Les capteurs de vibration en pratique : types, sensibilité, fixation

Vous posez un aimant sur le palier d'un ventilateur et vous lisez 0,4 mm/s alors qu'on entend la machine à travers le mur. Ou à l'inverse, 180 mm/s sur une pompe qui tourne tranquillement depuis trois ans. Dans les deux cas, ce n'est pas le rotor qui ment, mais la chaîne de mesure : le capteur, la sensibilité saisie, la fixation, le câble. Nous détaillons cette chaîne pièce par pièce, de l'élément sensible jusqu'au connecteur, et voyons précisément où la confiance dans le chiffre se perd.

Mis à jour le 27 août 2026 · par AXILINE · Vila Nova de Gaia

Trois types de capteurs courants et un cas particulier

L'accéléromètre piézoélectrique couvre presque tout ce que vous faites sur site. À l'intérieur, un élément piézoélectrique chargé par une masse inertielle : sous la vibration, la masse presse le cristal, qui délivre une charge proportionnelle à l'accélération vibratoire. La bande d'un tel capteur commence à quelques hertz et monte à des dizaines de kilohertz, le boîtier supporte un palier chaud, la masse est faible. Les capteurs d'origine du Balanset-1A ont un encombrement ne dépassant pas 25×25×20 mm et une masse ne dépassant pas 40 g, ce qui compte : un capteur lourd charge lui-même une paroi mince de carter.

Le prix de cette large bande, c'est l'électronique. La charge issue de l'élément piézoélectrique doit être convertie en tension, ce qui exige soit un amplificateur de charge, soit un préamplificateur intégré alimenté par la ligne de signal. Les accéléromètres capacitifs (MEMS) sont plusieurs fois moins chers et n'ont pas besoin d'amplificateur de charge, mais ils ont leur propre revers : après intégration, leur signal porte un bruit basse fréquence autour de 0,5–3 Hz. Pour une machine à 1500 tr/min, cela importe peu ; pour un rotor lent à 120 tr/min, ce bruit empiète directement sur la zone de travail.

Le capteur de vitesse vibratoire délivre une tension proportionnelle à la vitesse, sans aucune intégration. La version inductive classique est une bobine et un noyau magnétique montés sur ressorts, avec un coefficient de conversion élevé, généralement quelques dizaines de mV par mm/s, et pour les modèles à amplification mécanique, bien au-delà du millier. Le revers est différent : masse, fragilité, bande étroite et prix. Il existe aussi un hybride, un accéléromètre piézoélectrique avec amplificateur de charge et intégrateur intégrés : vu de l'extérieur, c'est un capteur de vitesse vibratoire, à l'intérieur, c'est toujours le même élément piézoélectrique.

Les capteurs de déplacement sans contact résolvent un problème que l'accéléromètre ne résout absolument pas. Un capteur à courants de Foucault, inductif ou capacitif observe l'arbre à travers un entrefer et mesure le déplacement relatif de l'arbre dans le palier, et cela dès 0 Hz. Une sensibilité de l'ordre de 1000 mV/mm donne une bonne résolution sans amplification. Les limites sont tout aussi strictes : l'entrefer de travail est lié au diamètre de la bobine — pour un capteur type, environ 4 mm d'entrefer et une plage de ±2,5 mm — et un support rigide est nécessaire, avec prise en compte du faux-rond mécanique et électrique de la surface de l'arbre. C'est l'outil des machines sur paliers lisses et des arbres lents, là où le corps du palier ne montre presque rien.

Un cas particulier est le capteur de force. Sur une machine d'équilibrage sous-résonante à paliers très rigides, un fort balourd ne produit pas de vibration notable : le palier rigide se déforme à peine, alors que la charge sur les paliers, elle, est bien réelle. On y mesure non pas la vibration, mais l'effort dans le palier. D'où une règle simple : paliers souples et régime sur-résonant (régime de travail supérieur à la fréquence propre des paliers) appellent des accéléromètres ; paliers rigides et régime sous-résonant (régime inférieur à la fréquence propre des paliers) appellent des capteurs de force. Plus de détails sur ces paliers dans l'article sur la construction d'un banc d'équilibrage.

