Brevet FR2000766A1 — publié le 19690912

-1- 2000766 La présente invention est relative à "une balance pourvue d'un fléau, suspendu de manière à pouvoir pivoter au moyen d'un fil de tension horizontal, ainsi que d'une bobine de mesure qui maintient ou amène le fléau en position d'équilibre. 5 Dans le présent mémoire, le terme "fil" peut également désigner un ruban étroit. Malgré les avantages connus de la suspension par fil de tension par rapport à la suspension sur couteaux, avantages parmi lesquels on peut citer l'absence de frottement, la robustesse et 10 le fait que l'axe de pivotement ne se déplace pas (chaque système de suspension à couteaux étant en principe une suspension à galets), ce système de suspension n'a cependant pas encore trouvé d'utilisation généralisée. L'une des causes de cet état de fait est qu'il se mani-15 feste un couple proportionnel à la déviation, par suite de la torsion du fil. Ce couple exerce une action stabilisatrice sur le fléau et diminue de ce fait la sensibilité de la balance. Il est connu d'accroître la sensibilité d'une balance en plaçant le centre de gravité du fléau et de ses accessoires 20 plus près de lfaxe de pivotement. Ceci est le plus souvent réalisé au moyen d'un écrou de réglage, agencé au-dessus de l'axe de pivotement. L'inconvénient présenté par cette solution est que l.'on fait usage de la pesanteur, de sorte qu'un réglage précis au niveau à bulle d'air est rendu nécessaire. 25 La présente invention prévoit une solution à -ce pro blème, laquelle consiste à monter des organes coopérant magnétiquement, un au moins de ces organes étant agencé en position fixe et un, au moins, étant relié àu fléau, ces organes étant agencés de telle manière l'un par rapport à l'autre qu'un couple 30 agisse sur le fléau quelle que soit la position de ce dernier, couple qui compense le couple de torsion du ou des fils de tension. Il est possible d'obtenir de cette manière un équilibre neutre sans charge supplémentaire du fléau et sans avoir 35 recours à l'utilisation de la pesanteur, cette solution permettant de tirer un profit maximum des avantages offerts par les fils de tension. La présente invention peut être réalisée sous des modes de réalisation très différents, ces modes de réalisation 40 différents correspondant les tins aux autres en ce sens que l'or 69 01517 -2- 2000766 gane mobile, considéré en soi, se trouve en équilibre instable dans la position d'équilibre du fléau. Ceci permet un mode de réalisation dans lequel un troisième organe est disposé entre deux organes reliés les Tins aux 5 autres, ce troisième organe étant attiré par les deux autres et dans lequel .ce troisième organe est connecté au fléau, les deux autres organes étant fixes ou inversement. Les deux organes peuvent être des aimants permanents ou des électro-aimants ou être constitués de fer doux ou matière 10 similaire. Dans les deux premiers cas, le troisième organe peut être du fer doux, un aimant permanent ou un électro-aimant, dans le troisième cas, "un aimant permanent ou un électro-aimant. L'avantage présenté par l'utilisation d'électro-aimants réside dans le fait que la force magnétique peut être réglée 15 avec grande précision à la valeur souhaitée. En outre, la masse des bobines d*électro-aimant peut être très faible, ce qui revêt une grande importance lorsqu'on dispose sur le fléau des bobines sans noyau. Selon un mode préféré de réalisation de la présente 20 invention, l'organe connecté au fléau est constitué d'une bobine qui est placée.de telle manière, à proximité des pôles d'un aimant faisant office d'organe fixe, que lors de l'excitation de la bobine, des forces dirigées en sens opposés agissent sur la bobine, forces dont la somme augmente avec la déviation du fléau 25 et ce dans le même sens que cette déviation» Lorsque la bobine est agencée en un des endroits éloignés du fil de tension, le couple procédant de la bobine et agissant sur le fléau présente un bras de levier bien plus grand que lorsque la bobine est agencée près du fil de tension, c'est-à-30 dire l'endroit où se trouve le plus.souvent agencée la bobine de mesure. Ceci permet une construction plus simple et plus légère, tandis qu'un réglage très précis est rendu possible. La bobine peut encore être agencée dans un entrefer délimité par les pôles de l'aimant agencé en position fixe, cet 35 entrefer étant tangentiel par rapport au fil de tension, chacune de ses zones de limite, vues dans un plan de coUpe verticale coupant perpendiculairement le fil de tension, renferme nnq partie de la bobine, les forces agissant sur ces parties étant dirigées l'une vers l'autre. 