Brevet FR2026003A1 — publié le 19700911

La présente invention a pour objet un dispo'sitlf-pour mesurer l'état de tension mécanique régnant dans les éléments de construc- tion faits en n'importe quels matériaux, et plus particulièrement dans ceux en matières plastiques. les différents états de tension mesurés peuvent être des contraintes extérieures aussi bien que des tensions internes. On contact bien l'influence qu'exercent certaines contraintes, telles quelles efforts statiques ou dynamiques de traction ou de compression, sur les propriétés magnétiques des matériaux ferromagnétiques, par exemple sur l'intensité du champ coercitif ou sur la susceptibilité initiale. On sait également qu'il est possible de déterminer à l'aide de méthodes de mesure magnétiques la résistance à la rupture sous charge permanente ou prolongée des éléments de cons truction soumis à des efforts dynamiques, mais ces éléménts de construction doivent titre entièrement faits de matériaux ferromagnétiques. Dans ces procédés de mesure , on utilise pour la mesure indicative des tensions internes les variations dans le temps de certaines propriétés magnétiques qui apparaissent dans l'ensemble de l'élément de construction.Plus particulièrement pour surveiller la résistance à la rupture sous charge permanente ou prolongée ou le vieillissement des éléments de construction ferromagnétiques, on prend comme base de comparaison la courbe caractéristique mesurée sur un élément étalon, courbe qui représente les variations d'une propriété caractéristique en fonction des cycles d'effort ou en fonction du temps. On prend par exemple la grandeur de l'impédance comme caractéristique d'un enroulement d'aimantation inséré dans un circuit de courant alternatif et qui est monté sur l'élément de construction, soit directement, soit par l'intermédiaire d'une culasse ou qui y est fixé solidement. On applique aussi, pour déterminer les états de tension mécanique dans les éléments de construction un procédé de mesure qui est basé sur les variations de la résistance électrique de certains métaux, provoquées par l'allongement mécanique. A cet effet, on noie des fils métalliques dans un support, par exemple dans du papier et on les fixe sur l'endroit à mesurer. Ces éléments de mesure sont connus sous les noms d'extensomètre à fil métallique ou de jauge de contrainte. Lorsqu'on colle ces éléments en forme de bande sur la partie de l'élément de construction qu'on veut examiner, la jauge subit le même effort que l'élément de construction, ce qui fait varier sa résistance électrique.On détermine cette variation à l'ai- de d'un pont de mesure et on s'en sert comme indication de l'état de tension mécanique à l'intérieur de l'élément de construciion. Les deux méthodes de mesuré décrites ci-dessus présentent à certains égards de sérieux inconvénients. Par exemple la première n'est applicable qu'à des éléments de construction faits de matériaux ferromagnétiques, tandis que la seconde, qui en effet n'est pas liée à un certain matériau, ne permet pas le mesurage sans contact, puis que l'extensomètre doit toujours etre raccordé au pont de mesure par des circuit4ie mesure électriques. En plus il est absolument impossible de mesurer ainsi des éléments de construction en mouvement.Pour résumer, il y alieu de constater que, théoriquement, les états de tension mécanique dans des matériaux de construction peuvent être mis en évidence d'une part par les variations de la résistance électrique, et d'autre part, mais seulement sur les matériaux ferromagnétiques, par les variations de certaines valeurs caractéristiques magnétiques. En prenant comme base cet état de la technique, l'invention a pour objet la réalisation d'un dispositif de mesure propre à mesurer, en évitant tout contact, les différents états de tension mécaniques sur des éléments de construction faits de n'importe quels matériaux, et plus particulièrement sur les éléments de construction en matières synthétiques. Suivant l'invention, ce but est atteint à l'aide d'un support d'enregistrement plat et consistant en un matériau ferromagnétique solidement fixé à l'endroit à mesurer sur l'élément de construction, ou de plusieurs supports de ce genre, et d'une sonde qui explore les variations des valeurs caractéristiques magnétiques qui 8e produisent dans le support d'enregistrement par s:ite des états de tension mécanique dans 1' élément de construction. Pour réaliser de manière simple le mesurage sans contact, la sonde est constituée par une bobine inductrice, montée de manière à former une branche d'un pont d'mnductance mutuelle. On détermine ainsi les variations de la susceptibilité initiale à l'intérieur du support d'enregistre- ment.En effectuant des mesures comparatives, on peut établir sans difficulté une correlation entre les variations de la susceptibilité initiale du support d'enregistrement et l'état de tension mécanique de l'élément de construction. Mais on peut de même déterminer les états de tension mécanique dans l'élément de construction en mesurant sur le support d'enregistrement soit l'intensité du champ coercitif, soit la remanence, soit la susceptibilité magnétique, toujours en fonction de l'intensité du champ dans le support Pour mesurer sans contact les tensions mécaniques provoquées dans les éléments de construction, par exemple par des efforts statiques ou dynamiques, on peut les déterminer quantitativement.L'avantage du mesurage sans contact réside d'une part dans la simplicité du procédé de mesure