Capteur de pesage poids 1-20kg

Cette page rassemble la famille des capteurs de pesage à barre vendue de 1 à 20 kg : quatre capacités construites sur le même principe et interchangeables sur un même montage. Le corps est une barre d’alliage d’aluminium dans laquelle sont collées quatre jauges de contrainte montées en pont de Wheatstone ; sous la charge, la barre fléchit de quelques millièmes de millimètre et le pont déséquilibre sa tension de sortie. C’est ce déséquilibre, de l’ordre de quelques millivolts, qui porte l’information de poids.

Un capteur de pesage ne se branche jamais seul sur une carte, et aucun modèle de cette famille ne fait exception : sa sortie est trop faible pour être lue directement par un microcontrôleur. On l’associe à un convertisseur HX711, qui alimente le pont, amplifie la tension et la convertit en 24 bits. C’est le duo que l’on retrouve dans les balances de cuisine, les pèse-colis et les doseuses.

Quatre capacités, un seul montage

Les quatre modèles partagent les mêmes cotes, le même câblage et le même programme : seule la capacité nominale change, et donc la charge que l’on peut y appliquer.

Comment choisir la capacité

La règle tient en une phrase : visez le double de la charge que vous pèserez le plus souvent. Un capteur est le plus juste et le plus stable autour du tiers de sa capacité nominale ; travaillé près de sa limite, il chauffe, dérive et devient sensible aux appuis parasites.

• Trop juste, on perd la mesure. Un 1 kg sollicité à 900 g affiche une valeur qui bouge de plusieurs grammes à chaque lecture, et la moindre surcharge écrase la barre.
• Trop large, on perd la finesse. Un 20 kg utilisé pour peser 200 g travaille à 1 % de son échelle : c’est le bruit du convertisseur qui décide de l’affichage, pas la charge.
• La surcharge ne pardonne pas. Jusqu’à 120 % de la capacité, le capteur ne souffre pas ; au-delà de 150 %, l’aluminium se déforme définitivement et la pièce est à remplacer — elle ne revient pas à son zéro.
• Il faut de la place sous le plateau. Plus la charge est lourde, plus le bâti et le plateau doivent être rigides : une platine qui ploie sous l’effort fausse la lecture autant qu’un mauvais capteur.

Caractéristiques techniques

Comment la barre transforme un poids en tension

Le principe tient en quatre étapes, et il explique la plupart des lectures bizarres :

• La barre fléchit. Fixée à une extrémité et chargée à l’autre, elle se courbe légèrement — quelques millièmes de millimètre à pleine charge. Ses deux trous de flexion servent précisément à concentrer cette déformation dans une zone étroite.
• Les jauges s’étirent et se compriment. Deux jauges subissent la traction, deux la compression : leur résistance augmente d’un côté et diminue de l’autre, de quelques dixièmes d’ohm.
• Le pont se déséquilibre. Alimenté en 5 V, il délivre en retour une tension différentielle proportionnelle à la charge : environ 5 mV à pleine échelle. C’est minuscule — l’entrée analogique d’un Arduino, sur 10 bits, ne le verrait pas.
• Le HX711 lit et amplifie. Il alimente le pont, amplifie ce différentiel de quelques millivolts et le convertit en une valeur numérique 24 bits, transmise en deux fils.

Le câblage : quatre fils

Les quatre fils du capteur se raccordent aux quatre bornes de la voie A du convertisseur : deux alimentent le pont, deux rapportent la mesure.

Cette convention est celle de la famille, mais elle a déjà varié d’un lot à l’autre. Le multimètre tranche en dix secondes, capteur posé à plat et non chargé : la paire qui montre environ 1 100 Ω est la paire d’excitation, quelle que soit sa couleur. Et si le poids affiché diminue quand vous posez une charge, il suffit de permuter le vert et le blanc entre A+ et A− : le pont est simplement lu à l’envers, rien n’est abîmé.

Le montage mécanique, avant l’électronique

La majorité des balances qui « ne mesurent rien » sont des erreurs de montage, pas de câblage :

• Une seule extrémité par plaque. Le bâti prend un bout, le plateau prend l’autre. Les deux extrémités vissées sur la même platine empêchent la barre de fléchir et la mesure reste figée.
• Gardez un jeu sous la barre. Intercalez des entretoises ou des rondelles épaisses : posée à plat contre son support, la barre est en butée.
• Deux vis par extrémité, dans les trous les plus proches du bout, serrées normalement. Ce sont elles qui transmettent l’effort, avec le couple nominal du filetage.
• La charge pousse vers le bas, dans l’axe de la pesanteur, et toujours au même endroit du plateau. Une charge latérale ou une barre chargée en biais fausse la lecture.
• Ne touchez jamais la zone centrale. La partie recouverte de ruban protège les jauges : si on appuie dessus, ou si l’on y colle une étiquette, on déséquilibre le pont.
• Le câble ne porte rien. Laissez une boucle de détente : un fil tendu tire sur la barre et déplace le zéro.

Mini-projet : un poste de pesage qui surveille la charge

Ce programme sert les quatre capacités de la famille : on y déclare celle du capteur monté, et il affiche le poids ainsi que le taux d’utilisation de l’échelle, avec une alerte quand on approche de la limite. C’est la meilleure façon de vérifier que la capacité choisie convient réellement à ce que vous pesez.