4-0 Si l'une des parties de la bobine est introduite plus 69 01517 -5- 2000766 avant dans l'entrefer, la force magnétique agissant sur cette partie sera plus grande et, l'autre partie de la bobine ressortant davantage de l'entrefer, la force magnétique agissant sur cette dernière partie se trouvera réduité. Du fait que ces forces 5 sont dirigées l'une vers l'autre, le déplacement sera assisté et ce par une force augmentant avec la déviation. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la bobine peut se déplacer le long de deux pôles opposés et disposés à faible distance l'un de l'autre, de sorte que le sens du dépla-10 cernent de la bobine et le plan de séparation entre pôles soient perpendiculaires l'un par rapport à l'autre et qu'une partie au moins des deux pôles soit recouverte par la bobine. Le sens de circulation du courant dans la bobine doit être tel que les forces passant par les parties de la bobine se repoussent l'une 15 l'autre. Si l'on déplace une partie de la bobine en l'écartant de l'entrefer, la force agissant sur cette partie sera augmentée, tandis que l'autre partie de la bobine se déplacera vers l'entrefer d'où il résulte que la force agissant sur cette dernière partie sera réduite. 20 Selon ce principe, divers modes de réalisation sont possibles, la bobine a de préférence la forme d'un tuyau et présente par exemple une section rectangulaire ou cylindrique lorsque vue en coupe. L'entrefer peut se situer à l'intérieur de la bobine et être de forme rectangulaire ou en forme de disque. 25 L'entrefer peut également être annulaire et être renfermé à l'intérieur de la bobine. Selon un mode de réalisation particulier ae la pré-' sente invention, on dispose deux parties opposées de la bobine dans le plan du fil de tension et parallèlement aux deux faces 50 de ce fil, les pôles de l'aimant, agencés en position fixe, étant symétriques par rapport au fil de tension et formés de telle sorte que chacune des deux parties de bobines citées coopère avec une paire de pôles. L'invention sera mieux comprise en se référant aux des-35 sins annexés dans lesquels : la figure 1 montre une balance du type concerné par la présente invention; la figure 2 montre un mode de réalisation dans lequel trois organes coopérant magnétiquement sont disposés sur une 40 ligne, les deux organes extérieurs attirant l'organe central; 69 01517 2000766 la figure 3 montre une construction dans laquelle une bobine en forme de tuyau est connectée au fléau à l'intérieur d'un entrefer; la figure 4 montre une bobine plate connectée à un 5 fléau dans un entrefer; la figure 5 montre une bobine en forme de conduit pouvant se déplacer le long d'un entrefer; la figure 6 montre une partie de bobine pouvant se déplacer le long d'un aimant plat; 10 la figure 7 montre une coupe longitudinale, perpendicu laire au fil de tension, d'une partie d'une balance dans laquelle les bobines" sont disposées au centre; la figure 8 montre une coupe selon la ligne TIII-VIII de la figure 7 réalisée dans le plan du fil de tension de la 15 balance; la figure 9 montre un détail à échelle agrandie de la figure 7; la figure 10 montre le porte-bobine des figures 7 et 8 supportant une bobine conforme à la présente invention, une bo-20 bine de mesure et une bobine d'amortissement, ces bobines étant montrées séparément dans les figures 11, 12 et 13 respectivement . On se réfère à présent à la figure 1 qui montre line micro-balance pourvue d'un fléau 1, fixé transversalement par 25 rapport à un ruban de tension 2. Le ruban de tension est suspendu en des points fixes non représentés. Le fléau 1 supporte des plateaux 3 et 4. Une bobine de mesure (non représentée) est connectée au fléau 1, cette bobine de mesure coopérant avec les pôles d'aimant montés fixes. Ces organes coopérant magnétique-30 ' ment sont renfermés dans un boîtier 5j dont les figures 7 à 13 montrent plus de détails et qui seront décrits par la suite. Un courant est mis en circulation au travers de la bobine de mesure au moyen d'une boîte de mesure 6 et maintient ou amène le fléau en position d'équilibre. La position d'équi-35 libre est contrôlée au moyen d'une source de lumière 7 et d'un détecteur sensible à la lumière 8. L'intensité du courant est une mesure du poids à mesurer. Avec une telle balance, il est possible de mesurer des différences de poids de l'ordre de 0,1 microgramme. 40 La bobine de mesure ne doit pas être disposée au 69 01517 -5- 2000766 centre, c'est-à-dire près du fil de tension® La figure 3 montre un exemple dans lequel la bobine de mesure est disposée à l'extrémité du fléau; le ruban de tension n'est pas non plus agencé au centre mais fixé à l'autre extrémité du fléau. 5 Les couples de torsion des rubans ou fils de tension et des fils d'amenée et de retour du courant, qui agissent de manière stabilisatrice, sont compensés, selon la présente invention, par couple d'instabilité provoqué par des forces magnétiques . 