Brevet FR2070246A1 — publié le 19710910

i. 2070246 La présente invention se rapporte en général à des appareils de détection et de mesure de charges ou de pressions mécaniques et, plus particulièrement, elle concerne un tel appareil qui transforme ces charges ou pressions mécaniques en variations d'une 5 énergie magnétostrictive qui permettent de détecter et de mesurer ladite charge ou pression. L'appareil de l'invention est d'un emploi avantageux pour la mesure de charges et de pressions diverses dans de nombreuses branches industrielles. La présente invention a d'autre part pour objet un procédé de fabrication simple et éco-10 nomique de cet appareil. L'appareil faisant l'objet de la présente invention est dans son principe du type de celui décrit dans le brevet japonais n° 51-495. L'appareil décrit dans ce brevet comporte un empilage de tôles magnétiques enserrées entre deux plaques réunies l'une à 15 1'autre par des boulons. Ces plaques et ces tôles forment ainsi un bloc qui constitue un noyau magnétique. Quatre conduits longitudinaux sont percés au travers des plaques et des tôles magnétiques qui constituent ce noyau. Ces conduits sont angulairement é-quidistants de 90° sur une même circonférence, de sorte qu'ils 20 sont diamétralement opposés deux-à-deux. Les spires d'une bobine excitatrice sont passées dans deux de ces conduits diamétralement opposés et les spires d'une bobine détectrice sont passées dans les deux autres. Les côtés transversaux de ces deux bobines se croisent ainsi sur l'une et l'autre des plaques du noyau magnéti-25 que. La bobine excitatrice est branchée sur une source de courant alternatif. La charge qui crée dans le noyau les contraintes ou les pressions mécaniques qu'il s'agit de mesurer est appliquée sur ce noyau suivant une direction perpendiculaire à celle de l'épaisseur des tôles de son empilage et fait avec chacun des plans de 30 bobinage des deux bobines un angle d'environ 45°, un signal dont l'amplitude est une mesure de la charge appliquée sur le noyau magnétique étant alors fourni par la bobine détectrice. La matière utilisée pour la constitution du noyau magnétique de ce type d'appareil détecteur est en général une matière 35 magnétique exempte de directions de magnétisation préférentielle et de distorsions mécaniques. Mais, si pour la constitution du noyau magnétique d'un tel appareil, il est utilisé une matière magnétiquement directionnelle, le noyau magnétique ainsi constitué est plus sensible aux charges qui lui sont appliquées suivant une 40 direction faisant un angle de 45° avec celle de son axe de magné- 70 43518 2. 2070246 tisation spontanée, c'est-à-dire de son axe d'anisotropie magnétique. Ce phénomène peut être démontré théoriquement. La présente invention l'utilise pour accroître de façon significative la sensibilité de détection et de mesure des charges ou des pressions méca-5 niques dans l'appareil qui en fait l'objet, La création dans des tôles d'une anisotropie magnétique s'obtient en général par deux procédés différents, l'un consistant à faire subir à ces tôles tin laminage à froid, l'autre consistant à les refroidir dans un champ magnétique. 10 La fabrication d'un noyau magnétique par le procédé de la minage à froid exige que les tôles utilisées et dans lesquelles on désire créer une anisotropie magnétique uniaxiale puissent être laminées à froid. D'autre part, les tôles utilisées sont en général si minces que les noyaux magnétiques qu'elles constituent se défor-15 ment lorsqu'on leur applique une charge transversale parallèlement au plan de ces tôles. Lorsque celles-ci sont enserrées entre deux plaques d'extrémité, au Moyen de boulons ou autres éléments de serrage, le noyau magnétique est soumis à des contraintes internes qui proviennent du serrage exercé par lesdites plaques. Si l'on 20 désire éliminer ensuite ces contraintes internes par chauffage du noyau magnétique, 1'anisotropie magnétique uniaxiale créée dans les tôles par laminage à froid est affaiblie au point que le noyau magnétique n'est plus utilisable dans un appareil du type de celui qui fait l'objet de la présente invention. 25 Si, d'autre part, certaines tôles magnétiques, telles que, par exemple, celles en permalloy à 63 % de nickel et suffisaient désoxydées, sont chauffées dans un champ magnétique à une température comprise dans un intervalle de 250°C environ au-dessous de leur point de Curie, c'est-à-dire au-dessous de 600°C environ, 30 l'anisotropie magnétique des cristaux cubiques de ces tôles disparaît si leur refroidissement est effectué à un taux prédéterminé d'environ 10°C par heure, et elles acquièrent une anisotropie magnétique uniaxiale dont la direction est celle des lignes de force du champ magnétique qui leur a été appliqué à température élevée. 35 A mesure qu'elles se refroidissent, leurs dipôles magnétiques s'orientent et se fixent suivant la direction du champ magnétique dans lequel elles sont plongées. Si ensuite, des telles tôles à anisotropie magnétique uniaxiale sont empilées et enserrées entre deux plaques de façon à former un noyau magnétique, il s'établit 40 dans ce noyau des tensions internes similaires à celles qui pren 70 43518 3. 