Brevet FR2013631A1 — publié le 19700403

La présente invention se rapporte a un transducteur forcefréquence pour balances de pesee dans lequel la fréquence des os- cillations d'un organe mécanique pouvant vibrer est monifiée par la force a mesurer, la variation ce fréquence çui en résulte étant utilisée dans un appareil électronique d'exploitation aux fins d'indication ou ce toute autre utilisation ce la foece Les transducteurs force-fréquence basés sur l'emploi ce Où-- des vibrantes sont connus.Dans ces transducteurs des moyens son prévus poe-z faire vibrer les corcLes. a fréquence des vibrations est fonction de la tension mécanique dans la corde et, par consequent, ce la force à mesurer appliquée Un élénaent explorateur fournit directement, par l'intermédiaire d'un appareil d'exploita- tion approprié, l'indication de la force mesurée. Lorsqu'il est souhaité que les temps ce mesure soient courds, il faut que les cordes de ces capteurs soient minces Dans ce cas. les instruments sont sensibles aux surcharges, aux chocs et aux salissures. Un autre inconvénient réside dans la nécessité d'évi- ter que le transducteur ne soit soumis à des efforts transversauk. Le but de l'invention est donc de créer un transducteur force-fréquence pour balances ae pesée qui soit de conception méca- nique robuste et insensible aux efforts transversaux Pour parve- nir à ce but l'invention prévoit que l'organe vibrateur est un vibrateur rigide à la flexion. Cette disposition permet une conçu truction simple et robuste en service, en particulier lorsque, suivant une autre caractéristique ae l'invention, le vibrateur se présente sous forme d1un vibrateur double vibrant en opposition de phase. Dans une fore d'exécution du transducteur force-fréquence selon l'invention, le vibrateur double rigiae à la flexion est constitué par deux tiges ou barres vibrantes disposées parallèle- ment l'une à côté de l'autre pour former un diapason fermé. Suivant une autre forme d'exécution conforme à l'invention, le vibrateur double rigiGe à la flexion est conçu en tant que vi- brateur en torsion composé de deux tiges ou barres creuses disposé sées concentriquement l'une dans l'autre. Dans cette disposition il y a avantage à ce que le vibrateur en torsion comporte un élément intermédiaire élastique à masses déplaçables. Pour réaliser un transducteur force-fréquence sensible travaillant linéairement, pour ces forces a mesurer assez grandes, l'invention prévoit également la possibilité que ceux vibrateurs doubles rigides à la flexion branches ch série soient soumis à l'action d'une précontrainte, la force a mesurer s'exerçant entre ces deux doubles vibrateurs de maniere telle que la somme de la précontrainte et ce la ferce à mesurer agisse dans l'un d'eux tandis que l'autre est sollicité par la eifférence entre la pré contrainte et cette rorce. Dans toutes les formes d'exécution il est prévu selon l'invention que l'élément piézoélectrique céramique Pour engendrer et évacuer les vibrations mécaniques est disposé dans une branche d'un oscillateur à pont. L'invention est représentée en plusieurs formes d'exécution au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une vue schématique d'une balance de pesée équipée par exemple d'un plateau supérieur, en lIaison avec un double vibrateur sous forme ae vibrateur à ciapason2 avecun circuit électrique selon l'invention, - la figure 2 montre en perspective et à plus grande échelle un vibrateur à diapason tel que celui utilise ans ltexem- ple selon la fig.1, - la figure 3 représente en perspective un transducteur force-fréquence selon l'invention, conçu sous forme de vibrateur cylindrique en torsion, - la figure 4 est une vue en élévation latérale d'un transducteur force-frequence selon l'invention conçu sous forme de vibrateur en torsion avec un élément intermédiaire élastique, - la figure 5 représente le vibrateur selon la fig.4 sous forme d'un vibrateur double, et - la figure 6 est une vue schématique de deux vibrateurs doubles selon les fig. 1 et 2, montés en série. Le plateau 1 de la balance schématisée à la fig.l est disposé sur un porte-plateau 2 guidé parallèlement dans un boîtier au moyen de