurant à l'aide de ce principe sont utilisées lorsque le facteur temps joue un rôle secondaire dans la détermination du poids, par exemple dans les balances du commerce de détail. Si des produits doivent être pesés dans un processus de fabrication automatisé – souvent très rapide –, on utilisera des cellules de pesage fonctionnant selon le principe de la compensation électromagnétique des forces (CEF). Celles-ci donnent des valeurs de poids précises, même à des vitesses élevées. Basé sur l'original anglais, le principe de la compensation électromagnétique des forces est également décrit comme EMFR («  Electro-Magnetic Force Restoration ») dans la littérature spécialisée et les spécifications techniques. Le terme « Wägezelle mit elektrodynamischer Kraftkompensation (EDK) » utilisé dans l'espace francophone en est l'équivalent. Il est possible de mesurer des poids en microgrammes, milligrammes ou grammes, mais aussi des poids de 50 kg à 200 kg.

La structure classique – mécatroniquement complexe – d'une cellule de pesage (CEF ou EMFR) se compose de la mécanique de pesée, d'un indicateur de position, d'un régulateur, d'un entraînement électromagnétique (bobine et aimant permanent) et d'une unité d'affichage. Au niveau construction, un monobloc en aluminium réalisé par CNC peut, par exemple, former la base. Dans son fonctionnement, la cellule de pesage proprement dite peut être comparée à une balance à plateaux : Si un poids est placé d'un côté du fléau (bras porte-bobine), une bobine fixée du côté opposé du fléau veut se déplacer hors du champ magnétique de l'aimant.  Cette déviation est détectée à l'aide d'un barrière photoélectrique (indicateur de zéro) et il est envoyé exactement la quantité de courant nécessaire dans la bobine pour que celle-ci reste en position de repos. Comme le courant se comporte de manière proportionnelle à la force du poids et qu'il peut être mesuré à l'aide d'une résistance, il est possible de le convertir en signal numérique qui est utilisé pour le traitement ultérieur. Ce principe de fonctionnement assure que les cellules de pesage qui fonctionnent selon le principe de la compensation électromagnétique des forces garantissent des résolutions élevées et une bonne reproductibilité et ont des temps de mesure courts. Le système magnétique et le système électronique, tel que les circuits d'échantillonnage, la platine de régulateur et de filtres ainsi que des interfaces de communication spécifiques, sont la base essentielle pour des temps de stabilisation extrêmement courts et des fréquences de balayage d'une milliseconde, nécessaires principalement dans les processus de pesée très dynamiques.

Selon leur construction (voir « Qu'est-ce qu'une cellule de pesage ? »), les cellules de pesage sont utilisées dans presque tous les secteurs. Les opérations de mesure typiques pour les jauges de contrainte sont la détection unique du poids d'un récipient ou la pesée permanente, p. ex. pour enregistrer les entrées et sorties d'une matière dans un récipient (réservoir) à l'aide d'une cellule de pesage, tel que cela est nécessaire entre autres dans l'industrie chimique. Le pesage dynamique et la détermination du poids de médicaments très délicats, de denrées alimentaires sensibles ou de minuscules composants électroniques à l'aide de CEF ou EMFR se trouvent partout dans l'industrie manufacturière, où des poids très faibles sont en corrélation avec des vitesses de fabrication élevées, comme dans le secteur automobile, la fabrication électronique, l'industrie pharmaceutique, la production alimentaire ou la technologie aéronautique.

Les cellules de pesage existent dans de nombreuses formes de construction. Les cellules de pesage sont des systèmes électromagnétiques, souvent avec un traitement numérique des signaux (électronique d'évaluation), qui servent à mesurer des forces ou des poids. Elles sont nécessaires à l’assemblage de dispositifs de pesée (balances). Suivant le type de balance – plateforme de pesage, balance au sol, de table, statique, trieuse pondérale ou balance dynamique –, il existe différents types de cellules de pesage, optimisées pour l'application respective de la balance. Les paramètres importants sont la précision, la vitesse, le type (traction, pression, dynamique, statique) et le montant de la charge.