et, d'autre part, il permet de déterminer sur les éléments de construction en mouvement, par exemple sur les arbres-manivelles en rotation et sur d'autres organes analogues, les tensions mécaniques existant pendant I'effort, et, selon é cas on peut même déterminer des phénmmènes de vieillissement.Un avantage spécial du procédé de mesurage suivant l'invention réside dans le fait que le pourcentage des variations des valeurs caractéristiques magnétiques donne, pour un effort ou un état de contrainte donné, des variations relatives sensiblement plus importantes que celles qu'on obtient par les méthodes de mesure à base du mesurage de la ré résistance électrique à l'aide des extensomètres b fils métalliques. L'invention sera expliquée ci-dessous avec plus de détails à l'aide du dessin annexé qui en illustre un exemple d'exécution. La figure unique de ce dessin montre en une coupe schématique la structure du dispositif de mesurage. Dans le dessin, l'élément de construction 1 qui est à par miner est représenté par une surface hachurée. Un support d'enre e gistzment 3, est solidement fixé sur la surface de l'élément 1 par un adhésif 2. Le support d'enregistrement 3, dont les dimensions peuvent varier dans d'assez larges limites, est une fine plaquette de mesure, mince comme une feuille, ou bien il est réalisé sous forme d'une jauge on bande. I1 est fait d'une matière ferromagnétique avec une constante de magnétostriction autre que zéro. On peut utiliser à cet effet du nikel, du fer, du cobalt ou leurs alliages. Afin de pouvoir mesurer l'état de tension mécanique de l'élément de construction 1 à n'importe quel moment, on dispose à une faible distance au-dessus du support d'enregistrement 3 une bobine d'aimantation 4 servant de sonde. La bobine peut être sans fer ou à noyau en fer doux. Les variations de l'état de tension mécanique dans 11 élément 1 entrainent aussi la variation des valeurs caractéristi- ques magnétiques, par exemple de la susceptibxilité initial. du support d'enregistrement 3.La mesure de la susceptibilité en el9 même se fait de aorte que la bobine inductrice 4 qui est insérée dans une branche d'un pont d'inductance mutuelle, est jacée à un écart bien défini au-dessus du support d'enregistrement 3 lequel est réalisé sous forme d'une jauge en bande. Le pont de mesure, initialement équilibré, est désaccordé par la présence du support d'enregistrement. Ltampleur du désaccordememt dépend de la susceptibili- té initiale du support d'enregistrement.On peut, par conséquent, déterminer des variations de la susceptibilité initiale de ce dernier en mesurant les variations du courant dans la branche neutre du pont d'inductance mutuelle. Â l'aide de mesures comparatives qu'on effectue périodiquement sur une éprouvette soumise à des efforts allant jusqu'à la rupture, il est possible de surveiller le degré de vieilplissement ou la fatigue de l'élément de construction donné pendant qu'il est soumis aux contraintes. Mais on peut aussi déterminer les différents états de tension mécanique dans l'élément de construction 1 à l'aide d'autres valeurs caractéristiques magnétiques.On peut, par exemple, mesurer à cet effet l'intensité du champ coercitif, la remanence ou la susceptibilité magnétique en fonction de l1inten- sité du champ dans le support d'enregistrement.3. Gracie au procédé de mesure sans contact, ctest-à-dire grEce au fait qu'il n'existe aucune liaison quelle qutelle soit entre l'élément de constbuction 1 et la bobine inductrice 4 faisant fonction de sonde, cette surveillance peut aussi etre exercée pendant que des éléments de construction en mouvement sont soumis à des contraintes, ce qui est particulièrement intéressant, comme l'a dit, pendant le fonctionnement des arbres-manivelles ou d'autres organes mécaniques analogues. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour mesurer sans contact les états de tension mécanique sur des éléments de construction en n'importe quels ma tériaux, et plus particulièrement ceux en ratières plastiques, catactérisé en ce qu'il comporte d'une part au moins un support d'enregistrement (3) plat et fait en une matière ferromagnétique, ce support étant solidement fixé sur l'élément de construction (1) à ltendroit à mesurer et d'autre part une sonde qui explore les va riations des valeurs caractéristiques magnétiques produites dans le support d'enregistrement (3) par les différents états de tension mécanique régnant dans l'élément de construction. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'état de tension mécanique dans l'élément de construction (1) est déterminé par la mesure de l'intensité du champ coercitif, de la remanence ou de la susceptibilité magnétique, toujours en fonction de l'intensité du champ dans le support d'enregistrement (3). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une bobine inductrice (4) fait fonction de sonde, cette bobine étant reliée à une branche d'un pont dtinductance mutuelle. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support d'enregistrement est fait d'une manière ferromagnétique présentant une constante de magnétostriction autre quezéro, par exemple de nickel, de fer, de cobalt ou de leurs alliages. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support d'enregistrement (3) est collé sur la pièce à mesurer, par exemple sur l'élément de construction (1). 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support d'enregistrement (3) est use plaquette ou une bande de mesure mince comme une feuille.