Couple et torsion

Approfondissement : mesures de couple ↑ haut

Ce qu’est le couple et comment il se mesure

Le couple quantifie l’action qui tend à faire tourner un corps autour d’un axe. Dans le contrôle qualité industriel, les grandeurs intéressantes sont typiquement le couple de fermeture (serrage) et le couple d’ouverture (déblocage) de bouchons, bagues et composants filetés. La mesure s’effectue en appliquant le couple à l’instrument, ou en l’interposant entre l’outil et la pièce, et en lisant la valeur sur un afficheur numérique, avec la possibilité de mémoriser la mesure, de la comparer à des seuils de tolérance et de la transférer vers un PC.

Le principe extensométrique (strain gauge)

Le cœur du couplemètre est un capteur de couple extensométrique. Des jauges de contrainte (strain gauges) appliquées à un élément élastique en relèvent la moindre déformation lorsqu’il est soumis à torsion : reliées en configuration de pont de Wheatstone, elles fournissent un signal électrique proportionnel au couple appliqué, que l’électronique convertit, linéarise et affiche. Ce principe garantit une linéarité, une répétabilité et une stabilité dans le temps élevées. Sur le FG-7000TA, le capteur est externe et il est reconnu automatiquement lors du raccordement à la base d’affichage ; sur les modèles de table TNC et TNP, le capteur est intégré à la structure d’essai.

Modes de mesure

Pour s’adapter aux différents types d’essai, les couplemètres offrent plusieurs modes de fonctionnement. Le mode Track affiche la lecture en temps réel ; Peak mémorise la valeur maximale atteinte pendant l’essai ; First Peak enregistre le premier pic après une diminution programmée (utile pour saisir le « déclic » d’ouverture d’un bouchon) ; des modes tels que Auto Peak, Auto First Peak et Double Peak (disponibles sur le TNC) automatisent et répètent la mesure. Le mode Preset, avec seuils haut et bas programmables, active l’essai go/no-go pass/fail.

Exactitude, unités et étalonnage

L’exactitude des couplemètres Shimpo est élevée : ±0,3 % (FG-7000TA et TNC) ou ±0,5 % de la pleine échelle (TNP), avec des résolutions jusqu’au millième de N·m selon la portée. Les unités de mesure sélectionnables comprennent N·m, N·cm, kgf·cm et lb-in, selon la plage. Pour assurer le raccordement métrologique, les instruments peuvent être accompagnés d’un certificat d’étalonnage (raccordable NIST également). Un étalonnage périodique correct est indispensable pour que la mesure reste valable aux fins du contrôle qualité.

Couplemètres RODER

RODER distribue les couplemètres pour bouchons Shimpo : le portatif FG-7000TA à capteur externe et mors réglable (1/5/10 N·m), le TNC de table jusqu’à 20 N·m avec sept modes de mesure et le TNP de table (50 N·cm à 10 N·m) avec comparateur à LED HI-GO-LO. Pour l’application pratique au contrôle des fermetures, voir Contrôle du couple de serrage des bouchons.

Capteur externe ou intégré

Il existe deux architectures principales. Dans les systèmes à capteur externe, comme le FG-7000TA, le capteur de couple est séparé de la base d’affichage et il est reconnu automatiquement au raccordement : cela permet de changer rapidement de capteur pour couvrir différentes portées et de placer la cellule là où c’est nécessaire. Dans les systèmes de table tels que TNC et TNP, le capteur est intégré à la structure d’essai, avec des mors réglables qui bloquent l’échantillon : une solution robuste et répétable, idéale pour les essais en série en laboratoire ou en production.

Plages de mesure, résolution et surcharge

La portée de l’instrument se choisit en fonction du couple à mesurer, en travaillant de préférence dans la partie haute de la plage afin d’exploiter au mieux la résolution. Les couplemètres Shimpo couvrent de 50 N·cm jusqu’à 20 N·m selon le modèle, avec des résolutions jusqu’au millième de N·m sur les portées les plus faibles. Une protection contre la surcharge (120 à 150 % de la pleine échelle) protège le capteur des sollicitations accidentelles, tandis que la fréquence d’échantillonnage élevée (jusqu’à 2000 Hz) permet de saisir avec précision les transitoires rapides, tels que le déclic de déblocage d’un bouchon.

Acquisition de données et logiciel

Les couplemètres numériques Shimpo disposent d’une mémoire interne (jusqu’à 1000 données) et de sorties USB et, sur les modèles qui le prévoient, RS-232, ainsi que d’une sortie comparateur pour l’intégration dans un système qualité. Le logiciel gratuit permet de télécharger les mesures, de les visualiser, d’en tracer l’évolution sur un graphique et de calculer les valeurs statistiques (moyenne, maximum, minimum) directement sur un tableur, ce qui facilite la documentation et la traçabilité des essais.

Questions fréquentes

Comment se mesure le couple dans un couplemètre numérique ?

Au moyen d’un capteur extensométrique : les jauges de contrainte appliquées à un élément élastique en relèvent la déformation sous torsion et, en configuration de pont de Wheatstone, fournissent un signal proportionnel au couple, que l’électronique affiche et mémorise.

Quelle différence y a-t-il entre couple de fermeture et couple d’ouverture ?

Le couple de fermeture est celui nécessaire pour serrer la fermeture ; le couple d’ouverture (ou de déblocage) est celui nécessaire pour la rouvrir. Les deux sont importants pour garantir l’étanchéité et l’ouvrabilité du produit.

Que signifient les modes Peak et First Peak ?

Peak mémorise la valeur maximale de l’essai ; First Peak enregistre le premier pic après une diminution programmée, utile pour saisir le déclic d’ouverture d’un bouchon.

Quelle exactitude offrent les couplemètres Shimpo ?

±0,3 % (FG-7000TA et TNC) ou ±0,5 % de la pleine échelle (TNP), avec unités sélectionnables N·m, N·cm, kgf·cm et lb-in et possibilité de certificat d’étalonnage raccordé.

Les couplemètres peuvent-ils être étalonnés ?

Oui : ils peuvent être fournis avec un certificat d’étalonnage, raccordable NIST également, et doivent être étalonnés périodiquement pour que la mesure reste valable aux fins du contrôle qualité.