10 Selon le mode de réalisation de la figure 2, un organe 23 est fixé à l'extrémité du fléau 21 lequel est suspendu au moyen d'un ruban de tension 22. Cet organe est attiré magnétiquement dans des sens opposés par deux organes, 24 et 25, agencés en position fixe. Les organes 24 et 25 peuvent être les pôles 15 opposés d'un aimant permanent, l'organe 23 étant à ce moment du fer doux ou tin aimant permanent dont les pôles sont dirigés vers les pôles fixes de l'aimant, c'est-à-dire un pôle nord vers un pôle sud et inversement. Lorsque le fléau quitte sa position d'équilibre, la distance comprise entre les organes 23 et 24 20 devient par exemple plus courte et celle séparant les organes 23 et 25 proportionnellement plus longue ou inversèment. L'équilibre entre les forces procédant des organes 24 et 25 etégisssant sur l'organe 23 et de ce fait rompu, de telle sorte que la force ascendante prédomine, force qui est donc dirigée dans le sens 25 de la déviation. Dans le mode de réalisation selon la figure 3» un fléau 31 est prévu, qui est suspendu par une extrémité à un ruban de tension 32 et pourvu à l'autre d'un plateau 33 et d'une bobine en forme de tuyau, composée de trois parties 34, 35 et 30 36. La partie de bobine 35 est u^-e bobine de mesure et les parties 34 et 36 forment ensemble une bobine de neutralisation selon la présente invention. La bobine en forme de tuyau conforme aux dessins est cylindrique et est disposée dans un entrefer circulaire qui est formé entre les deux pièces polaires cy-35 lindriaues d'un aimant 37. Il est encore possible cependant de réaliser l'aimant 37 en forme plate de manière à disposer de deux entrefers, la bobine en forme de tuyau présentant ici une section rectangulaire, deux des faces opposées de ce rectangle se situant cha-40 cune dans un des entrefers. 69 01517 -6- 2000766 Le sens de circulation du courant dans les parties de bobines 34 et 36 est opposé- de sorte .que les forces qui agissent sur les parties de bobine soient dirigées l'une vers•l'autre. Lorsque le fléau se déplace vers le haut, la force agissant sur 5 la partie de bobine 36 augmente et celle agissant sur la partie de bobine 34 diminue, de sorte que la force résultante est dirigée vers le haut. Dans le mode de réalisation selon la figure 4, une bobine plate 42 est disposée verticalement sur l'extrémité d'un 10 fléau 41. La bobine est agencée dans ua entrefer plan, formé par les pôles d'un aimant 43 en forme de G. Deux faces opposées de la bobine, dont les quatre faces forment essentiellement un rectangle, forment les parties actives représentées en coupe dans la figure 4, tandis que les deux autres faces opposées 15 peuvent être dénommées "têtes de bobines". Le fonctionnement correspond au fonctionnement du mode de réalisation montré par la figure 3. Dans ce mode de réalisation, la bobine de mesure est agencée en un autre endroit. Les modes de réalisation selon les figures 5» 6 et 9 20 sont tels .que la bobinçée déplace le long de deux pôles opposés et parallèlement à une ligne de jonction reliant ces pôles. La bobine est formée d'une seule pièce mais l'on peut cependant faire état d'une partie de bobine se trouvant essentiellement sous l'influence de l'un des pôles et d'une autre 25 partie se trouvant essentiellement sous l'influence de l'autre pôle. Les forces qui, par suite de ce qui précède agissent sur la bobine, sont opposées l'une à l'autre. Lorsque le fléau quitte sa position d'équilibre, l'une des parties de bobine est à ce moment plus grande, l'autre partie plus petite. La 30 force qui en résulte agit ici également dans le sens de la déviation. Le mode de réalisation selon la figure 5 montre une bobine cylindrique 52, agencée à l'extrémité d'un fléau 51» cette bobine entourant un entrefer en forme de disque entre les 35 pôles d'un aimant 53 en forme de C. Dans le mode de réalisation selon la figure 6, une partie de bobine 61, représentée schématiquement par la vue en coupe de quelques spires, se déplace le long des pôles d'un aimant plat 62. La bobine peut être réalisée et disposée tout 40 comme la bobine 17 dans le mode de réalisation selon les figures 69 01517 2000766 7-13. Le boîtier 5 selon la figure 1 est représenté à plus grande échelle dans les figures 7 et 8. Ce boîtier est constitué de fer doux et est fixé sur une plaque de base 9» Dans le 5 boîtier 5 est disposé un aimant cylindrique 10, pourvu de pièces polaires 11 et 12 (voir également la figure 9)* La position de l'aimant par rapport aux pièces polaires est un tant soit peu réglable par rotation d'un bouton 13- Ce réglage est effectué à l'origine par le fabricant, de sorte que le bouton 13 ne doit 10 plus être pris en considération. Dans l'espace compris entre les pièces polaires 11 et 12 et le boîtier 5 est logé