Le choix du capteur et des points de mesure pour le diagnostic est décrit dans l'ISO 13373. Vérifiez la partie applicable et l'édition en vigueur pour votre type de machine : les exigences de plage de fréquence du capteur et de compensation du faux-rond de l'arbre y diffèrent selon qu'il s'agit de paliers à roulement ou de paliers lisses.

Sources : ISO 13373-3:2015

Pourquoi l'appareil affiche des mm/s alors que le capteur mesure une accélération

La chaîne du Balanset-1A se présente ainsi : l'accéléromètre délivre une tension proportionnelle à l'accélération vibratoire, le module USB à deux voies l'amplifie avec un préamplificateur, la fait passer par un intégrateur et la numérise dans un CAN, et le logiciel sur l'ordinateur calcule l'amplitude, la phase, le spectre et les masses. L'intégration se fait dans le matériel, avant la conversion en numérique. C'est pourquoi vous voyez des mm/s à l'écran, alors que l'élément sensible n'a jamais mesuré que de l'accélération.

Ce que l'intégration fait au signal se voit dans la formule. La vitesse vibratoire est égale à l'accélération divisée par la pulsation : v = a/ω, avec ω = 2π·f. À 10 Hz, vous divisez par 63 ; à 1000 Hz, déjà par 6283. Autrement dit, l'intégrateur atténue les hautes fréquences de deux ordres de grandeur et amplifie les basses fréquences d'autant.

Il en découle deux conséquences pratiques. Première : en vitesse vibratoire, le contenu haute fréquence disparaît presque, donc chercher un défaut de roulement en mm/s n'a pas de sens. Pour cela, on prend l'accélération vibratoire et l'analyse d'enveloppe — une méthode qui extrait les chocs de roulement de la partie haute fréquence du signal. Seconde : l'intégrateur amplifie tout bruit et toute dérive basse fréquence. Ce même bruit du capteur MEMS autour de 0,5–3 Hz, une fois intégré, se transforme en une « jupe » relevée sur le bord gauche du spectre, qui grignote en plus la plage dynamique de la voie.

C'est précisément pour cela que la bande de mesure est volontairement limitée. Le Balanset-1A calcule la valeur efficace (RMS) de la vitesse vibratoire dans la plage 5–200 Hz, et mesure dans les limites 0,02–80 mm/s. Pour la composante synchrone, c'est-à-dire la vibration à la fréquence de rotation du rotor, et les premières harmoniques des machines industrielles, cela suffit largement. Si un rotor tourne à 120 tr/min, sa fréquence de rotation de 2 Hz se situe déjà en dessous de cette bande, et il faut procéder autrement : par double intégration jusqu'au déplacement vibratoire, ou avec des capteurs sans contact qui perçoivent le déplacement dès zéro hertz.

La différence entre RMS, crête et valeur crête à crête, ainsi que le choix de la bande pour une réception, sont détaillés séparément dans l'article sur la bonne façon de mesurer la vibration. Ce qui compte ici, c'est qu'une bande de 5–200 Hz n'est pas la bande de 10–1000 Hz dans laquelle sont écrites les tolérances contractuelles. Convenez de l'appareil et de la bande avant l'intervention, pas le jour de la réception.

Sources : Manuel d’utilisation Balanset-1A

Sensibilité : une allure correcte pour des chiffres faux

La sensibilité du capteur est le coefficient qui traduit la physique en millivolts. Pour les accéléromètres piézoélectriques d'usage général, elle se situe généralement entre 10 et 30 mV/(m/s²), et jusqu'à 100 et plus pour les modèles de précision. Pour les capteurs de vitesse vibratoire, elle se compte en mV par mm/s, généralement 40 à 80. C'est une valeur individuelle, indiquée dans la fiche technique du capteur précis, pas dans la description du modèle.

Dans le Balanset-1A, l'intégration se fait dans le module de mesure, vous saisissez donc dans le logiciel un coefficient déjà en mV/(mm/s), nominalement 20–30. Il se trouve dans la fenêtre de réglages accessible par la touche F4, séparément pour chacune des deux voies, la partie décimale étant séparée par une virgule. Il ne faut y toucher que dans un seul cas : quand vous avez changé de capteur. Le reste du temps, mieux vaut ne pas ouvrir ce champ.

