Brevet FR2011779A1 — publié le 19700306

Hors de la conception de transducteurs électromécaniques, on suppose que la ligne d'influence de la force provoquant une déformation de la jauge de contraintes de traction ou de compression est spécifiée et ne varie pas pendant la mesure 10 L'une des solutions fait appel à un procédé mécanique dans lequel le transfert approprié de la force est effectué grâce à des éléments auxiliaires du matériel. Une autre solution utilise la symétrie d'un cercle et on peut trouver l'application de cette solution dans un grand nombre de transducteurs, par exemple les 15 transducteurs du type à colonne, à bague cylindrique et à colonnes multiples, etco»« On ne peut réaliser des surfaces idéales que dans des tolérances données lorsque l'on effectue la finition d'éléments auxiliaires et, par conséquent, lorsqu'on les accouple pour assurer 20 la rigidité de surface désirée, il se produit, dans une certaine mesure, une dislocation qui peut être de beaucoup supérieure à la déformation utile de la jauge0 La dislocation signifie un effort supplémentaire analogue à un choc avec ses applications d'effets dynamiques® Tous ces effets, conjointement avec la friction, affecte 25 de façon nuisible les paramètres métrologiquès du transducteur» Jusqu'à présent, une symétrie de cerclé a été réalisée avec des transducteurs ne comportant que des jauges de contraintes de "traction ou de compression0 Un autre inconvénient à cette solution réside dans le^ 30 fait que le pont de mesure utilisé avec les transducteurs n'assure pas une sensibilité maximale, car la jauge ne mesure soit que la tension, sdt que la compression0 Le transducteur assurant une sensibilité maximale ne permet pas d'utiliser une symétrie de cercleo 35 La symétrie dans le système de jauge a été assurée^ dans la présente invention, au moyen d'un agencement simple, ce qui élimine les effets de distorsion des forces obliques. Conformément à la présente invention, il a été conçu une jauge qui comprend 69 21873 2 2011779 plusieurs éléments* de mes(ire disposés dans le même plan = et utilisés pour «foe'"tors ion» Lés éléments^àe'mesure .de torsion sont placés autour d*tin axe de sjnmetriei Les bras de, levie? des forces agissant sur lés éléments'de mésure sont déterminés par lti ligne d'influence 5 dé la forcé â mesurer-. Les'élémënts de mesure individuels sont utilisés pour une torsion et pour une flexion déviée0 Dans un sys- . tème de jauge, la tension mécanique se manifestant sur un point donné de la surface de l'élément est déterminée par la relation entre le bras de levier de torsion et le bras de levier de flexion, ■JO aussi bien que par la valeur des facteurs de surface» Lorsque l'on détermine la géométrie de la jauge, il est préférable de faire en sorte que les efforts ou contraintes prenant leur origine dans la flexion aient une valeur négligeable par rapport aux efforts ou contraintes de torsiona Dans des conditions idéales, les efforts 15 utilisés sont égaux pour tous les éléments constitutifs. Si la ligne d'influence ne passe pas par le centre de symétrie des éléments de mesure, les contraintes appliquées aux éléments individuels ne sont pas égales, mais le profil général de déformation de la jauge complète est indépendant de la variation des bras de levier de 20 torsion» Le pont de mesure doit être conçu de façon que sa tension électrique de sortie soit également indépendante des dimensions des bras de levier de torsion à l'intérieur du système de jauge et cette tension électrique ne doit être proportionnelle linéairement qu'à la somme des déformations du système completo Dans le cas où une 25 force oblique se manifeste, le système de jauge ne détecte que la composante de force normale agissant sur l'axe longitudinal des éléments constitutifso La variation des bras de levier est compen*-sée gr&ce à la symétrie du système» La jauge conforme à la présente invention est eons— 30 tituée par une seule structure comprenant : des éléments de mesure dont les dimensions sont proportionnelles à la déformation, un bloc de liaison médian et des organes d'accouplement supérieur et inférieur» On va maintenant décrire la présente invention en 35 se référant au dessin annexé sur lequel : la figure 1a représente schématiquement la jauge de l'invention; la figuré" 1b montre la même jauge vue dans la direc— 69 21873 3 2011779 tion de la flèche représentée sur la figure 1; la figure Itî,. montre la disposition des éléments de mesure dans la jauge (en traits pleins) et la forme que prennent ces éléments sous l'effet d'une contrainte (traits interrompus); 5 la figure 2 montre une connection