2070246 nent naissance dans un noyau constitué par des tôles laminées à froid. Cet inconvénient peut être évité si m noyau préalablement constitué par des tôles magnétiques enserrées entre deux plaques d'extrémité est refroidi dans un champ magnétique de façon à lui 5 conférer une anisotropie magnétique uniaxiale. A cet effet, le champ magnétique nécessaire pour le traitement d'un noyau magnétique constitué par un empilage de tôles magnétiques enserrées entre deux plaques, peut être fourni par une bobine magnétisante dans laquelle circule un courant électrique de forte intensité et 10 qui entoure ce noyau alors qu'il est placé dans une étuve chauffée. Mais, du fait que le noyau magnétique à traiter est très épais, la bobine magnétisante utilisée, pour que le champ magnétique qu'elle crée ne soit pas absorbé par le diamagnétisme du noyau, doit être parcourue par un courant d'une intensité telle qu'elle 15 est inacceptable en pratique. Si, pour éviter cet inconvénient, les tôles magnétiques sont traitées séparément les unes des autres par refroidissement dans tin champ magnétique puis sont accolées les unes contre les autres, leurs caractéristiques magnétiques se détériorent, en partie à cause des déformations et des tensions 20 internes imposées au noyau magnétique par le serrage des plaques d'extrémité et en partie du fait de la sensibilité de la structure magnétique de ces tôles. Si d'autre part, les tôles magnétiques sont fixées les unes contre les autres et aux plaques d'extrémité par un adhésif approprié et non au moyen de boulons, le noyau ma-25 gnétique ainsi formé subit invariablement des déformations magnétiques dues aux contraintes en provenance de l'adhésif utilisé lorsqu'il effectue sa prise, et le problème précité n'est pas résolu. La présente invention permet de résoudre ce problème et 30 d'autres encore, et l'un de ses objets importants est la réalisation d'un appareil de détection et de mesure des charges ou pressions mécaniques dans lequel des tôles magnétiques de forte épaisseur sont accolées les unes aux autres et maintenues fortement enserrées entre deux plaques d'extrémité pendant leur refroidisse-35 ment dans un champ magnétique et alors qu'elles subissent les contraintes internes dues au serrage desdites plaques. Il s'ensuit que l'appareil de détection des contraintes mécaniques de l'invention est robuste, de fabrication économique et d'un fonctionnement simple. 40 Un autre objet important de l'invention est la réalisation 70 43518 4. 2070246 d'un appareil de détection et de mesure des contraintes mécaniques dans lequel les contraintes dues aux charges ou aux pressions qui lui sont appliquées sont transformées avec précision en variations d'une énergie magnétostrictive par l'emploi d'une anisotropie ma-5 gnétique uniaxiale conférée à une matière magnétique par son refroidissement dans un champ magnétique. Un autre objet important de l'invention est la réalisation d'un appareil de détection de contraintes mécaniques dont les caractéristiques structurelles sont parfaitement stabilisées, de 10 sorte que cet appareil fonctionne continûment de façon satisfaisante quelles que soient les variations de la charge qui lui est appliquée. Un autre objet de l'invention est la réalisation d'un appareil de détection de contraintes mécaniques pouvant être utilisé 15 comme bobinage à saturation qui, en combinaison avec des éléments électroniques appropriés, serai-conducteurs par exemple, peut être utilisé pour la construction d'oscillateurs et d'amplificateurs du fait que ses caractéristiques de réponse ne sont pas affectées par les contraintes mécaniques subies par son noyau. aO Un autre objet de l'invention consiste en un procédé de fabrication d'un appareil de détection des contraintes mécaniques du type décrit. L'appareil de détection de l'invention dans lequel ces buts sont atteints se caractérise en ce qu'il répond mieux aux va-25 riations des charges qui lui sont appliquées qu'un appareil détecteur à équilibrage mécanique et en ce que ses indications dépendent moins de la répartition de la charge que celles des extensomètres. Considérée sous l'un de ses aspects principaux, la présente invention a pour objet un appareil capable de détecter et de 30 mesurer des contraintes mécaniques, cet appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend un noyau magnétique constitué par un empilage de tôles magnétiques fermement enserrées entre deux plaques d'extrémité, ce noyau étant percé de part en part de quatre conduits longitudinaux angulairement équidistants de 90° environ sur 35 une même circonférence, ces conduits étant disposés de façon que les plans passant par les axes de ceux qui sont diamétralement opposés fassent chacun vin angle de 45° environ avec la direction d'application de la charge que le noyau magnétique doit détecter, les spires d'une bobine excitatrice étant passées dans deux de ces 40 conduits diamétralement opposés et branchées sur une source de 70 43518 5. 2070246 courant alternatif, et les spires d'une bobine détectrice étant passées dans les deux autres conduits, les côtés transversaux de ces deux bobines se croisant ainsi naituellement sur l'extérieur de l'une et l'autre des plaques d'extrémité du noyau en faisant 5 chacun un angle d'environ 45° avec la direction d'application de la charge à détecter, le noyau magnétique possédant une anisotropie magnétique uniaxiale créée par son refroidissement dans un intervalle de températures prédéterminé avec création simultanée d'un champ magnétique dans sa masse. 