Voici l'essentiel. Une erreur de sensibilité est une pure déformation linéaire de l'échelle. La forme du spectre reste correcte, le rapport entre la composante synchrone et la vibration globale (le niveau total sur toute la bande de fréquences) reste correct, la phase est correcte, le diagramme polaire est correct. L'équilibrage converge alors le plus souvent : les coefficients d'influence, c'est-à-dire la réponse de la machine à la masse d'essai, sont calculés par l'appareil à partir de ces mêmes chiffres faussés, et l'échelle se simplifie d'elle-même. Ce qui casse, en revanche, c'est précisément ce que vous remettez au client. Les mm/s du rapport sont faux, l'évaluation par zones de l'ISO 20816 est fausse, le balourd résiduel en g·mm est faux, la consigne dans le système de surveillance est fausse, et le suivi dans lequel vous avez classé cette mesure est définitivement compromis.

C'est pire quand les voies divergent entre elles. Vous avez posé un nouveau capteur sur la première voie, saisi ses 27 mV/(mm/s), tandis que la seconde a conservé les 20 précédents. Le rapport d'amplitude entre les paliers a dérivé de près d'un tiers, et dans un équilibrage à deux plans, c'est précisément ce rapport qui détermine la répartition de la masse entre les plans. Le logiciel vous amènera bien dans la tolérance, mais au prix de démarrages superflus.

• La sensibilité provient de la fiche technique du capteur précis, pas de la description du modèle.
• Les deux voies sont renseignées séparément, les valeurs sont vérifiées avec les étiquettes des capteurs.
• La partie décimale est saisie comme le logiciel l'attend, avec une virgule.
• Après le remplacement d'un capteur, vous avez changé le coefficient immédiatement, pas « plus tard, quand j'y penserai ».
• Les valeurs saisies sont consignées dans le rapport avec les numéros de série des capteurs.
• Les capteurs sont marqués par voie, pour ne pas confondre physiquement le premier avec le second.

On peut vérifier la sensibilité sur le terrain de façon grossière, mais utile : posez les deux capteurs côte à côte sur le même palier, dans la même direction, et faites une mesure. Un écart de quelques pour cent est normal ; un écart d'un facteur plusieurs signale une erreur de coefficient ou une voie morte. Seul un calibrateur donne une vérification complète, et elle est nécessaire pour des mesures de réception.

Sources : Manuel d’utilisation Balanset-1A · ISO 20816-1:2016

La fixation détermine la limite haute de la bande

Le capteur, la fixation et la surface forment un système masse-ressort. La rigidité du joint joue le rôle du ressort, la masse du capteur et d'une partie de la fixation constitue la masse, et ce système a une fréquence propre : plus le joint est rigide et le capteur léger, plus elle est élevée. En dessous de cette fréquence, le capteur reproduit fidèlement le mouvement du palier. À l'approche de cette fréquence, la fixation se met à amplifier le signal d'elle-même, et au-delà, elle se met simplement à sonner et ajoute son propre pic dans le spectre. La règle de travail est simple : fiez-vous approximativement au tiers inférieur de la fréquence propre de la fixation.

Un goujon dans un trou préparé donne la rigidité de joint maximale et une bande de l'ordre de 10 kHz. Une plaquette collée est un peu plus souple. Un aimant maintient le capteur à travers un mince entrefer d'air et une couche d'oxyde, et sa fréquence propre chute à un ou deux kilohertz. Une sonde tenue à la main n'apporte presque aucune rigidité.

Il faut être direct au sujet de la sonde tenue à la main, car on essaie souvent de lui faire faire ce dont elle est incapable. Une limite haute de 300–500 Hz signifie qu'à 1450 tr/min, vous verrez la composante synchrone à 24 Hz et les premières harmoniques, et c'est tout. Le stade précoce d'un défaut de roulement ne se situe pas là. Un écaillage sur une piste produit un choc bref, ce choc excite les fréquences propres de la bague et du palier, de l'ordre de quelques kilohertz, et toute l'analyse d'enveloppe repose précisément sur cette énergie haute fréquence. La sonde la coupe. Vous n'obtenez pas « le roulement est en bon état », mais « l'appareil n'a pas regardé là ». Ajoutez à cela une faible répétabilité : la force de la main, l'angle et le point changent à chaque fois, la dispersion dépasse facilement 30 %, et une hausse mensuelle du niveau se noiera dans la dispersion de la méthode.