en pont possible et avantageuse de résistances de jauge de contrainte disposées sur les éléments de mesure individuels assurant une indépendance de bras de levier; la figure 3a montre une structure cylindrique permet— 10 tant de mesurer des forces de compression} la figure 3t) est une vue en bout de l'agencement de la figure 3a; la figure 4a représente un agencement destiné à mesurer les charges de traction; 15 la figure 4b représente une vue en bout de l'agencement de la figure 4a; la figure 5a montre un agencement permettant de mesurer une force de■compression et, à titre d'exemple, les contraintes appliquées aux éléments sont égalesj 20 la figure 5b montre l'état des éléments de mesure non soumis-à une charge (traits pleins) et l'état après leur déformation (traits interrompus); les figures 6a et 6b montrent un agencement dans lequel le plan déterminé par .l'axe de torsion des éléments de mesure 25 n'est pas perpendiculaire à la ligne d'influence de la force à mesurer, ce qui procure d'autres avantageso On va expliquer le moyen général de l'invention en se référant aux figures 1a, 1b, 1c et 2» Le système de jauge (figures 1a et 1b) est constitué par les éléments de mesure de tor-30 sion 1, 2, 3 et 4 qui sont maintenus ensemble et reliés par le bloc de liaison 5f les organes d'accouplement supérieur 6 et inférieur 80 La flèche 7 indique la force appliquée qu'il convient de mesurer, la flèche 9 montre la force de réaction qui équilibre la force à mesurer» La force à mesurer agit sur l'organe d'accouplement 35 supérieur 6, qui sollicite en torsion (suivant le bras 11) les éléments de mesure 3 et 4 qui sont accouplés rigidement à l'une des extrémités du bloc de liaison 5» Par l'intermédiaire de forces internes, une force de torsion, égale à la force à mesurer, s'exerce par 69 21873 4 2011779 l'intermédiaire du bloc de liaison 5 sur les éléments 1 et 2 accouplés à l'autre extrémité du bloc 5 (suivant le bras 1 2), en liaison avec l'organe d'accouplement inférieur 80 te profil déformé des éléments est représen— 5 té en traits interrompus sur la figure 1 Les éléments de mesure individuels qui se trouvent en rapport avec le bloc de liaison sont chargés par des moments de même valeur (vue dans le sens de la flèche B) dans 10 l'agencement donné,, Les faces latérales a et b des éléments 3, représentées par les sommets 31 à 36, prennent un profil représenté par les sommets 31, 32, 33* et les sommets 31, 34*, 36*, 35 respectivemento Sur les deux faces, par exemple, une contrainte de compression s'exerce dans la direction des diagonales 31, 33 et 15 34, 35 respectivement, et une contrainte de traction s'exerce dans la direction des diagonales 32, 34 et 31, 36 respectivemento Les contraintes s'exercent, de la même façon sur les âéments 1^ 2 et 4» Dans les éléments 1 et 2, l'effort est proportionnel au bras de levier 1^ et dans les éléments 3 et 4, l'effort est proportionnel 20 au bras de levier 1^. Si, par exemple, la force se déplace vers la droite d'une distance x (vue dans le sens de la flèche B) il convient alors de prendre en considération les bras de levier (l.j - x) et (I2 + x) respectivement. Pour que le pont de mesure soit à coup sûr indépendant du déplacement x» une variation de 25 résistance proportionnelle à la force à mesurer et aux constantes des bras de levier 1^ et 1^ doit être assurée dans les deux branches du pont» Les branches individuelles doivent, par conséquent, contenir des éléments qui constituent des résistances proportionnelles à l.j et 1^- Pour satisfaire à cette exigence, il faut pla— 30 cer l'élément de jauge de contrainte 18 sur l'élément de mesure 1 le long de la diagonale où se manifeste la force de compression, et l'élément de jauge de contrainte 19 le long de la diagonale où se manifeste la force de traction» Les résistances de mesures 20 et 21 se trouvant sur l'élément 2, les résistances 22 et 23 se trouvant 35 sur l'élément 3 et les résistances 24 et 25 se trouvant sur l'élément 4 doivent être disposées de la même manière que décrit ci-dessus» Il convient de mentionner que suivant les dimensions géométriques, des moments de flexion se manifestent aussi dans les élé— 69 21873 5 2011779 mentso Pour une section droite, donnée, ces poments dépendent aussi de la force à mesurer et des bras.de flexion 1^ e"k ^4» respectivement. Si, par suite, la force à mesurer est déviée de la valeur y, les bras varient à nouveau et deviennent ^h4 ' Tes~ 5 pectivemento Pour assurer l'indépendance des bras, les branches individuelles du pont doivent contenir des éléments proportionnels à ly et 1^4* On peut remplir les deux conditions de 