Brevet FR2010072A1 — publié le 19700213

La présente invention se rapporte à des systèmes mécahi ques de mesure de charges, et en particulier, mais non pas exclusivement, au système de mesure de charges d'une machine de pesage ou d'essai du type à indication directe. I1 est bien connu de prévoir un système de mesure de charges comportant au moins un levier pivotant sur un chtssis fixe, avec un dispositif pour appliquer une charge à mesurer sur le levier, à l'encontre d'une résistance opposée egalement appliquée sur le levier1 le déplacement angulaire du levier étant mesuré pour donner une mesure de l'amplitude de la charge. lorsque la résistance utilisée est un ressort, on trouve en pratique que la relation entre la charge appliquée sur le levier et le déplacement mesuré de celui-ci n'est pas linéaire. I1 est possible d'apporter une correction pour donner lieu à une relation linéaire sous charge nulle, sous charge de pleine capacité et sous charge de demi-capacité, mais une erreur non linéaire subsiste sur les étendues comprises entre z* ro et la si-capacit8, et entre celle-ci et la pleine capacité0 Cee erreurs résiduelles sont généralement de meme importance et de sens opposés dans le cas d'une simple résistance par ressorts L'objet de l'invention consiste à créer un dispositif de compensation qui intervient pour donner lieu à une relation 3ubstantieilement linéaire entre la charge et le déplacement, sur toute l'étendue comprise entre la charge nulle et celle de pleine capacité d'un système de mesure. Conformément à l'invention, un système mécanique de mesure re de charges, comportant au moins un levier pivotant sur un chtssis fixe, un dispositif pour appliquer une charge à mesurer sur le levier, de manière à ce qu'elle exerce un moment de ro tation autour de son point de pivotement, une résistance exer çant un moment de rotation opposé sur le leviers et un disposi- tif de mesure enregistrant l'amplitude du déplacement angulaire du levier, provoqué par la charge, pour donner la mesure de 1' amplitude de la charge, est caractérisé par le fait qu'un dispos sitif à ressort compensateur 24 est raccordé entre le chassies et une partie relativement mobile du levier ou du dispositif de me- sure, de façon à appliquer un moment compensateur au levier, qui varie avec l'amplituie du déplacemeht du levier, au moins sur une partie de l'étendue fonctionnelle du système, et qui s'oppose b une erreur non linéaire autrement inhérente, comme entre lampli- tude de la charge appliquée et l'amplitude du dit déplacement angulaire. Trois réalisations préférées de l'invention sont décrites ci-dessous à la lumière des dessins ci-joints dans lesquels la figure 1 est une vue de profil schématique d'un mécanisme de mesure comportant un système de mesure de charges conforme à l'invention la figure 2 est le diagramme de la relation entre la charge appliquée et le déplacement du levier pour un mécanisme ne comportant pas l'invention la figure 3 est le diagramme d'un exemple de l'action compensatrice qu'entratne l'invention la figure 4 est une vue de profil du mécanisme à res Ort compensateur utilisé dans le système système montré dans la fig.1 ;; la figure 5 est une vue de face, en élévation, du méca- nisme montré dans la fig. 4 la figure 6 est le schéma de la fonction correctrice dt un ressort de compensation dans une autre disposition du méea- nisme montré dans la fig. 1 ; la figure 7 est le schéma d'un mécanisme à ressort compensateur dune deuxième réalisation de l'invention ; la figure 8 est un diagramme montrant les actions com pensatricee des dispositions montrées dans les figs. 6 et 7; et la figure 9 est une vue de profil schématique d'un mécanisme de pesage comportant une troisième réalisation de 1' in- Invention. Si l'on se réfère maintenant à la fig. 1, le système de mesure de charge d'une machine de pesage comporte un fléau 12 pivotant en 13 sur un châssis fixe 14. Une charge à mesurer est appliquée sur le levier par un mécanisme à interleviers conven- tionnel de machine à peser (non figuré) et par un maillon se raccordant à un pivot 11 se trouvant a une certaine distance du point de pivotement 13.Un organe résistant 15, en forme de ressort de traction, raccorde l'extrémité 7 du fléau, opposée au point de pivotement 13, à un point fixe 16 du chassie 14, de sorte que l'extrémité 17 du levier 12 est tirée vers le haut lorsqu'aucune charge n'est appliquée, et que le levier déprit un mouvement angulaire sous l'action du moment de rotation d'une