Il existe aussi un effet inverse, que l'on oublie. Le capteur charge la structure par sa propre masse. Un capteur de quarante grammes sur un corps de palier massif en fonte ne change rien ; ce même capteur sur un couvercle mince ou une tôle d'habillage abaisse sensiblement la fréquence propre de la zone et modifie l'image obtenue. Plus le capteur est léger et plus le point de pose est massif, moins vous influez sur ce que vous mesurez.

Les chiffres du tableau sont un repère, pas une norme. Prenez la bande réelle de votre capteur et de votre mode de montage dans sa documentation. Et une règle à part pour le suivi : ne changez pas de fixation sur un point pour lequel un historique a déjà été constitué. Les spectres relevés avec un aimant et avec un goujon diffèrent, et vous liriez cette différence comme un changement de la machine.

Emplacement : où poser précisément le capteur

L'emplacement compte plus que la marque du capteur. Un aimant sur une couche de peinture reçoit une garniture élastique dans le joint, et la fréquence propre de la fixation chute à environ un kilohertz, c'est-à-dire que vous perdez la moitié de la bande annoncée sans vous en apercevoir. Un aimant sur une surface bombée repose sur deux points au lieu d'un plan, et bascule dessus. Un aimant sur des copeaux ou de la crasse huileuse tient moins bien et peut se détacher en cours de mesure.

L'emplacement se choisit selon le chemin de la force. La force centrifuge due au balourd part du rotor, traverse le roulement jusqu'au palier, du palier au châssis, puis à la fondation. Il faut donc mesurer sur le palier, dans une partie massive de la fonte, si possible dans la zone chargée, c'est-à-dire selon la ligne le long de laquelle le palier reprend réellement la charge. Sur un groupe à transmission par courroie, c'est la direction de la tension de la courroie ; sur une pompe, la direction de la force hydraulique résultante. Plus le trajet de métal entre le roulement et le capteur est court, moins la structure interfère avec le signal.

Un emplacement préparé une fois pour toutes fonctionne pendant des années. Au prochain arrêt, dénudez la zone jusqu'au métal, faites au besoin un méplat ou collez une plaquette, et si les règles le permettent, taraudez un trou pour un goujon M4. Vous poserez ensuite le capteur au même point avec la même rigidité, et la dispersion entre les rondes diminuera d'elle-même.

• Le point est sur le palier ou sur sa partie massive en fonte, pas sur le carter, pas sur la protection, pas sur le couvercle d'une boîte à bornes.
• La zone est dénudée jusqu'au métal : peinture, mastic, rouille et saleté sont retirés.
• La surface est plane. Un aimant plat exige un plan ; pour un cylindre, prenez un aimant bipolaire ou faites un méplat.
• L'emplacement est aussi proche que possible du roulement et dans la zone chargée, pas sur une nervure mince.
• Le point est repéré au pointeau, à la peinture ou par une étiquette, la désignation du palier ne change pas d'une fois sur l'autre.
• Approchez l'aimant en le faisant basculer depuis le bord, pas en le posant à plat d'un coup : le choc sature l'entrée et produit un « claquement » dans les premières secondes de l'enregistrement.
• Aucune pièce en rotation n'est accessible depuis ce point, et le boîtier ne brûle pas la main.

Ne passez jamais le capteur ni la main à travers une protection de sécurité. Renoncez à un point inaccessible et notez-en la raison. Une mesure obtenue au prix d'un risque de blessure ne se reproduit de toute façon pas : la seconde fois, vous ne pourrez physiquement pas reposer le capteur de la même façon.

Directions et constance : entre les rondes et au sein d'un même équilibrage

L'axe de sensibilité maximale est indiqué sur le boîtier du capteur, et il doit coïncider avec la direction de mesure. Un défaut d'alignement coûte cher, discrètement : une inclinaison de 30° donne une projection de 0,87 de la valeur réelle, soit une sous-estimation de 13 %. Vous croirez que la machine s'est calmée, alors que seul le capteur s'est calmé.