1*indépendance des déplacements x et y, par exemple, comme représenté sur la figure 2, en formant la branche du pont à partir de la jauge de 10 contrainte de traction x 19 de 1*élément 1 et la jauge de contrains te de traction 25 de 1*élément 4 tandis que l'on forme la branche R^ à partir des jauges de contrainte de compression 18 et 24 des mêmes éléments, la branche R^ à partir des jauges 23 et 21, et la branche R^ à partir des jauges 22 et 20o 15 Dans des conditions idéales, la ligne d'in fluence de la force 7 est perpendiculaire au plan déterminé par les éléments 1, 2, 3 et 4 (figure 1a) et les égalités 1^*1^ et et lj^ sont aussi valables,, mais non pas impératives0 Si la force à mesurer agit suivant la ligne d'influence représentée par la droite 20 I - I, qui fait un angle a avec la. perpendiculaire au premier plan^ seule une composante de force normale entraîne une déformation et la connexion de pont donnée compense automatiquement les déviations x ou y et, sans cela, il faut prendre en considération les moments, avec les bras de levier l| ou l|» 25 Les figures 3a et 3b montrent un autre exem ple de l'invention0 Les éléments 1? 2, 3 et 4 sont formés par la paroi d'un cylindre 26, tandis qu'aux deux extrémités du cylindre des^cavités 27 et 28 sont formées de manière qu'une partie inférieure épouse la forme du bloc de liaison 5s On a ouvert ce bloc 30 sur ses côtés opposés dans le sens de l'axe longitudinal du cylindre sur une dimension Mv", en enlevant la surface 40 pour laisser les nervures 38 et 39, en obtenant ainsi un système cylindrique analogue au système de jauge de masure représenté sur la figure 10 A titre d'autres exemples, les figures 4a et 35 4b montrent un agencemait permettant de mesurer des forces de traction à partir d'une jauge à base angulaire. Le processus est identique au procédé décrit à propos de la figure 3a0 La force à mesurer et la force de réaction sont représentées par des flèches 10 et 11 69 21873 6 2011779 sur la "tige supérieure 12 et la tige inférieure 13» La figure 5a montre un agencement où les forces agissent sur les éléments de masure 1, 2, 3 et 4 symétriquement et inversement par rapport au bloc de liaison 5o La figure 5b montre 5 l'état déformé des éléments de mesure. Les éléments de la jauge de contrainte sont placés sur les faces supérieure et inférieure de façon telle que, par exemple, les résistances de la jauge de contrainte mesurant la traction ne soient placées que sur la face supérieure, les résistances de la jauge de contrainte mesurant la 10 compression se trouvant sur la face inférieure des éléments de mesure. Le pont doit être composé suivant le procédé décrit à propos de la figure 1a„ Ici, le bloc de liaison 5 est également soumis à un effort de torsion notable. Dans certains cas, il peut être préférable de placer les éléments du pont sur le bloc. Avec des trans— 15 dueteurs mesurant des forces très élevées , on peut utiliser avantageusement le bloc de liaison comme élément supportant la charge^ Les figures 6a et 6b montrent respectivement un autre exemple en élévation de face et en élévation de profil où la force à mesurer fait un aigle g avec la perpendiculaire au 20 plan déterminé par l'axe de torsion des éléments consécutifs 1^ 2, 3 et 4, 69 21873 7 2011779 REVENDICATIONS 1 » Transducteur électromécanique de mesure comprenant des éléments de mesure détecteurs de torsion appropriés pour mettre en place des jauges de contrainte, ce transducteur étant caracté-5 risé par le fait qu'un bloc de liaison et un organe d*accouplement supérieur et un organe d'accouplement inférieur supportent les éléments de mesure pour former une structure unique, rigide, symétrique et à trois dimensions, de façon telle que l'axe longitudinal des éléments de mesure se trouve dans le même plan® 10 ~ 2o Transducteur électromécanique de mesure suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les éléments de mesure, conjointement avec leur bloc de liaison et leurs organes d,accouplement, forment une structure plane<> 3o Transducteur électromécanique de mesure suivant 15 les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les.sections transversales des éléments de mesure sont variables» 4» Transducteur électromécanique de mesure suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les éléments de mesure ne sont limités qu*à une seule section transversale et 20 que les résistances de la jauge de contrainte sont placées suivant un angle, de préférence égal a 45e, par rapport à la ligne d*intersection de cette section transversale avec la surface parallèle à la tangente de la projection de 1*effort ou contrainte»