charge appliquée au point .11, à l'encontre du ressort résistant 15, l'amplitude du déplacement angulaire en question variant suivant l'importance de la charge appliquée. Un levier indicateur 18 est monté sur un axe 19 qui pivote sur le châssis 14, et il est raccordé en montage^pivotant au levier 12 par une~tShgle de transmission 20 placée entre le point de pivotement 22 sur le levier 18 et le point de pivotement 21 sur le levier 12, de sorte que la déviation angulaire de ce dernier entrane une déviation angulaire proportionnelle du levier indicateur 18, mesurée visuellement sur une échelle graduée 23 au moyen d'un système de projection optique (non figuré).Le système est ajusté par des moyens conventionnels (par exemple en ajustant la position du point de pivotement 16, pour faire varier ltangle sous lequel le ressort résietant 15 agit sur le levier 12), de sorte que pour la moiti de la charge de pleine rapacité appliquée sur la machine, le fléau 12 et le levier indicateur 18 sont tous deux horizontaux, et que la trin gle de transmiesion 20 est verticale, et l'échelle 23 indique le poids correct. Un ressort compensateur en forme de ressort de traction, à boudin, 24, est monté entre un poit pivotant d'ancrage 25 prévu sur le châssis fixe 14 et une attache pivotante 26 à 1' extrémité supérieure du bras 27; le bras 27 est monté sur l'axe 19 en relation rigide avec le levier 18 de façon à constituer une équerre de renvoi. Le montage du ressort 24 est décrit plus loin avec plus de détails. lorsque le système est chargé à sa demi- capacité (comme le montre la fig. 1), le pivot 19 du levier indicateur 18 et les deux points d'attache 26 et 25 du ressort compensateur 24 se trouvent tous sur une msme droite, de sorte que le ressort n' Exerce aucun moment de rotation sur le système de leviers. En supposant que le ressort compensateur 24 n'existe pas, le diagram- me de la fig. 2 montre comment la déviation du levier indicateur 18 (axe des y sur le diagramme) se situerait par rapport à la charge mesurée (axe des x sur le diagramme). Les écarts de la déviation angulaire du levier 18 par rapport à une fonction linéaire sont symétriques par rapport à la position de charge à demi-capacité (x' sur le diagramme), mais ils sont de signes opposés. La position de pleine charge est indituSe en x". ainsi donc, si l'échelle 23 est graduée en parts égales de charge pour des parts égales de déviation angulaire du levier 18, on obtient une erreur d'indication positive (c'est-à-dire quel'échelle in digue une charge plus grande que eelle réellement appliqué lorsque la charge se trouve sur l'étendue entre zéro et la demi- pleine charge; et une erreur négative est obtenue sur le restant de l'étendues L'action résultant de l'installation d'un ressort mon- té suivant la façon du ressort 24 de la réalisation décrite maintenant, sur un système dont les caractéristiques indicatrices étaient linéaires (cest-à-dire où la charge appliquée était directement proportionnelle à la déviation angulaire du système de leviers sur toute son étendue), est montrée BOUS la forme d' un diagramme dans la fig. 3, où l'axe des x représente la char- ge appliquée à mesurer, et où l'axe des y représente la déviation par apport à la linéarité de l'indication donnée par un levier indicateur. Cette déviation est complémentaire à la déviation par rapport à la linéarité montrée dans la fig. 2.Il en résulte que l'application du ressort compensateur 24 élimine eubstan- tiellement les erreurs non linéaires inhérentes au mécanisme, lorsque le ressort est convenablement ajusté. Le ressort 24 et ses montages sont montrés avec plus de détails dans les fige. 4 et 5. Le bras 27 est monté sur un axepivot 19 du levier indicateur 18 et il est empêché d'exécuter un mouvement angulaire par rapport au dit axe par une vis de aerrage 29. Le bras 27 comporte une saignée longitudinale pour re- avoir une broche 30 destinée à porter un premier bloo d'anerage 31. Le bloc 31 comporte un palier 32 dans lequel passe une broche-pivot 26 destinée à recevoir un étrier 34 pouvant pivoter de façon à Store en mesure d'effectuer un mouvement angulaire autour d'un axe parallèle à l'axe de l'axe-pivot 19.L'étrier 34 porte une menotte 35 à laquelle est accrochée l'extrémité inférieure du ressort 24. autre extrémité du ressort est montée au moyen d'un étrier analogue 36 portant une menotte 37, et la broche-pivot 25 est portée dans un palier 39 d'un second bloc d ancrage 40. Le second bloc 40 est monté sur un support 41 