10 Selon un autre de ses aspects importants, la présente in vention a pour objet un appareil de détection et de mesure de contraintes mécaniques, cet appareil comprenant un noyau magnétique constitué par un empilage de tôles magnétiques enserrées entre deux éléments recevant voie partie de la charge appliquée, ce noy-15 au magnétique étant percé de part en part de quatre conduits longitudinaux angulairement équidistants de 90° environ sur une même circonférence, ces conduits étant disposés de façon que les plans passant par les axes de ceux qui sont diamétralement opposés fassent chacun un angle de 45° environ avec la direction suivant la-20 quelle la charge à détecter est appliquée sur le noyau magnétique, les spires d'une bobine excitatrice étant passées dans deux de ces conduits diamétralement opposés et étant branchées sur une source de courant alternatif, et les spires d'une bobine détectrice étant passées dans les deux autres conduits, les côtés transversaux de 25 ces deux bobines se croisant mutuellement sur l'extérieur des plaques d'extrémité du noyau magnétique en faisant respectivement des angles d'environ 45° avec la direction de la charge appliquée sur le noyau magnétique, celui-ci possédant une anisotropie magnétique uniaxiale créée du fait qu'il a été refroidi à partir d'une tempé-30 rature élevée et dans un intervalle de températures prédéterminé avec création simultanée d'un champ magnétique dans sa masse. Selon un autre aspect de l'invention, celui-ci a pour objet un procédé de fabrication d'un appareil de détection et de mesure de contraintes mécaniques, ce procédé comportant les opéra-35 tions suivantes : empilage d'une pluralité de tôles magnétiques de façon à en former un bloc ; montage de cet empilage entre deux plaques d'extrémité réunies l'une à l'autre par des dispositifs d'attache de façon à former un noyau magnétique monobloc, ce noyau é-tant percé de part en part de quatre conduits longitudinaux angu-40 lairement équidistants de 90° environ sur une même circonférence ; 70 43518 6. 2070246 passage des spires d'une bobine magnétisante dans deux de ces conduits diamétralement opposés et branchement de cette bobine sur une source de courant continu ; mise du noyau magnétique ainsi constitué dans une atmosphère chaude ; réduction de la température 5 de cette atmosphère chaude dans un intervalle de températures prédéterminé et à un taux horaire de refroidissement prédéterminé, la bobine magnétisante étant simultanément excitée par ladite source de courant continu de façon à créer dans le noyau magnétique une anisotropie magnétique uniaxiale ; enlèvement du noyàu magnétique 10 hors de ladite atmosphère chaude ; enlèvement de la bobine magnétisante hors du noyau magnétique ; mise en place d'une bobine excitatrice dans les conduits dans lesquels était logée la bobine magnétisante ; et mise en place d'une bobine détectrice dans les deux autres conduits du noyau magnétique. 15 D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'inven tion ressortiront de la description qui va suivre, description faite à titre purement explicatif et nullement limitatif et avec référence aux ^dessins joints dans lesquels : La figure 1 est une vue en perspective d'un appareil de 20 détection de contraintes mécaniques conforme à un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 2 est une vue en bout d'un empilage de tôles magnétiques faisant partie de l'appareil de la figure 1. La figure 3 est vin schéma représentant un circuit électri-25 que équivalent à l'appareil de la figure 1. La figure 4 est une vue en perspective d'un noyau magnétique placé dans une étuve en vue de son refroidissement avec application simultanée d'un champ magnétique. La figure 5 est un schéma montrant les conditions dans 30 lesquelles le noyau magnétique de la figure 4 est refroidi avec application simultanée d'un champ magnétique. La figure 6 est un graphique montrant les courbes caractéristiques de la magnétisation obtenue .par 1'opération de refroidissement schématisée sur la figure 5. 35 La figure 7 est un graphique montrant les variations de la courbe caractéristique de magnétisation d'une plaque magnétique provoquée par l'application d'une contrainte mécanique à cette plaque. La figure 8 est une vue similaire à celle de la figure 1, 40 mais représentant un autre mode de réalisation de l'appareil de 70 43518 T. 2070246 l1 invention. La figure 9 est un graphique montrant la courbe d'hystéré sis mécanique à l'allongement d'une tôle magnétique en fonction de sa contrainte mécanique. 5 La figure 10 est un graphique montrant la courbe d'hysté résis du courant électrique fourni par l'appareil en fonction de la contrainte mécanique qu'il subit ; et Les figures 11 et 12 sont des schémas représentant respec tivement deux applications pratiques de l'appareil de l'invention. 10 Les figures 1 et 2 représentent un premier mode de réali sation préféré de l'invention. Ainsi qu'on le voit sur ces figures, l'appareil de l'invention, désigné dans son ensemble par la référence 10, comprend un bloc 11 constitué par un empilage de tôles magnétiques 12 dé-15 coupées suivant un certain profil. Les tôles 12 représentées sur les figures 1 et 2 ont leurs quatre coins échancrés en forme de quarts de ronds. Deux plaques d'extrémité identiques, 13a et 13b, en matière non magnétique, sont maintenues fermement appliquées respectivement contre l'une et l'autre des extrémités du bloc 11 20 de tôles magnétiques 12 par des dispositifs d'attache appropriés tels que les boulons 14a, 14b, 14c et l4d représentés. Le bloc 11 de tôles magnétiques 12 et les plaques 13a et 13b appliquées contre les extrémités de ce bloc forment un noyau magnétique monobloe désigné dans son ensemble par la référence 15 sur la figure 4. 