Les balances dynamiques ou les trieuses pondérales sont passées à grande vitesse par les objets à peser. Elles ont donc besoin de cellules de pesage qui ne peuvent pas seulement mesurer avec une grande précision, mais qui fournissent aussi leurs résultats en un minimum de temps. Ainsi, outre leur précision, leur vitesse est le paramètre d'application le plus important. Ces cellules de pesage, dont font partie les cellules de pesage WIPOTEC, sont souvent construites selon le principe de la compensation électromagnétique des forces (CEF). Les cellules de pesage CEF de WIPOTEC se composent d'un monobloc fraisé en aluminium. Elles ne disposent pas d'un corps élastique qui se déforme sous une charge, mais elles sont basées sur une balance à plateaux mécanique. Leur déviation minimale est compensée de manière électrodynamique. Les cellules de pesage WIPOTEC basées sur le principe CEF fournissent des résultats de mesure très précis en un minimum de temps. Implantées sous des plateformes, les cellules de pesage mesurent la charge de compression exercée, mais elles peuvent aussi mesurer les forces de traction si elles sont montées la tête en bas.

Les balances dynamiques, en particulier, sont souvent confrontées à des vibrations provoquées par le mouvement des objets à mesurer ou par des machines situées à proximité immédiate. La technologie CAV (compensation active des vibrations) de WIPOTEC peut y remédier, que ce soit sous forme de capteur autonome ou directement montée dans la cellule de pesage. La CAV permet de filtrer efficacement les vibrations selon les trois axes de l'espace, sans perte de temps ni de précision.

Pour les balances statiques, où l'objet à peser est quasiment au repos, les paramètres d'application principaux sont la plage de pesage et la précision de mesure à obtenir, souvent on y inclut également la taille ou le sens de montage. Ces balances disposent la plupart du temps d'un corps élastique. L'action de la force mécanique provoque sa déformation. Des jauges de contrainte fixées sur le corps élastique détectent l'ampleur de la déformation et la convertissent en signal électrique. Un corps élastique fréquemment utilisé pour les cellules de pesage à barre de flexion est la double barre de flexion ; les cellules de pesage à barre de cisaillement conviennent pour les charges plus élevées. Pour les corps élastiques en forme de colonne, déformés par compression, on parle de cellules de pesage à force de compression (à charge de compression). Les cellules de pesage de plateforme sont implantées sous des plateformes. Les corps élastiques en forme de S sont utilisés partout où il s'agit de mesurer des forces de traction.

Les cellules de pesage numériques sont une forme spéciale de capteur de force (capteur de charge, en anglais « load cell ») pour la construction de dispositifs de pesage, c.-à-d. pour la pesée avec des balances. Les cellules de pesage numériques disposent d'un traitement numérique des signaux et d'une électronique d'évaluation. Deux formes de construction sont dominantes chez les cellules de pesage numériques : L'une dispose d'un corps élastique dont la géométrie se modifie légèrement sous l'influence du poids. Chez les cellules de pesage numériques, cette déformation élastique est détectée par des jauges de contrainte et convertie en signal électrique. Le deuxième principe de construction utilise une balance à plateaux mécanique, dont la déviation est compensée de manière électrodynamique à l'aide d'une bobine mobile. Ses temps de mesure sont nettement plus courts que ceux des cellules de pesage numérique fonctionnant avec des jauges de contrainte.