fixé au châssis 14.Le support 41 comporte une saignée longitudinale dans laquelle passe une broche 42 pour fixer le second bloc 40 et l'axe de pivotement de l'étrier 36 dans ce bloc est parallèle à l'axe de pivotement de l'autre étrier 34. lies broches 30, 42 sont en mesure d'être positionnées dans leurs saignées respeoti- ves pour faire varier la traction du ressort 24, l'écartement des pivots 25 et 26, et aussi pour faire varier la longueur cf- fective du bras 27. La vis 29 permet de faire varier la position angulaire du bras 27 par rapport au levier indicateur 18. D'autres ajustements sont possibles en faisant varier la raideur du ressort par des moyene connue. La fig. 6 est un schéma du fonctionnement du ressort 24, où le bras 27 occupe une position angulaire, de sorte que le pivot d'attache 26 n'est plus en alignement avec le pivot 19 et le pivot d'attache fixe 25 dans la position de demi-chirge. La fig. 6 montre ce système dans cette position, c'est- à-dire avec levier 18 horizontal et, dans cette position, le bras 27 forme una:gIe Q par rapport à la verticale, l'étendue du mouvement du bras 27 sur toute l'étendue du pesage étant indiquée par les lignes en traits interrompus 44, 45. L'effet de 1 accroissement de l'angle Q à partir de 0, consiste à déplacer le point auquel la courbe montrée dans le diagramme de la fig.3 (s) coupe l'axe, à l'écart de la position de charge à demi-ca pacité, et dans une direction soit vers zéroloit vers la position de pleine charge (x"), suivant que l'angle Q est positif ou négatif.Si Q est augmenté au-deli d'un certain angle, le point tombera en dehors de l'étendue de la machine, de sorte que la courbe du diagramme aura le même signe sur toute son étendue Q peut être augmenté jusqu'à ce que le rayon du bras soit per pendicrulaire à la ligne verticale 19-25 de la fig. 6, ce qui donne lieu à une courbe positive symétrique montrée en (a) dans le diagramme de la fig. 8, ou bien, Si l'on fait crotte Q dans le sens opposé, à la courbe négative (b) de la fig. 8. La fig. 7 montre le dispositif compensateur d'une deuxième réalisation de l'invention, utilisant les effets exposés dans le dernier paragraphe précédent. Dans cette réalisation t un fléau et un levier indicateur sont agencés pour fonctionner comme la chose est décrite à la lumière de la fig. I, et un bras 27 est placé perpendiculairement au levier indicateur, de manlèm re à occuper une position verticale à la position de charge à demi-capacité. En lieu et place du ressort compensateur 24, une paire de ressorts de traction, à boudin, identiques, 50 et 5?, sont fixés en montage pivotant au bras 27, en 26, et ils s'étendent dans des directions opposées vers des points de montage fixes, respectifs, 52 et 53 sur le chassies 14 de la machine. Dans cette réalisatíon, à la position de charge à demi-capacit montrée dans la fig. 7, les points de montage 52 et 53 et le point d'attache 26 se trouvent sur une droite, Cette disposi-~ tion donne lieu à la formation dune courbe compensatrice symétrique résultante, montrée en (c) dans le diagramme de la fig. 8. Une fois de plus, l'ajustement de la position angulaire du bras 27 par rapport au levier indicateur fera varier le point auquel la courbe compensatrice (c) coupe l'axe de la façon décrite à la lumière de la fig. 6e Si l'on se réfère à la fig. 9, on y trouve une troisième réalisation de l'invention. Une machine à peser comporte un levier 110 en forme de fléau à deux bras égaux, pivotant en un point de pivOtement 113 monté sur un chassie fixe 114 de la machine. Une paire de ressorts principaux de traction; hélicoïdaux, iden- tiques, 119 et 120 sont raccordés chacun en montage pivotant à un bras respectif du fléau, en 117 et en 118, et stétendent jusqu' à des seConds raccordements pivotants respectifs d'ancrages 121 et 122 sur le chassie 1140 Les pivots de raccordement 117 et 118 sont espacés à des distances égales le long du fléau sur les ct- tés opposés du point de pivotement 113; les deux ressorts principaux ont des caractéristiques identiques et les deux ancrages 121 et 122 sont espacés à des distances égales en-dessous du levier lorsque ce dernier est horizontal.Ainsi chaque ressort exerce un moment de rotation égal et opposé sur le fléau 110 autour de son poin de pivotement 113, d'où les forces qu'ils exercent sur le fléau l'amènent dans la position horizontale que montre le dessin. Une tringle de raccordement 115 est attachée au fléau par un raccord en pivot 116, en un point entre le point