25 Ce noyau magnétique est percé de quatre conduits 16a, 16b et 17a, 17b, qui le traversent de part en part et dont les axes sont perpendiculaires aux plans des tôles magnétiques ainsi qu'on le voit sur la figure 4. Ces conduits 16a, 16b et 17a, 17b, sont disposés symétriquement autour de l'axe du noyau magnétique, sont 30 angulairement équidistants les uns des autres de 90° environ et sont situés de façon que les plans passant par les axes de ceux de ces conduits qui sont diamétralement opposés fassent chacun un angle de 45° environ avec la direction d'application sur le noyau magnétique 15 de la charge P à détecter, cette direction étant in-35 diquée par voie flèche sur la figure 1. Les spires de deux bobines distinctes 18 et 19 sont ensuite passées respectivement dans les conduits 16a et 16b et dans les conduits 17a et 17b diamétralement opposés dans chaque paire. Plus précisément, une bobine excitatrice 18 est bobinée dans les conduits 16a et 16b et une bobine détec 40 trice 19 est bobinée dans les conduits 17a et 17b. Les côtés d'ex- 70 43518 8. 2070246 trémité des bobines 18 et 19 respectivement excitatrice et détectrice se croisent ainsi mutuellement sur l'extérieur des plaques d'extrémité 13a et 13b en faisant chacun un angle de 45° environ avec la direction d'application de la charge P. L'appareil 10 de 5 détection des contraintes mécaniques conforme à l'invention est donc constitué par le noyau magnétique 15 formé par le bloc 11 de tôles magnétiques 12 et par les plaques 13a et 13b qui enserrent le bloc 11. Le noyau magnétique 15 utilisé dans l'appareil de l'invention possède une anisotropie magnétique uniaxiale du fait qu'il 10 a été refroidi en présence d'un champ magnétique créé par la mise sous tension d'une bobine magnétisante 18' montée à la place de la bobine excitatrice 18. Les plans de bobinage des bobines 18 et 18' sont donc communs à ces deux bobines. La référence 20 désigne une source de courant alteimatif branchée sur la bobine excitatrice 18. 15 Un circuit électrique équivalent à l'appareil de la figu re 1 est représenté sur la figure 3 dans laquelle le bloc 15 en forme d'L correspond au noyau magnétique 15 possesseur d'une anisotropie magnétique uniaxiale provenant de son refroidissement en présence d'un champ magnétique. La partie verticale relativement 20 large 15a du bloc 15 représente le plan de bobinage de la bobine excitatrice 18, ce plan étant le même que celui du bobinage de la bobine magnétisante 18' utilisée au cours du refroidissement du noyau magnétique en présence d'un champ magnétique. Les caractéristiques magnétiques qui résultent de la position de ce plan de bo-25 binage sont indiquées par la boucle d'hystérésis a de la figure 6 qui représente l'hystérésis de la force magnétomotrice H en fonction de l'intensité du flux magnétique B. La partie horizontale et relativement étroite 15b du bloc 15 de la figure 3 représente le plan de bobinage de la bobine détectrice 19* c'est-à-dire un plan 30 de bobinage perpendiculaire au plan de magnétisation de la bobine magnétisante 18'. Les caractéristiques magnétiques qui résultent de la position du plan de bobinage de la bobine détectrice 19 sont celles d'une perméabilité isotropique et sont indiquées par la boucle d'hystérésis b de la figure 6. 35 L'appareil de détection des contraintes mécaniques de l'invention qui vient d'être décrit se construit de la façon suivante. Des tôles magnétiques 12 sont d'abord accolées les unes contre les autres, chacune de ces tôles portant quatre trous 16a, 16b et 17a, 17b symétriquement disposés autour du centre de la tôle, 40 équidistants de 90° environ sur une même circonférence et placés 70 43518 9. 2070246 de façon que les lignes qui joignent les centres de ceux de ces trous qui sont diamétralement opposés fassent chacune un angle de 45° environ-avec la direction d'application de la charge reçue par les tôles magnétiques 12 et ainsi qu'il a été précédemment indiqué. 5 Les plaques d'extrémité 13a et 13b sont ensuite respectivement placées sur l'une et l'autre extrémité de l'empilage 11 de tôles magnétiques 12 et sont reliées l'une à l'autre par les boulons 14a, 14b, 14c et l4d de façon à former le noyau magnétique monobloc 15. La bobine magnétisante 18' est ensuite formée par enrou-10 lement dans les conduits 16a et 16b, puis cette bobine est branchée sur une source de courant continu 21 comme représenté schématique-ment sur la figure 5* Le noyau magnétique 15 équipé de la bobine magnétisante 18' est ensuite placé dans line étuve chauffée 22 sous atmosphère réductrice constituée, par exemple, par de l'hydrogène. 15 La bobine magnétisante 18' est ensuite excitée à l'aide de la source de courant continu 22 à une intensité magnétisante prédéterminée et indépendante de l'épaisseur du noyau magnétique 15, la température de 1'étuve 22 étant simultanément réduite lentement à partir de 600°C environ et dans un intervalle de températures de 250°C 20 environ à raison d'un refroidissement de 10°C par heure. Ces opérations confèrent au noyau magnétique 15 une anisotropie magnétique uniaxiale. Le noyau magnétique 15 est ensuite retiré de 1'étuve 22 et est débarrassé de la bobine magnétisante 18'. La bobine d'excitation 18 est ensuite bobinée dans les conduits 16a et 16b . 