ressorts 3. Ce porte-plateau prend appui sur un transducteur force-fréquence 4 qui, dans cette forme d'exécution, est conçu en tant que vibrateur à diapason et contient entre ses deux branches 5 et 6 un élément céramique piézoélectrique 7 servant d'organe vibrant. Le vibrateur à diapason est représenté à plus grande échelle à la fig.2 Deux tiges vibrantes 8 et 9 parallèles entre elles forment les brancnes d'un diapason fermé et sont reliées l'une à l'atre, à leurs extrémités supérieures et inférieures, par une crosse 10 ou 11. De chacune de ces crosses est solidaire une âme 13 ou 14 dont l'extrémité constitue une tête de fixation 15 ou 15. La force à mesurer P pev.t s'exercer sur ces têtes aussi bien dans le sens ae la traction que dans celui ae la compression dans la direction longitudinale du diapason. I1 y a intérêt. à ce que ce dernier soit constitué par un corps métallique monobloc. Entre les deux tiges vibrantes 8 et 9 sont disposés un ou plusieurs organes vibrants,de préférence des éléments céramiques 17 à effet piézoélectrique qui fait que lorsqu'un courant électrique leur est appliqué par les conaucteurs 18 et 19 ces éléments subissent des variations ae longueur, tandis qu'inversement, lorsque des variations de longueur mécaniques se produisent, des courants électriques sont engendrés aux bornes 18 et 19 par suite de déplacements de charges électriques. L'organe vibrant 17 est raccordé par l'intermédiaire de conducteurs 18 et 19 au montage en pont représenté à la fig.1, composé des résistances Rî, R2, R3 et au condensateur C. Ce pont est alimenté par l'intermédiaire de deux amplificateurs de fréquence V1 et V2 présentant entre eux un déphasage de 1800; un régulateur automatique d'amplitude A est branché en parallèle à l'amplificateur V2. La tension dans l'oscillateur prend une valeur telle, en ce qui concerne sa position de phase, que le déphasage est égal à zéro dans le circuit de courant fermé. De ce fait une variation automatique de la fréquence de l'organe 17 est possible lorsque la fréquence propre du vibrateur à diapason varie. La variation ce fréquence constitue donc une mesure de la force qui agit sur la balance. Pour un montage en pont de ce genre l'emploi d'un vibrateur piézoélectrique est tout particulierement indiqué, car sa résistance intérieure est élevée. Du fait ae la nature de l'excitation et dey la conception de l'ensemble susceptible de vibrer, les tiges 8 et 9 du diapason fermé décrivent des vibrations transversales en opposition de phase comme représenté par les lignes 20 en tirets. es efforts transversaux transmis par les crosses 10 et 11 s'annulent-et ne sollicitent pas les âmes 13 et 14. Le vibrateur est ainsi découplé de la fixation aux têtes 15 et 16. Une autre forme d'exécution d'un vibrateur double rigide à la flexion est représenté à la fig.3. Ce vibrateur est conçu sous forme de vibrateur cylindrique en torsion. Dans un tube 21 qui représente un vibrateur est disposé concentriquement un second tube 22 qui constitue le second vibrateur en opposition de phase avec le premier. Les deux vibrateurs 21 et 22 sont reliés rigidement aux têtes de fixation 23 et 24. Au milieu de leur longueur entre ces têtes est fixée à chaque vibrateur une plaque 25 ou 26, la plaque 26 du vibrateur 22 traversant le vibrateur 21 par un trou 27. Entre les deux plaques 25 et 26 il existe un petit intervalle sensiblement parallèle dans lequel est disposé un organe vibrant, de préférence un piézoélément 28, qui, lorsqu'il est excité électriquement, modifie sa longueur dans la direction des flèches 29 et 30 et ainsi excite les vibrateurs 21 et 22 en opposition de phase. La vibration a lieu ici sous forme d'une torsion des tiges creuses, ou tubes, le noeud se trouvant au point d'encastrement et le ventre au milieu des vibrateurs 21 et 22. Du fait de la nature de la disposition et de l'excitation les deux vibrateurs vibrent en opposition de phase, c'est-à-dire que les plaques encastrées 25 et 26 ne provoquent aucune transmission d'efforts transversaux dirigés vers l'extérieur. Le transducteur forcefréquence est ainsi découplé du point d'encastrement aux têtes 23 et 24. Dans ce vibrateur en