Ce qu’il faut

Le câblage du convertisseur

Le programme

Bibliothèque HX711 installée depuis le gestionnaire de bibliothèques de l’IDE Arduino, puis téléversement :

/*
 * Poste de pesage multi-capacites - capteurs a barre de 1 a 20 kg
 * Carte : Arduino Uno R3
 * Bibliotheque : HX711 (gestionnaire de bibliotheques de l IDE Arduino)
 *
 * Composants, brochage et fiche complete : www.marocproduits.com
 */
#include "HX711.h"
const byte PIN_DT  = 2;      // DT du module HX711
const byte PIN_SCK = 3;      // SCK du module HX711
// Capacite du capteur monte, en grammes : 1000, 5000, 10000 ou 20000
const float CAPACITE_G = 5000.0;
// Facteur d'etalonnage : a ajuster une fois pour toutes avec une masse connue
float facteur = 420.0;
HX711 balance;
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  balance.begin(PIN_DT, PIN_SCK);
  balance.set_scale(facteur);
  delay(2000);      // le module se stabilise apres la mise sous tension
  balance.tare();   // plateau vide et deja en place
  Serial.print("Capacite du capteur : ");
  Serial.print(CAPACITE_G / 1000.0, 0);
  Serial.println(" kg");
}
void loop() {
  float poids_g = balance.get_units(20);         // moyenne de 20 lectures
  float taux = poids_g * 100.0 / CAPACITE_G;     // charge, en pour cent
  Serial.print("Poids : ");
  Serial.print(poids_g / 1000.0, 3);
  Serial.print(" kg   charge : ");
  Serial.print(taux, 1);
  Serial.println(" pour cent");
  if (taux >= 100.0) {
    Serial.println("Charge hors plage : allegez le plateau.");
  } else if (taux >= 60.0) {
    Serial.println("Charge elevee : la derive augmente pres de la limite.");
  }
  delay(500);   // deux affichages par seconde
}

L’étalonnage, deux minutes qui changent tout

Le facteur dépend de l’exemplaire, de l’alimentation et du montage : il se mesure, il ne se devine pas.

• Étalonnez le plateau déjà en place et vide, puis laissez le programme faire sa remise à zéro.
• Posez une masse connue et précise — un poids étalon, ou un objet pesé ailleurs sur une balance fiable.
• Comparez. Si l’affichage annonce 4,8 kg pour une masse de 5 kg, multipliez le facteur par 0,96 : la formule est toujours nouveau facteur = facteur × valeur affichée ÷ masse réelle.
• Refaites l’essai à mi-charge, puis avec une seconde masse. Tant que le facteur n’est pas juste, aucune mesure n’a de valeur — et ce n’est pas une panne du capteur.

Questions fréquentes

Quelle capacité choisir pour un usage précis ?

Prenez le double de la charge habituelle. Pour peser des lettres et des petits plis, un 1 kg ; pour des colis de 1 à 2 kg et du dosage courant, un 5 kg ; pour des sacs ou des bacs jusqu’à 5 kg, un 10 kg ; au-delà, un 20 kg. Si vous hésitez entre deux capacités, prenez toujours la plus grande : on perd un peu de finesse, alors qu’une surcharge peut détruire la barre.

Peut-on utiliser plusieurs capteurs ensemble ?

Oui, et c’est même la méthode des grandes plateformes. Plusieurs capteurs de même capacité se câblent en parallèle, fil de même couleur avec fil de même couleur : leurs sorties s’additionnent et la charge se répartit. Une plateforme à quatre points d’appui porte ainsi un capteur par coin, et la somme des quatre donne le poids total. Mélanger deux capacités dans le même pont est en revanche à éviter.

Pourquoi un convertisseur HX711 et pas l’entrée analogique de l’Arduino ?

Parce que la sortie du capteur, quelques millivolts à pleine charge, serait noyée dans le bruit d’un convertisseur 10 bits. Le HX711 intègre l’amplificateur et un convertisseur 24 bits, et c’est lui qui alimente le pont. Sans lui, la lecture est instable et grossière — ce n’est pas une option de confort, c’est ce qui rend la mesure utilisable.

La valeur devient négative quand je pose une charge.

Le pont est lu à l’envers : permutez le fil vert et le fil blanc entre les bornes A+ et A− du convertisseur. Rien n’est abîmé, c’est un sens de lecture, pas une erreur de câblage.

Le zéro dérive après quelques minutes.

C’est normal à quelques grammes près : dérive thermique, jeu mécanique, câble qui tire. Laissez le montage se stabiliser quelques minutes après la mise sous tension, refaites une remise à zéro, et vérifiez que rien ne touche la barre en dehors du plateau et de son support.

Peut-on reprendre cette famille pour une balance à crochet ?

Oui, à condition de suspendre la charge dans l’axe de la barre et de ne fixer qu’une seule extrémité : l’autre bout travaille alors en traction, la barre se comporte comme une poutre encastrée et la mesure reste linéaire. Pour un montage réellement suspendu, avec un crochet et une charge qui peut osciller, une cellule de pesage en S est plus adaptée : cette famille de barres mesure une charge posée, pas une charge pendante.

À combiner avec

Le Kit Arduino Uno Starter contient déjà la carte, la plaque d’essai, les fils et les composants de base : il ne manque plus que le capteur et son convertisseur pour monter le poste de pesage de cette page. Pour une balance autonome, sans ordinateur, l’Afficheur LCD 16×02 I2C s’ajoute en quatre fils et affiche le poids en face de l’opérateur.