25 suivant le même plan de bobinage que la bobine magnétisante 18' qui en occupait la place, et la bobine détectrice 19 est bobinée dans les deux autres conduits diamétralement opposés l'un à l'autre 17a et 17b. Dans le procédé de fabrication de l'appareil de l'inven-30 tion, le noyau magnétique 15 est recuit au cours de son chauffage, et de son refroidissement lent en présence d'un ehamp magnétique, ses distorsions mécaniques internes sont éliminées et les déformations plastiques de ses éléments constitutifs augmentent sa rigidité. Au cours du refroidissement du noyau magnétique 15 en pré-35 sence d'un ehamp magnétique, il se produit dans les tôles magnétiques 12 des "poussées" de magnétisme représentées par les circuits magnétiques 23 dessinés en pointillés sur la figure 5. Ces poussées de magnétisme se fixent dans le noyau magnétique 15 au cours de son refroidissement. Par conséquent, lorsque ce noyau magnéti-40 que est revenu à température ambiante, il présente un axe de magnéBAD ORIGINAL^ 70 43518 10. 2070246 tisation préférentielle suivant une direction parallèle au grand axe des circuits magnétiques 23 et, par suite, est sensible à toute application d'une charge ou d'une pression mécanique. La figure 6 représente les courbes d'hystérésis de la for-5 ce magnétomotrice H en fonction de la densité de flux B, la boucle a donnant les caractéristiques de magnétisation de la bobine excitatrice 18 et la boucle b donnant les caractéristiques de magnétisation de la bobine détectrice des contraintes 19 dont le plan de bobinage est perpendiculaire à celui de la bobine excitatrice 18. 10 On voit donc que le refroidissement de l'empilage de tôles magnétiques en présence d'un champ magnétique établi par les circuits magnétiques fermés précités est avantageux du fait que ce refroidissement n'est pas influencé par le diamagnétisme du noyau et que, par conséquent, ce refroidissement en présence d'un champ magnéti-15 que peut être effectué quelle que soit l'épaisseur du noyau magnétique 15, ce qui permet l'emploi d'un courant de magnétisation d'intensité relativement faible. Lorsque, dans l'appareil de l'invention, la bobine excitatrice 18 est mise par la source de courant alternatif 20 sous 20 une tension alternative stabilisée et en forme d'onde carrée ou sinusoïdale et qu'une contrainte mécanique est appliquée sur le noyau magnétique 15, les caractéristiques magnétisantes des ampères -tours NI en fonction du flux magnétique 0 passant de la boucle d'hystérésis rectangulaire a de la figure 7 (qui correspond à la 25 boucle d'hystérésis rectangulaire a de la figure 6) à la boucle d'hystérésis rectangulaire af de la figure 7 dessinée en pointillés. Mais, du fait que les caractéristiques de la saturation du noyau magnétique 15 ne sont pratiquement pas affectées, ce noyau peut être utilisé comme bobinage à saturation ainsi qu'il sera ex-30 pliqué par la suite. D'autre part, lorsqu'une tension alternative stabilisée et en forme d'onde carrée ou sinusoïdale est appliquée sur la bobine excitatrice 18 de l'appareil de l'invention, la fraction du flux qui se couple avec la bobine détectrice 19 pendant qu'une contrainte mécanique est imposée au noyau magnétique 15 est 35 bien plus grande que celle qui se couple dans un appareil dont le noyau magnétique n'est pas directionnel, ne présente pas de distorsion mécanique ou bien dans lequel la distribution de ces particularités est irrégulière. L'appareil détecteur de l'invention est, par suite, capable d'une plus grande sensibilité magnétostrictive 40 apparente, cette augmentation de sensibilité se traduisant par un BAD ORIGINAL 70 43518 2070246 accroissement de la tension de sortie fournie par la bobine détectrice 19. Ceci signifie que l'appareil de l'invention est un appareil détecteur qui permet de réduire la charge appliquée sur le circuit électrique utilisateur qui lui est associé et dans lequel le 5 rapport signal/bruit est amélioré. Lorsque l'appareil de l'invention est en cours d'utilisation, la bobine excitatrice 18 est excitée par la source de courant alternatif 20 sous une tension alternative stabilisée en forme d'onde sinusoïdale ou carrée, et la charge mécanique à mesurer est 10 appliquée sur le noyau magnétique 15 suivant la direction indiquée par la flèche de la figure 1, le flux § induit par le courant qui circule dans la bobine excitatrice 18 subit alors une distorsion qui le fait se coupler avec la bobine détectrice 19 dans laquelle apparaît par suite une tension proportionnelle à la charge mécani-15 que appliquée. Cette tension constitue une mesure de la charge mécanique appliquée sur l'appareil. La figure 8 représente un autre mode de réalisation de l'appareil détecteur des contraintes mécaniques conforme à l'invention. Dans ce mode de réalisation, l'appareil référencé 10', com-20 prend un bloc 11' constitué par une pluralité de tôles magnétiques 12 accolées et deux éléments 24a et 24b supportant une partie de la charge à mesurer, dont chacun est constitué par une pluralité de plaques non magnétiques accolées et qui sont respectivement placés sur l'une et l'autre extrémité du bloc de tôles magnétiques 25 accolées. Deux plaques d'extrémité 15a et 15b sont fermement maintenues appliquées contre les extrémités du bloc 11' ainsi constitué au moyen, comme représenté, de boulons 14a, 14b, 14c et l4d. Le bloc 11' de tôles magnétiques 12 et les éléments 24a et 24b qui supportent une partie de la charge à mesurer forment un noyau ma-30 gnétique monobloc 15'. Ce noyau magnétique 15* est percé de quatre conduits 16a, 16b et 17a, 17b qui traversent le bloc 11' de tôles magnétiques 12, et les éléments 24a et 24b parallèlement à l'axe du noyau magnétique 15'. Ces conduits 16a, 16b et 17a, 17b, sont disposés symétri-35 quement autour de l'axe du noyau, sont équidistants les uns des autres de 90° environ sur une même circonférence et sont disposés de façon que les plans qui réunissent deux à deux les axes de ces conduits qui sont diamétralement opposés fassent chacun un angle de 45° environ avec la direction suivant laquelle la charge P est 40 appliquée sur le noyau magnétique 15', cette direction étant indi 70 43518 12. 