Pour une mesure radiale, on choisit généralement la direction horizontale. La rigidité de la fondation y est en général plus faible, le palier s'y déforme davantage, et la sensibilité au balourd en ressort plus élevée. Il n'y a pas de différence de principe entre horizontale et verticale ; ce qui compte davantage, c'est de garder la direction choisie invariable. La direction axiale répond à une autre question : c'est là que vit le désalignement, et l'équilibrage ne le supprime pas. La façon de décomposer l'image selon les trois directions est détaillée dans les articles sur la recherche de la cause d'une vibration et sur la comparaison entre balourd et désalignement.

À part, la question de la constance au sein d'un même équilibrage, car ici, une erreur ruine tout le calcul. L'appareil calcule le coefficient d'influence comme un rapport de vecteurs : au numérateur, la variation du vecteur de vibration au même point, dans la même direction, avec la même fixation. Déplacez le capteur de dix centimètres entre le démarrage initial et le démarrage d'essai, tournez l'aimant, posez-le sur une autre plaquette, et la phase changera d'elle-même de dizaines de degrés. L'appareil calculera consciencieusement à partir de ces données et posera la masse dans le mauvais secteur. Il en va de même pour le repère réfléchissant : il fixe le point de référence de la phase, et on ne doit pas le recoller entre les démarrages.

• Un seul capteur, un seul point, une seule direction, une seule fixation pour tout l'équilibrage, du démarrage initial au démarrage de contrôle.
• Le repère de phase est collé une seule fois et n'est pas touché tant que le travail n'est pas terminé.
• Les câbles sont posés de façon à ne pas devoir déplacer le capteur en cours de travail.
• Pour les rondes sur itinéraire, vous consignez la désignation du palier, la direction et le mode de fixation dans un registre, sinon le suivi sera constitué de mesures non comparables.
• Si le point a tout de même dû être changé, vous ouvrez une nouvelle ligne de référence et notez ce qui a changé et pourquoi, sans corriger les anciens relevés.

Câbles, parasites et signes d'une chaîne défectueuse

Le câble fait partie du capteur, ce n'est pas un simple fil « jusqu'à l'appareil ». Un câble qui pend librement bat avec la machine, le blindage se plie, et ces flexions génèrent un bruit triboélectrique, une charge parasite due au frottement des couches. Pour les capteurs à sortie de charge, c'est la cause la plus fréquente de parasites dans le spectre ; pour les capteurs à préamplificateur, l'effet est plus faible mais ne disparaît pas. Fixez le câble au boîtier de façon à laisser une courte boucle de décharge près du connecteur, puis qu'il repose calmement, ni tendu ni ballant.

Les parasites arrivent par l'air et par la terre. Ne faites pas cheminer le câble de mesure le long de lignes de puissance, et surtout pas le long de la sortie d'un variateur de fréquence : le variateur produit une perturbation large bande, qui s'installera dans votre spectre sous forme de raies à des fréquences « impossibles », qu'aucun filtrage ne pourra ensuite retirer. Si l'alimentation sur site est mauvaise, travaillez sur batterie de l'ordinateur portable — c'est la recommandation standard pour l'appareil. Et vérifiez les connecteurs : un connecteur mal enfoncé et un contact sale donnent exactement la même image qu'un blindage coupé.

Un chiffre invraisemblable signifie presque toujours un problème dans la chaîne, pas dans la machine. Avant de donner l'alerte, retirez le capteur et posez-le au sol. Les relevés doivent chuter presque à zéro. Si ce n'est pas le cas, ce n'est pas la machine que vous mesuriez.

Vérification de la chaîne en cinq minutes

Ces cinq minutes avant le premier démarrage évitent une seconde intervention. L'ordre est le même, que vous équilibriez un ventilateur ou que vous releviez une ronde sur itinéraire.

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   Inspection et raccordement

   Les capteurs des voies 1 et 2 dans les connecteurs X1 et X2, le capteur laser de phase dans X3, le module en USB sur l'ordinateur portable. Les connecteurs sont enclenchés à fond, les câbles sans pliure ni trace d'écrasement.

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   Niveau zéro sur machine arrêtée

   Activez le mode vibromètre avant le démarrage. Le niveau doit être faible mais présent. Exactement zéro signale une voie morte, et 3 mm/s sur une machine immobile signale un parasite ou un défaut de chaîne.