de pivo tementll3 du fléau et le point d'attache 117 du ressort. Cette tringle~est raccordée au mécanisme conventionnel à 'interle- viers, alors qu'une charge à peser est appliquée sur le levier 110 en tant que moment de rotation autour de son point de pivotement. A l'extrémité du bras du fléau auquel la tringle 115 est attachée, est montée une échelle graduée 123 permettantqu' un mouvement angulaire du fléau soit lu par rapport à un point de repère fixe, à l'aide d'un système de projection optique conventionnel (non figuré). À l'extrémité du bras opposé à l'échel- le 123, se trouve un poids 124 qui équilibre ce côté du fléau vers le bas, de sorte qu'on enregistre une lecture sur l'échelle 123 lorsqu'aucune charge a'est appliquée sur le fléau, et de ma- fière telle que le fléau prend une position horizontale comme montre me dessin, pour une charge à demi-capacité.Dans cette dernière position, les ressorts 119 et 120 exercent des moments égaux et opposée sur le fléau, comme déCrit ci-dessusO L'agencement des ressorts 119 et 120 assure que la relation entre la charge appliquée sur le fléau et le déplacement angulaire du fléau est linéaire aux charges nullea,à demi-capacité, et à pleine capacité, en laissant subsister une erreur non linéaire sur les é- tendues entre ces positions, de la même façon que celle qui est tendues entre ces positions, de la meme façon que celle qui est décrite à la lumière de la première réalisation décrite. Ces erreurs résiduelles sont compensées par le moyen d'un ressort compensateur en forme d'un ressort de traction hélicoïdal 124. L'une des extrémités du ressort 124 comporte un montage pivotant 126 sur un bras 127 faisant corps avec le fléau 110 et per pendiôulaire à celui-ci, immédiatement en-dessous du point de pivotement 113 alors que l'autre extrémité du ressort 124 a un raccord pivotant 125 sur un ancrage fixe du chasais 114. La disposition est télle que le point de pivotement 113^ainsi que les pivots de ressort 126 et 125 se trouvent tous sur une droite lorsque le fléau 110 se trouve en position de demi-chargeO Le montage et le fonctionnement-du ressort compensateur 124 sont les mimes que ce qui est décrit à la lumière de la preib- re réalisation de l'invention. On peut faire varier la construction et la disposition du fléau 110 ainsi que de la paire de ressorts principaux 119 et 120. il convient que les deux ressorts aient la même raideur Tée mtmes charges de reprise et les memes longueurs verticale. effectivee lorsque le fléau est horizontal, leurs raccordements au fléau se trouvant à des rayons égaux par rapport au point de pivotement. On peut toutefois utiliser deux ressorts principaux différents, et on peut les raccorder au fléau à des rayons différents, à cpndition qu'ils exercent des moments de rotation égaux et opposés sur le fléau lorsqu'il se trouve dans la position de demi ou de pleine charge0 Dans toutes les réalisations décrites ci-dessus, on peut faire varier le montage du ressort compensateur, ou des ressorts, à condition que l'action de la force exercée par le ressort au cours du mouvement du levier indicateur soit la même. il n'est donc pas essentiel que les points de pivotement du ressort se trouvent dans- le plan du mouvement angulaire du levier. Les montages pivotants du ressort compensateur, ou des ressorts peuvent être libres d'effectuer un mouvement angulaire dans une, deux ou trois directions, comme par l'usage d'un joint articulé universelle EEV:ENDICAtIONS 1. Système mécanique de mesure de charges, comportant au moins un levier pivotant sur un chtasis fixe, un dispositif pour appliquer une charge à mesurer sur le levier, de manière à ce qu'elle exerce un moment de rotation autour du point de pi pivotement du levier, une résistance exerçant un moment de rotation opposé sur le levier, et un dispositif de mesure enregistrant lt amplitude du déplacement angulaire du levier, provoqué par la charge pour donner une mesure de l'amplitude de la charge, caractérisé par le fait qu'un dispositif à ressort compensateur est raccordé entre le chassis et une partie relativement mobile et du dispositif de mesure, de façon à appliquer un moment compensateur qui varie avec l'amplitude du déplacement angulaire du levier, au moins sur une partie de l'étendue fonctionnelle du système, et qui est en opposition avec une erreur non linéaire autrement inhérente, comme entre l'amplitude de la charge appliquée et l'amplitude du dit déplacement angulaire. 