2070246 quée par la flèche de la figure 8. Les spires d'une bobine excitatrice 18 sont passées dans les deux conduits diamétralement opposés 16a et 16b, et les spires d'une bobine détectrice 19 sont passées dans les deux autres conduits diamétralement opposés 17a et 5 ljb. Les côtés d'extrémité de ces deux bobines 18 et 19 se croisent mutuellement sur l'extérieur des plaques d'extrémité 13a et l^b en faisant chacun un angle de 45° environ avec la direction d'application de la charge P. Le mode de réalisation de l'appareil de l'invention représenté sur la figure 8 est donc similaire à ce-10 lui de la figure 1, sauf en ce qui concerne la présence des éléments 24a et 24b qui supportent une partie de la charge appliquée sur l'appareil et, par suite, le circuit électrique équivalent à ce mode de réalisation est celui représenté sur la figure 3* Le noyau magnétique 15' de ce deuxième mode de réalisation possède 15 aussi une anisotropie magnétique uniaxiale qui lui a été conférée par un refroidissement en présence d'un champ magnétique à la façon décrite pour le mode de réalisation de la figure 1. L'appareil de la figure 8 peut, selon l'invention, être fabriqué de la façon suivante. Un empilage de tôles magnétiques 12 20 est d'abord constitué, puis les éléments 24a et 24b destinés à supporter une partie de la charge appliquée sont accolés sur les deux extrémités de l'empilage de tôles magnétiques 12 de façon à former un bloc 11'. Les plaques 13a et 13b sont ensuite mises en place sur les extrémités du bloc 11' et réunies par les boulons 25 14a, 14b, 14c et l4d, l'ensemble constituant un noyau magnétique monobloc 15'. Ce noyau 15' est percé de quatre conduits 16a, 16b et 17a, 17b qui sont disposés à la façon précédemment décrite. Les spires d'une bobine magnétisante 18' sont ensuite passées dans les deux conduits diamétralement opposés 16a et 16b, 30 et cette bobine est branchée sur une source 21 de courant continu comme représenté schématiquement sur la figure 4. Le noyau magnétique 15' porteur de la bobine magnétisante 18' est ensuite mis dans une étuve chauffée 22 sous une atmosphère réductrice appropriée qui peut être, par éxemple, une atmosphère d'hydrogène. La 35 bobine magnétisante 18' est ensuite mise sous tension par la source de courant continu 21 de façon qu'un courant magnétisant d'une intensité prédéterminée et indépendante de l'épaisseur du noyau 15' y circule, la température de 1'étuve 22 étant simultanément réduite progressivement à partir de 600°C environ dans un interval-40 le de températures de 250°C environ et, de préférence, à raison 70 43518 i3. 2070246 d'un refroidissement de 10°C par heure. Le noyau magnétique 15* acquiert ainsi une anisotropie magnétique uniaxiale. Ce noyau est ensuite retiré de 1'étuve 22, après quoi la bobine magnétisante 18' en est enlevée. Les spires d'une bobine excitatrice 18 sont ensui-5 te passées dans les deux conduits l6a et 16b, après quoi les spires d'une bobine détectrice 19 sont passées dans les deux autres conduits 17a et 17b. Il est évident que l'appareil de la figure 8 est capable de détecter sous la forme d'une tension électrique des contraintes ou des pressions mécaniques considérablement plus for-10 tes que celles que peut supporter l'appareil de la figure 1. Pour la mesure de charges ou de pressions mécaniques importantes, il est en général nécessaire d'utiliser un noyau magnétique dont la rigidité soit accordée à l'intensité de ces charges ou pressions. D'autre part, pour constituer un noyau magnétique 15 ayant les caractéristiques indiquées, il est nécessaire d'employer des matières coûteuses, par exemple un permalloy à 60 %. L'emploi de telles matières par grandes quantités est évidemment indésirable du point de vue économique. La présence dans le mode de réalisation de la figure 8 des 20 éléments 24a et 24b qui absorbent une partie de la charge appliquée sur l'appareil est particulièrement avantageuse à ce sujet puisque des tôles magnétiques 12 en moins grand nombre sont utilisées en association avec des plaques non magnétiques moins onéreuses qui forment les éléments 24a et 24b. La matière utilisée pour ces pla-25 ques non magnétiques peut être un acier inoxydable 18/8 peu coûteux et largement offert sur le marché. Le nombre des plaques qui composent chacun de ces éléments est déterminé en fonction de l'intensité de la charge qui sera appliquée sur le noyau magnétique. Ces éléments 24a et 24b non seulement réduisent par leur présence 30 le prix de revient du noyau magnétique mais, de plus, absorbent une partie de la charge appliquée sur ce noyau, ce qui permet la détection et la mesure de charges et de pressions mécaniques plus importantes. Ces éléments 24a et 24b agissent à la façon des shunts de changement d'échelle des instruments de mesures électriques. 35 Si la charge à mesurer est de l'ordre d'une tonne, chacun des éléments 24a et 24b est constitué par ion nombre approprié de plaques non magnétiques, et si cette charge est de l'ordre de 10 tonnes, le nombre de ces plaques non magnétiques est augmenté en conséquence. On remarquera que, bien que la même tension puisse être 40 fournie par la bobine détectrice 19 en réponse à l'application de BAD ORIGINAL ' 70 43518 14. 