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   Choc sur le palier

   Tapez légèrement de la main sur le palier près du capteur. La réponse doit apparaître précisément sur cette voie. Vous vérifiez ainsi en dix secondes que les deux voies sont actives et non inversées.

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   Régime et repère

   Le tachymètre doit donner une valeur stable, proche de la valeur attendue. Des sauts vers des valeurs multiples signalent un reflet parasite ou un second repère. Posez le support du tachymètre sur une surface fixe et rigide, pas sur le carter.

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   Stabilité au régime de travail

   L'amplitude et la phase de la composante synchrone ne doivent pas varier de plus de 10 à 15 % pendant la mesure. Au-delà, cela signale soit un fonctionnement proche de la résonance, soit un problème dans la chaîne, et il ne faut pas équilibrer à partir de telles données.

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   Recoupement des voies

   En cas de doute, posez les deux capteurs côte à côte sur le même palier, dans la même direction, et comparez. Un écart de quelques pour cent est normal ; un écart d'un facteur plusieurs signale une erreur de sensibilité ou un défaut de voie.

Consignez immédiatement dans le rapport le mode de fixation, les sensibilités saisies et les numéros de série des capteurs. Dans six mois, ce sera le seul moyen de comprendre pourquoi les anciens chiffres ne concordent pas avec les nouveaux.

Sources : Manuel d’utilisation Balanset-1A

Deux voies pour deux paliers

Le schéma à deux voies ne relève pas du confort. Pour un équilibrage en deux plans, le logiciel a besoin de quatre coefficients d'influence : comment une masse dans le premier plan modifie la vibration du premier palier et du second, et de même pour une masse dans le second plan. Les coefficients croisés, c'est-à-dire l'influence d'un plan sur le palier éloigné, sont généralement plus faibles que les coefficients directs, et ce sont justement eux qui portent l'information sur le balourd de moment, quand les points lourds aux deux extrémités du rotor pointent dans des directions opposées. Ce sont précisément les coefficients croisés qu'il est le plus facile de fausser.

Avec une seule voie, vous ne pouvez physiquement pas relever les deux paliers en même temps, donc vous les relevez lors de démarrages différents. Entre deux démarrages, la machine change : elle a chauffé, le régime a légèrement dérivé, la charge ou la position du registre a changé. Les vecteurs que l'appareil soustrait ensuite proviennent de deux états différents, et l'écart entre eux s'explique en partie non par la masse, mais par la dérive du régime. Les petits coefficients croisés en souffrent les premiers. Deux voies relèvent les deux paliers en un même instant, sur un même tour, à partir d'un même repère de référence, et ce problème disparaît.

Le second argument, ce sont les démarrages. Un équilibrage à deux plans sur deux voies exige trois démarrages : l'initial et deux essais, un par plan. Sur une seule voie, la même opération s'étire du double. Pour un extracteur de fumées ou un moulin qu'on ne peut pas démarrer et arrêter d'un claquement de doigts, la différence entre trois et six démarrages, c'est la différence entre une vacation et deux. Le temps exact que prend une intervention et ce dont il se compose sont détaillés séparément dans l'article sur le nombre de démarrages.

Nous sommes les ingénieurs qui concevons et fabriquons les appareils Balanset et qui les utilisons nous-mêmes pour équilibrer sur site ; c'est pourquoi la chaîne de mesure du kit est conçue pour le travail en atelier, pas en laboratoire. Deux accéléromètres monoaxiaux d'un encombrement maximal de 25×25×20 mm et d'une masse maximale de 40 g, avec fixation par aimant ou goujon M4. Un capteur laser de phase par repère réfléchissant sur support magnétique, plage de 100 à 100 000 tr/min, précision de phase ±1°. Un module USB à deux voies avec préamplificateurs, intégrateurs et CAN, acquisition simultanée sur les deux voies, vibration globale et composante synchrone, phase, spectre, signal temporel, archive et rapports. Il existe une version Balanset-1A OEM sans mallette, pour intégration dans des machines et des bancs. Le soutien-conseil sur la méthode de mesure et sur l'appareil est inclus dans la fourniture : en cas de doute sur l'emplacement du capteur sur votre machine, posez la question avant l'intervention, pas après.

Sources : Spécifications fabricant Balanset-1A

Questions fréquentes

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