Brevet FR2004679A1 — publié le 19691128

L'invention concerne la mesure de forces au moyen de la déformation d'un élément sous l'effet d'une force, une cavité remplie de liquide étant prévue dans l'élément de sorte que sous l'effet d'une force appliquée à l'élément la cavité est comprimée et le liquide est forcé de sortir vers un tube relié à la cavité. La variation de la quantité de liquide présente dans le tube est une mesure de la force. Dans les appareils du type indiqué, il existe une incidence de la température par suite de la dilatation thermique de la matière qui entoure la cavité ou du liquide qu'elle contient, ce qui fait que le volume de la cavité lorsqu'elle ne subit aucune force, ainsi que la quantité de liquide dans le tube, dépendent de la température. Pour compenser cela, il est connu, par le brevet suisse NO 384 245, de prévoir un organe thermosensible qui contrarie la variation causée par la température. On a trouvé qu'il était difficile d'obtenir de cette manière une compensation satisfaisante de l'incidence de la température sur la mesure. Cela est dû au fait que le procédé connu ne tient pas compte de l'influence du coefficient d'élasticité sur la matière soumise à la force, qui est aussi variable selon la température. L'invention a pour but de supprimer ce défaut dans les appareils de mesure de force utilisant un élément sensible à la force, conçu pour supporter la force à mesurer et présentant intérieurement une cavité remplie de liquide ainsi que des moyens propres à mesurer la variation de la quantité de liquide contenue dans la cavité afin de déterminer la force exercée sur celle ci, et des moyens reliés à la cavité de manière à contrarier l'incidence de la température sur cette variation, et elle est caractérisée par le fait que 11 élément sensible à la force est formé d'une matière dont le module d'élasticité est pratiquement indépendant de la température. Les figures I à 5 montrent, en coupe axiale, des modes d'exécution de l'invention. Sur la figure 1, on a désigné par 1 un tube cylindrique en métal, par exemple en fer ou en acier. Aux extrémités supérieure et inférieure, il est fermé par des joues 2 et 3 de la même matière. La cavité 4 ainsi formée communique avec un tube en verre 5, de préférence de dimensions capillaires, par exemple de 0,3-0,4 mm de diamètre. La cavité 4 est remplie d'un liquide qui pénètre dans le tube 5. Le volume du liquide est appelé V'. La surface terminale ou ménisque entre liquide et air dans le tube est appelé U.Le cylindre 1 dépasse de préférence la joue 2 vers le haut, d'une courte distance a et de mime, il dépasse la joue 3 vers le bas, d'une courte distance lb, ou encore, le cylindre est renforcé aux deux extrémités de toute manière appropriée, afin d'éviter les perturbations ou tensions supplémentaires de la matière quand le cylindre est sollicité uniformément, sur sa périphérie, par une force P'. Ces tensions supplémentaires pourraient déformer les joues 2 et 3 et la diminution de volume de la cavité 4 ne serait pas proportionnelle à la force P'. On applique maintenant une sollicitation P' au cylindre 1 mais non aux joues 2 et 3, la force P' étant uniformément distribuée sur la circonférence.Le cylindre 1 est alors comprimé, habituellement d'une fraction de millimètre seulement et le ménisque U se déplace vers la droite sur la figure. On peut lire sa position sur une échelle et elle constitue une mesure de P'. Mais cela n'est vrai qu'à une certaine température t. Si la température varie, le liquide se dilate ou se contracte de sorte que le déplacement est fonction de P' et de t à la fois. Pour compenser cette erreur, on a prévu un soufflet 6 qui est actionné par une servocommande ? en réponse à tout écart de la position du-ménisque U en l'absence de charge, de manière à rétablir cette position. La structure de la figure 2 diffère seulement de celle de la figure 1 par le fait que la joue 2 est remplacée par un élément en cuvette 2a formé de la même matière, par exemple de fer ou d'acier. Le volume V' est cette fois beaucoup plus petit et le soufflet 6 peut aussi être plus petit en conséquence. Dans la disposition de la figure 1 comme dans celle de la figure 2, on trouve qutil y a encore une erreur qui dépend de la température et qui semble, par nature, impossible à compenser en fonction de la température seulement. Pour éliminer cette erreur, l'invention propose de choisir, pour le cylindre qui est soumis à la force P', une matière qui a un module d'élasticité pratiquement constant. Sur la figure 3, le cylindre 1 est formé d'un alliage dont le module d'élasticité est pratiquement indépendant de la température. Mais le coefficient de dilatation thermique n'est pas nul, bien qu'il soit de faible valeur. Comme exemple d'un tel alliage, on peut citer celui qui comprend 42 % de Ni, 5 de Cr, 2,4ode Ti et 0,5 ffi de Al, le reste étant formé de fer. La majeure