2070246 charges d'ordres différents sur des noyaux magnétiques comportant des nombres différents de plaques non magnétiques, cette tension peut être modifiée en conséquence pour fournir une indication exacte de la charge mesurée, ou bien peut être transformée en fonction 5 du paramètre constitué par le nombre de ces plaques non magnétiques. On voit donc que la présence des éléments 24a et 24b qui absorbent une partie de la charge a pour résultats une réduction du prix de revient du noyau magnétique et une possibilité de normalisation des appareils détecteurs en fonction des charges à mesurer. 10 Pour diminuer la fraction de la charge qui s'applique sur les tôles magnétiques 12, il peut aussi être avantageux que les bords supérieurs et inférieurs des plaques d'extrémité lj?a et 13b affleurent respectivement la surface supérieure et la surface inférieure du bloc 11' ainsi qu'on le voit sur la figure 8. Si les 15 plaques d'extrémité 13a et 13b sont ainsi dimensionnées, la charge à mesurer est supportée non seulement par le bloc 11' mais aussi par ces plaques 13a et 13b, ce qui réduit la fraction de cette charge que doivent absorber les tôles «agnétiques 12. Cette construction est aussi avantageuse du fait que l'hystérésis mécanique struc-20 turelle qui se manifeste au cours des cycles de charge répétés, c'est-à-dire l'hystérésis à 1'allongement &, varie en fonction de la contrainte mécanique comme on le voit sur la figure 9 et que, par suite, l'hystérésis électrique qui affecte la tension de sortie v en fonction de la charge P et qui est représentée sur la fi-25 gure 10 peut ainsi être éliminée. Par conséquent, à moins que les bords supérieurs et inférieurs des plaques 13a et 13b n'affleurent respectivement la surface supérieure et la surface inférieure du bloc il', ces plaques d'extrémité peuvent ne pas se comporter exactement comme si elles faisaient intégralement corps avec le noyau 30 magnétique 11, le résultat étant que des forces de cisaillement excessives peuvent se développer entre les plaques 13a et 13b, le bloc 11' de tôles magnétiques 12 et les éléments 24a et 24b qui absorbent une partie de la charge appliquée, et ceci même si les cycles de charge effectués sont maintenus en deçà de la limite d'é-35 lasticité présumée de l'ensemble. Ces forces de cisaillement exagérées provoquent entre les plaques d'extrémité 13a et 13b et le bloc 11'des émissions de chaleur par frottement qui ont pour effet de donner naissance aux hystérésis mécaniques et électriques mentionnées. 40 Les appareils de détection des contraintes des figures 1 bad original 70 43518 15. 2070246 à 8 qui possèdent les caractéristiques exceptionnelles décrites trouvent leur application dans de nombreuses branches de l'industrie pour la mesure de poids, de pressions et autres charges mécaniques diverses. Deux exemples de telles applications pratiques 5 sont décrites ci-après. Sur la figure 11, l'appareil détecteur de l'invention est utilisé comme bobinage à saturation dans un inverseur à transistors et auto-excitation du type Royer. Ce type d'amplificateur, ou inverseur à auto-excitation, est bien connu des spécialistes de la 10 question et l'un d'eux est décrit dans le brevet japonais n° 32-4.066. Pour incorporer l'appareil de l'invention à un inverseur à auto-excitation de ce type, il suffit que la bobine excitatrice 18 soit munie d'une prise centrale et que deux bobines 25a et 25b qui rendent respectivement deux transistors 26a et 26b alternativement 15 conducteurs et non conducteurs soient bobinées dans deux conduits déterminant un plan de bobinage correspondant à celui de la bobine excitatrice 18. Ces transistors 26a et 26b, qui sont rendus alternativement conducteurs et non conducteurs, oscillent continûment, et la tension continue fournie par une source d'énergie électrique 20 continue et stabilisée 27 est transformée en une tension alternative en forme d'onde carrée du fait de l'hystérésis en forme de boucle rectangulaire du noyau magnétique 15 ou 15'. Cette tension alternative de sortie est envoyée dans la bobine détectrice 19. Dans le montage de la figure 11, cette tension alternative résul-25 te de l'action combinée d'une source de courant continu et de deux transistors fonctionnant en alternance ; ce montage est par conséquent substantiellement équivalent au circuit électrique de la figure 3. L'inverseur à auto-excitation de la figure 11 peut être a-limenté par une batterie et constituer ainsi un détecteur de char-30 ges portatif. D'autre part, dans le cas où un produit se déplace en étant supporté par une courroie transporteuse, la quantité livrée de ce produit peut être contrôlée à l'aide d'un détecteur semblable à celui de la figure 11. Dans ce cas, et si désiré, un tachéomètre fournissant un signal électrique peut être associé au 35 moteur de commande de la courroie transporteuse de façon qu'il fournisse une tension continue proportionnelle à la vitesse linéaire de cette courroie. Si cette tension est utilisée comme tension d'alimentation continue de l'inverseur de la figure 11, la bobine détectrice 19 fournit une tension qui représente le produit 40 de la charge appliquée sur la courroie transporteuse et de la vi 70 43518 16. 