Les cellules de pesage numériques de WIPOTEC fonctionnent selon le principe de la compensation électromagnétique des forces (CEF). La compensation électromagnétique des forces d'une balance à plateaux mécanique fonctionne avec des déviations minimales du fléau, ce qui entraîne un temps de stabilisation extrêmement court.  Il est ainsi possible de peser le poids appliqué en un minimum de temps. Le traitement numérique des signaux, associé à des régulateurs de position ultra-précis, permet des intervalles de balayage d'une milliseconde et donc l'utilisation des cellules de pesage dans des processus industriels à haute vitesse. On les trouve fréquemment dans l'industrie pharmaceutique, de la santé et cosmétique, dans l'industrie alimentaire et pour des processus de fabrication et de remplissage chimiques, notamment dans le secteur des matériaux de construction et des substances minérales. Les services de courrier, express et de paquets (CEP), la vente par correspondance et l'intralogistique dépendent aussi des grandes vitesses. Les interfaces numériques des cellules de pesage numériques sont conçues pour pouvoir communiquer avec toutes les commandes et tous les systèmes de bus de terrain du marché. La gamme de cellules de pesage de Wipotec couvre une plage de mesure allant d'un microgramme à 120 kilogrammes.

Les cellules de pesage numériques sont utilisées dans les trieuses pondérales, les balances dynamiques ainsi que dans les scanners à rayons X et les appareils combinés qui associent la technologie de pesage avec des systèmes à rayons X (Weigh and Ray). Tous ces systèmes sont conçus pour des vitesses de production élevées. D'autres domaines d'application sont les systèmes Track & Trace pour la sérialisation pharmaceutique, ainsi que des applications logistiques. En combinaison avec des détecteurs de métaux, elles forment des combinaisons économes en place de trieuse pondérale et système de détection de métaux. Les cellules de pesage numériques de Wipotec sont également intégrées comme composants de fabricant d'équipements d'origine (OEM) dans des machines d'emballage et de remplissage.

De nombreuses cellules de pesage de Wipotec sont également disponibles dans une version Wash-Down. Des versions spéciales de cellules de pesage numériques conviennent à une utilisation en zone à risque d'explosion ou sont équipées d'une compensation active des vibrations CAV.

Cellules de pesage multipistes numériques

Pour des raisons techniques de pesage, les cellules de pesage multipistes numériques de Wipotec peuvent être fournies avec une électronique montée dans un boîtier séparé. Cela empêche un développement de chaleur préjudiciable pour un pesage rapide et ultra-précis, notamment pour les applications multipistes. Un refroidissement sophistiqué n'est donc pas nécessaire.

En alternative au boîtier électronique, les cellules de pesage de Wipotec peuvent être utilisées sur des composants de système MMS2 (MMS2 = système multipiste modulaire). Tous les composants sont réalisés avec un indice de protection IP65 et n'ont pas besoin d'être montés dans une armoire électrique additionnelle.

Si les cellules de pesage multipistes numériques de Wipotec sont conçues comme systèmes multipistes modulaires (MMS2), elles peuvent être configurées individuellement. Un système modulaire au niveau de la piste permet à l'utilisateur un assemblage compact de modules de piste sur lesquels les modules électroniques des cellules de pesage et du capteur CAV sont fichés. Un module de base additionnel met à disposition tous les raccords pour la tension de service, les interfaces de bus de terrain et d'analyse. Les interfaces numériques supportent tous les systèmes de bus de terrain courants.

Les cellules de pesage multipistes numériques peuvent être équipées d'une compensation active des vibrations CAV. Celle-ci fournit des valeurs de mesure sûres et précises, même avec de fortes vibrations comme elles peuvent apparaître sur des installations de production multipistes rapides. Généralement, on peut se passer d'un bâti de balance séparé. Les cellules de pesage multipistes numériques sont disponibles avec un plateau de pesée à l'avant ou en haut.

La plupart du temps, les cellules de pesage de plateforme sont prévues pour des plateformes de pesage avec une ou deux cellules de pesage. Elles sont souvent utilisées dans le secteur alimentaire ou pharmaceutique pour des processus de remplissage, d'emballage ou de pesage. Des vitesses de pesée élevées, une bonne solidité et la possibilité d'un nettoyage facile sont ici importantes. Avec une faible charge nominale, les cellules de pesage de plateforme pour applications dynamiques doivent pouvoir donner des résultats rapidement pour être utilisées dans les lignes de production rapides des entreprises productrices de denrées alimentaires ou dans les systèmes à grande vitesse de l'industrie pharmaceutique. Dans le secteur de l'électromobilité, les composants de batteries sont pesés à l'aide de cellules de pesage de plateforme, tout comme des produits pharmaceutiques dans le secteur de la santé. On effectue un contrôle de manquants des produits déjà emballés. Dans l'industrie chimique, les cellules de pesage de plateforme surveillent les processus de fabrication ou de remplissage. Dans les balances à courroie elles sont utilisées pour la détermination du poids dynamique, par exemple pour des mesures continues de produits en vrac.