un porte-bobine 14 en forme de récipient (figures 1,7 à-10). Le porte-bobine 14 réalisé d'aluminium en feuille mince est fixé par son fond au fléau 1. Il est^ourvu d'un manchon 15 pouvant se dépla-15 cer librement dans une ouverture ménagée au travers de l'aimant 10. Le manchon 15 entoure le ruban de tension 2 et est fixé à ce dernier par une pince, disposée elle-même à l'extrémité libre du manchon. Trois bobines sont agencées sur le porte-bobine 14 : 20 une bobine de neutralisation 17 selon la présente invention, une bobine de mesure 18 et une bobine d'amortissement 19. Ces bobines sont représentées séparément dans les figures 11, 12 et 13 dans la position qu'elles occupent sur le porte-bobine 14 selon la figure 10. La bobine d'amortissement a pour mission de 25 parer à une déviation trop rapide et fait pour cette raison, partie d'un circuit dans lequel se situe également la bobine de mesure. Pour des raisons d'ordre pratique, les têtes de bobines reposent sur le porte-bobine 14 derrière un rebord saillant 80 30 (figures 8 et 10). Lorsque le porte-bobine a été glissé pardessus les pièces polaires, on introduit un anneau en fer doux 81 dans le boîtier 5 afin de réduire la dimension de l'entrefer. La présente invention n'est pas limitée par les modes de réalisation décrits. Cette invention offre une solution simple 35 et appropriée aux problèmes posés et ce avec une possibilité de réglage très précis, ce qui permet d'opérer un choix approprié aux besoins parmi un nombre infini de modes de réalisation possibles. 69 01517 -8- 2000766 - BEVENPICATIOMS - 1 - Balance pourvue d'un fléau, suspendu de manière à pouvoir pivoter au moyen d'un fil de tension horizontal ainsi que a'une bobine de mesure qui maintient ou amène le fléau en 5 position d'équilibre, caractérisée en ce qu'elle comprend des organes coopérant magnétiquement, un au moins de ces organes étant agencé en position fixe et un, au moins étant relié au fléau, ces organes étant agencés de telle manière l'un par rapport à l'autre qu'un couple agisse sur le fléau quelle que 10 soit la position de ce dernier, couple qui compense le couple de torsion du ou des fils de tension. v 2 - Balance selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un troisième organe est disposé entre deux organes reliés les uns aux autres, ce troisième organe étant attiré par les 15 deux autres (figure 2), 3- Balance selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe connecté au fléau est constitué d'une bobine qui est placée de telle manière, à proximité des pôles d'un aimant faisant office d'organe fixe, que lors de l'excitation 20 de la bobine, des forces dirigées en sens opposés agissent sur la bobine, forces dont la somme augmente avec la déviation du fléau (figures 3, 5) e"t ce dans le même sens que cette déviation. 4 - Balance selon l'une ou l'autre des revendications 25 1 ou 2,caractérisée en ce que l'organe connecté au fléau est agencé en un endroit éloigné du fil de tension (figures 2 et 3)* 5 - Balance selon la revendication 4, caractérisée en ce que la bobine est agencée dans un entrefer formé par les pôles de l'aimant agencé en position fixe, cet entrefer étant tangen- 30 tiel par rapport au fil de tension, chacune de ses zones de limite, vues dans tua plan de coupe verticale coupant perpendiculairement lë fil de tension, renfermant une partie de la bobine, les forces agissant sur ces parties étant dirigées l'une vers l'autre. 35 6 - Balance selon la revendication 5j caractérisée en ce que la bobine a la forme d'un tuyau, ces deux parties étant connectées de manière opposée (figure 3). 7 - Balance selon la revendication 6, caractérisée en ce que la bobine et l'entrefer ont la forme d'un cylindre (fi-40 gure 3). 69 01517 -O— y 2000766 8 - Balance selon la revendication 5® caractérisée en ce que la bobine est de forme plate, de parties opposées formant les parties de bobines citées (figure 4)» 9 - Balance selon l'une ou l'autre des revendications 5 3 ou 4, caractérisée en ce que la bobine peut se déplacer le long de deux pôles opposés et disposés à faible distance l'un de l'autre, de sorte que le sens du déplacement de la bobine et le plan de séparation entre pôles soient perpendiculaires l'un par rapport à l'autre et qu'une partie au moins des deux 10 pôles soit recouverte par la bobine. 10 - Balance selon la revendication 9» caractérisée/én ce qu'on dispose deux parties opposées de la bobine dans le plan du fil de tension et parallèlement aux deux faces de ce fil, les pôles de Ibimant, agencés en position fixe, étant symétriques 15 par rapport au fil de tension et formés.de telle sorte que chacune des deux parties de bobines citées coopère avec une paire de pôles (figures 7 et 8). 11 - Balance selon la description et selon les dessins.