torsion résistant à la flexion la fréquence propre des tiges creuses 21 et 22 est fonction de la force axiale P qui peut être indifféremment une traction ou une compression. Lorsque cette force varie, la fréquence propre varie elle aussi de façon correspondante. Aux fig. 4 et 5 on a représenté une forme d'exécution dans laquelle un élément intermédiaire élastique 34 est interposé entre deux vibrateurs en torsion 32 et 33 encastrés à leurs têtes 30 et 31. Cet élément élastique constitue un peson à ressort pour la force à mesurer P. Lorsqu'il est sollicité, les masselottes 35 et 36 fixées sur lui subissent un déplacement qui fait que la fréquence des vibrateurs en torsion 32 et 33 varie. En donnant à cet élément intermédiaire élastique 34 une forme appropriée cette variation de fréquence peut être une fonction linéaire de la force P à mesurer. La fig.5 représente l'exécution complète du transductsut force-réquence, composé de deux vibrateurs selon la fig.4 ceca- lés de 90 l'un par rapport à l'autre, et aes organes vibrants non représentés sur la fig.4. Un vibrateur rigide à la flexion conçu comme représente II la fig. sert à la linéarisation de la variation ae fréquence en même temps qu'à son amplification. Dans cet exemple deux vibra- teurs à diapason 40 et 41 rigides à la flexion correspondant chacun à la disposition selon la fig.2 sont montés mécaniquement en série. Ces deux vibrateurs sont soumis à une précontrainte Po La force P à mesurer s'exerce alors symétriquement sur l'âme 42 au milieu des deux vibrateurs. Le vibrateur 40 se trouve donc déchargé par la force à mesurer P; c'est donc la force Po - P qui le sollicite. Le vibrateur 41 au contraire est chargé davantage par la force P; il est donc sollicité par la force Po + P. De ce fait9 les fréquences propres des vibrateurs varient en fonction de la force P. La différence entre les fréquences des deux vibrateurs 40 et 41 représente donc une mesure de la grandeur de la force P. Chaque vibrateur est raccordé à son propre pont du type décrit avec référence à la fig.l, et les deux ponts doivent être exploités en commun. REVENDICATIONS 1.- Transducteur force-fréquence électromécanique pour balances de pesée, dans lequel la fréquence des vibrations d'un cispositif mécanique susceptiDle ae vibrer est influencée'par la force à mesurer, les variations de fréquence ainsi provoquées étant indiquées par un appareil d'exploitation, ce transducteur étant remarcuable en ce que le dispositif capable de vibrer est un vibrateur rigide à la flexion. 2.- Transducteur selon la revendication 1, remarquable en ce que le dispositif susceptible as vibrer est un vibrateur double vibrant en opposition de phas 3. - Transducteur selon la revendication 1 ou 2, remarq1:- ble en ce que le vibrateur double rigide à la flexion est cons- titué par deux barres ou tiges vibrante: disposées parallèlement l'une à l'autre st formant une or e de diapason fermé 4.- Transducteur selon la revendication 1 ou 2, remarqua ble en ce que le vibrateur double rigide à la flexion est réalisé sous forme de vibrateur en torsion composé de deux tiges creuses disposées concentriquement l'une dans autre. 5.- Transducteur selon la revendlcation 4, remarquable en ce que le vibrateur en torsion caflpcrte un élément intermédiaire élastique à masselottes déplaçables 5.- Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, remarquable en ce que l'organe vibrant est un élément céramique piézoélectrique. 7.- Transducteur selon l'une quelconque des revendications là 6, remarquable en ce que deux vibra-ceurs doubles rigides à la flexion et disposés en série sont sollicités par une force ae précontrainte, la force à mesurer s'exerçant entre ces deux dou bles vibrateurs de manière telle que la somme de la précontrainte et de la force à mesurer agisse dans l'un d'eux tandis que l'au tre est sollicité par la différence entre la précontrainte et cette force. 8.- Transducteur seon l'une quelconque des revendications précédentes, remarquable en ce qu'il comporte un oscillateur à pont dans l'une des branches duquel est disposé l'élément cérami que piézoélectrique pour exciter et évacuer les vibrations mécani ques.