partie de la cavité intérieure du cylindre 1 est remplie par un élément 2b dont le coefficient de dilatation thermique est approximativement nul. Cela assure une certaine compensation de température. Pour assurer une compensation complète de température, on a prévu des éléments sphériques 1' et 2'b.La coquille sphérique i' peut être en cuivre ou autre métal à forte dilatation thermique et la sphère 2'b doit avoir un coefficient de dilatation thermique approximativement nul. L'espacement compris entre la coquille 1' et la sphère 2'b communique avec la cavité comprise entre les éléments 1 et2b. il importe peu que la coquille 1' ait un module d'élasticité variable en fonction de la température puisqu'elle n'est soumise à aucune force. Les éléments 1' et 1 sont en contact thermique de sorte qu'ils sont toujours à la même température. Quand la température s'élève, ltespacement entre les coquilles l' et 2'b devient plus grand et compense le déplacement de U sous l'effet de la température.Un avantage important de la disposition de la figure 3 est que les organes thermosensibles 'i', 'b sont séparés de l'élément sensible à la force 1. Cela permet de choisir pour l'élément zl une matière à module d'élasticité constant et pour les organes thermosensibles des matières convenant à cette fonction. il semble que ces deux conditions soient incomptabiles car les matières connues à module d'élasticité constant ont un très faible coefficient de dilatation thermique. La figure 4 montre un mode d'exécution dans lequel des tractions sont engendrées dans l'élément sensible à la force. Une cuvette comprenant une portion cylindrique 2'a et une portion de fond 2*a est fixée à l'intérieur de la portion supérieure dy cylindre 1. On suppose que la force à mesurer est d'un ordre plus faible que dans les modes d'exécution précédents. Le cylindre 2'a présente donc des parois minces tandis que le fond 2"a est épais, afin d'éviter les erreurs dues à des déformations élastiques. Si la force P' doit entre mesurée avec précision, les éléments -i, 2'a, 2"a et 3 doivent avoir le même coefficient de dilatation et au moins la portion à paroi mince c'a doit avoir un module d'élasticité indépendant de la température. La coquille 7' peut être en cuivre et la sphère 2'b en verre ou en "Invar".La force P' peut être appliquée au fond 2"a au moyen d'un piston non représenté. il existe d'autres marques d'acier dont les modules d'élasticité sont indépendants de la température. L'une de cellenci est l'"Invar" additionné de 12 % de Gr, donc un alliage comprenant g6% de Ni, -42% de Ur, le reste étant formé de fer. Le métal appelé "Elinvar" et contenant 42 % de Ni possède. aussi cette propriété. La figure 5 montre la possibilité de placer les organes thermosensibles à l'intérieur de la cavité du cylindre 1. La coquille 1 de la figure 5 correspond à la coquille 1' de 1a figure 3. L'élément 2"b correspond à 2'b, l'élément 2b' 'corres- pond à Zb et les éléments correspondants ont la même fonction. L'élément 1", qui a une grande dilatation thermique, est fixé her métiquement en 9 à la partie supérieure de l'élément 2b' dont la dilatation thermique est pratiquement nulle. Entre les éléments 1" et 2b-' est compris un espacement étroit 8 qui est hermétiquement clos et peut contenir de l'hydrogène qui a une bonne conductivité thermique. Les parois des éléments 1 " et 2b' doivent être assez solides pour résister à des variations de la pression d'hydrogène en fonction de la température, qui pourraient autrement influencer la masure de P'. - SEVENDLOATIONS- 1.- Appareil de mesure de forces qui comprend un élément sensible à la force conçu pour subir une force à mesurer et contenant une cavité remplie de liquide, des moyens propres à mesurer la variation de la quantité de liquide contenue dans la cavité afin de déterminer la force, et un organe thermosensible relié à la cavité de manière a contrarier l'incidence de la température sur la variation, appareil caractérisé par le fait que l'élément sensible à la force est formé d'une matière dont le module d'élasticité est pratiquement indépendant de la température. 2.- Appareil selon 1, caractérisé par le fait que l'organe thermosensible est séparé de l'élément sensible à la force. 3.- .Appareil selon 2, caractérisé par le fait que l'organe thermosensible comprend une paroi extérieure et une paroi intérieure ayant une dilatation thermique différente et formant entre elles une chambre à volume variable. 4.- Appareil selon 1 à 3, caractérisé par le fait que l'élément sensible à la force comprend un cylindre muni d'éléments de fermeture près de ses extrémités et conçu pour subir la force en direction longitudinale. 5.- Appareil selon 4, caractérisé par le fait que l'organe thermosensible comprend une portion cylindrique située à l'intérieur du cylindre, vers l'un des éléments de fermeture, et porte à son extrémité l'autre élément de fermeture.