2. Système de mesure de charges, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la résistance comprend au moins un ressort de traction, ajustable de manière à ce que la relation entre l'amplitude de la charge appliquée et l'amplitude du déplacement angulaire du levier soit linéaire lorsque ladite charge est nulle, à demi ou à pleine capacité de charge de celle-ci, et à ce que l'erreur non linéaire opposée par le moment compensateur intervienne sur les étendues entre lesdites valeurs de la charge. 3. Système de mesure de charges selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la résistance comprend une paire de ressorts de traction dont chacun exerce un moment de rotation égal et opposé sur le levier lorsqu'on y applique une charge h demi-capacité. 4. Système de mesure de charges, selon la revendication 32 caractérisé par le fait que la résistance comprend en plus un poids monté sur le levier pour équilibrer le système 9 pour don- ner une lecture de zéro du dispositif de mesure lorsque aucune charge n'y est appliquée. 5. Système de mesure de charges, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le dis poeitif à ressort compensateur comprend un ressort hélicoSdal de traction raccordé en montage pivotant entre un point fixe sur le châssis et un point sur un bras formant une partie relativement mobile du système. 6. Système de mesure de charges, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le dispositif à ressort compensateur comprend une paire de ressorts hdliooSdaux de traction dont chacun est raccordé en montage pivotant entre des points fixes respectifs sur le chassie et un point sur une partie relativement mobile du système. 7. Système de mesure de charges, selon l'une des revendicationa 5 ou 6, caractérisé par le fait que le dispositif à ressort compensateur n'exerce aucun moment compensateur sur le levier lorsque ce dernier est déplacé angulairement par une charge à demi-capacité du système. 8. Système de mesure de charges, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par un dispositif pour l'ajustement du déplacement angulaire auquel le moment compensateur est appliqué au levier. 9. Système de mesure de charges, selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ledit dispositif d'ajustement comprend une pince sur un bras auquel bras ledit moment compeni3a- teur est appliqué, pour faire varier la situation angulaire du dit bras par rapport à une partie du levier auquel la charge et la résistance sont appliquées, 10. Système de mesure de charges, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que 1, ampleur du moment de compensation appliqué au levier est an par sure d'entre ajusté. 11. Système de mesure de charges, selon la revendication 10, caractérisé par le fait que le dispositif d'ajustement de ladite ampleur comprend un dispositif pour faire varier la Si- tance entre le point auquel ledit moment est appliqué à un lei-, vier du système, et le point de pivotement de ce levier0 12. Système de mesure de charges; selon l'une des revendications 10 ou 11, aractérisé par le fait que le dispositif d' ajustement de ladite ampleur comprend un dispositif pour faire varier la distance entre le point auquel le dispositif à ressort compensateur est raccordé au chtvsiat et le point de pivotement du levier0 13.Système de mesure de charges, selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé par le fait que le dis- positif d'ajustement de ladite ampleur comprend un dispositif pour faire varier la traction du dispositif à ressort compensateur. 14. Système de mesure de charges, selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé par le fait que le-dispositif d'ajustement de ladite ampleur comprend un dispositif pour faire varier la raideur du dispositif à ressort compenaa tueur. 15. Sgstème de mesure de charges, selon leune quelconque des révendications précédentes, caractérisé par le fait que la résistance agit sur un premier levier auquel est appliquée la charge à mesurer, et que le dispositif de mesure comprend un se- cond levier auquel le dispositif à ressort compensateur est directement raccordé, lesdits premier et second leviers étant in terconnectés par une tringle pour transmettre le mouvement du premier levier au second levier. 16. Système de mesure de charges, selon lune quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le dispositif dg(resure comprend un système de projection optique. 17. Tachine à peser comportant un système de mesure de chargés selon l'une quelconque des revendications précédentes.