Les cellules de pesage de plateforme Wipotec et leur exécution en conformité GMP conviennent particulièrement à des applications dynamiques dans les installations de production pharmaceutiques et dans le domaine alimentaire. Les cellules de pesage de plateforme conçues selon le principe de la compensation électromagnétique des forces sont très compactes et conviennent donc aussi au montage dans des applications multipistes ou partout ailleurs, où de petites tailles ou de faibles entre-axes entre les pistes sont requis. Réalisées comme composants intégrables prêts à être raccordés, les cellules de pesage de plateforme fournissent en standard des valeurs de poids déjà définitives via une interface CAN. Les autres interfaces supportées sont Ethernet/IP, EtherCAT, Profinet IO et Powerlink.

Cellule de pesage à charge de traction (à force de traction)

Habituellement, la charge est appliquée par le haut sur les cellules de pesage. Toutefois, les cellules de pesage de Wipotec qui fonctionnent selon le principe de la compensation électromagnétique des forces (CEF) peuvent aussi être utilisées pour mesurer les forces de traction. Dans ce cas, l'application de charge par le haut est remplacé par une force de traction par le bas. Pour mesurer les charges de traction, les cellules de pesage de Wipotec sont montées la tête en bas. Dans le sens de la charge, le produit à peser peut être directement accroché sur la cellule de pesage.

Les cellule de pesage à charge de traction (à force de traction) sont utilisées pour des opérations de pesée statiques dans l'industrie des procédés, pour des applications de convoyage et pour un dosage ultra-précis. La mesure du niveau de remplissage de récipients suspendus, par exemple, en fait partie. À l'aide des interfaces correspondantes, l'électronique de pesage fournit des résultats de pesage numériques pour les systèmes de gestion des processus les plus courants.

Cellule de pesage à charge de compression (à force de compression)

Les cellules de pesage à charge de compression font partie des types de cellules de pesage les plus répandus. Généralement, les cellules de pesage à charge de compression sont disposées sous l'objet à mesurer ou à peser. Chez les cellules de pesage Wipotec qui mesurent la charge de compression et fonctionnent selon le principe de la compensation électromagnétique des forces (CEF), la charge de compression agit sur un côté d'une balance à plateaux mécanique. L'autre côté du fléau est fixé par une bobine mobile. Le courant nécessaire à la compensation du fléau est proportionnel à la charge de compression. Il est converti en signal numérique et traité dans une électronique d'évaluation numérique.  Avec des fréquences de balayage de 1 000 valeurs de mesure par seconde, les cellules de pesage Wipotec comptent parmi les cellules de pesage à charge de compression les plus rapides en utilisation industrielle.

Compte tenu de leur principe de fonctionnement, les cellules de pesage CEF de Wipotec qui mesurent la charge de compression offrent des résolutions élevées et une bonne reproductibilité tout en ayant des temps de mesure très courts. Un poids de contrôle intégré permet à tout moment d'effectuer un Self Check (application du poids interne) qui vérifie le bon fonctionnement de la cellule de pesage. Selon la spécification, les cellules de pesage à charge de compression de Wipotec répondent aussi aux spécifications Wash-Down selon les indices de protection IP65 et IP69K. Les cellules de pesage de Wipotec qui mesurent la charge de compression peuvent aussi mesurer de très faibles poids avec précision. Pour cette raison elles sont aussi utilisées dans des balances de précision et des microbalances, ainsi que dans des balances macroanalytiques et ultramicroanalytiques.