2070246 tesse linéaire de cette courroie et qui indique ainsi la quantité du produit livrée par la courroie. La figure 12 représente un autre exemple d'application pratique de l'appareil de l'invention dans lequel cet appareil est 5 utilisé comme bobinage à saturation pour constituer un amplificateur magnétique à rétro-action dont la désignation même indique le fonctionnement. Pour l'utilisation de l'appareil de l'invention dans un amplificateur magnétique de ce type, les spires d'une bobine de gâchette 18 sont passées dans les deux conduits qui don-10 nent à cette bobine le même plan de bobinage que celui de la bobine excitatrice 18 des autres modes de réalisation, et cette bobine de gâchette 18 et la bobine détectrice 19 sont utilisées respectivement comme bobine de ré-enclenchement et comme bobine de rétroaction. Le champ magnétique polarisant qui réduit l'effet magnéto-15 strictif et qui détermine la sensibilité de l'appareil est lui-même déterminé par le quotient du nombre des spires de la bobine de ré-enclenchement (ou excitatrice) 18 et celui de la bobine de gâchette 28 et par les tensions fournies par les sources de courant alternatif 29, 30 et 31- Si, dans ces conditions, une charge 20 est appliquée sur le noyau magnétique 15 ou 15', le flux induit par l'excitation de la bobine de ré-enclenchement 18 varie et la tension alternative induite dans la bobine de rétro-action (ou détectrice) 19 est transformée en une tension continue. Cette tension continue est renvoyée sur la bobine de ré-enclenchement 18, 25 et l'appareil fournit ainsi une tension amplifiée qui est proportionnelle à la charge détectée. L'appareil de détection et de mesure de contraintes mécaniques de l'invention ayant été décrit en détail ci-dessus, on voit que, selon l'invention, l'une de ses caractéristiques impor-30 tantes consiste en ce qu'il est pratiquement exempt de distorsions mécaniques internes qui s'établiraient s'il était autrement fabriqué en raison du serrage des plaques d'extrémité sur l'empilage de tôles magnétiques à l'aide de boulons, bien qu'il peut être construit de façon à présenter une résistance mécanique suffisante. 35 Selon une deuxième caractéristique importante de l'inven tion, une contrainte mécanique détectée peut être transformée en une tension de sortie relativement élevée et, par suite, les caractéristiques à la saturation de l'appareil détecteur ne sont pas affectées par les différences des charges appliquées sur l'appa-40- reil. 70 43518 17. 2070246 Selon une troisième caractéristique importante de l'invention, un signal de sortie très élevé représentant la charge détectée peut être obtenu par l'emploi du dispositif décrit qui permet de réduire la charge des éléments électriques associés à l'ap-5 pareil et d'améliorer le rapport signal/bruit. Selon une quatrième caractéristique importante de l'invention, des charges mécaniques peuvent être mesurées dans un large intervalle de valeurs sans augmentation du prix de revient de l'appareil détecteur du fait que, comme dans le deuxième mode de réa-10 lisation décrit, il peut être utilisé en combinaison avec un nombre limité de tôles magnétiques des plaques non magnétiques moins coûteuses. Cette disposition est aussi avantageuse du fait que les éléments électriques associés à l'appareil peuvent être normalisés sur la base de la capacité maximale désirée pour l'appareil. 15 Selon une cinquième caractéristique importante de l'inven tion, le noyau magnétique qui fait partie de l'appareil de l'invention peut être utilisé non seulement pour la mesure de poids, mais aussi comme bobinage à saturation utilisé en combinaison avec divers éléments électriques de type connu. 20 Selon une sixième caractéristique importante de l'inven tion, le procédé de fabrication qui en constitue l'un des objets permet de fabriquer d'une façon simple un appareil de détection présentant les caractéristiques décrites. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de 25 réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 70 43518 18. 2070246 REVENDICATIONS 1 - Appareil de détection et de mesure de contraintes mécaniques, caractérisé en ce qu'il comporte un noyau magnétique comprenant un bloc constitué par un empilage de tôles magnétiques et 5 deux plaques d'extrémité maintenues fermement appliquées respectivement contre l'une et l'autre extrémité de ce bloc, ce noyau magnétique étant percé de quatre conduits parallèles à son axe longitudinal, le traversant de part en part, angulairement équidistants de 90° environ sur une même circonférence, et situés de façon que 10 les plans qui réunissent deux-à-deux ceux de ces conduits qui sont diamétralement opposés fassent chacun un angle de 45° environ avec la direction d'application sur le noyau magnétique de la charge à détecter et mesurer j les spires d'une bobine excitatrice étant passées dans deux de ces conduits diamétralement opposés et cette 15 bobine étant branchée sur une source de courant alternatif, et les spires d'une bobine détectrice étant passées dans les deux autres conduits, les côtés d'extrémité de ces deux bobines se croisant mutuellement sur l'extérieur de l'une et l'autre desdites plaques d'extrémité en faisant chacun un angle d'environ 45° avec la diree-20 tion d'application de la charge à détecter et mesurer j ce noyau magnétique possédant une anisotropie magnétique uniaxiale qui lui a été conférée du fait qu'il a été refroidi à partir d'une température élevée dans un intervalle de températures prédéterminé avec induction simultanée d'un champ magnétique dans sa masse. 25 2 - Appareil de détection et de mesure de contraintes mé caniques, caractérisé en ce qu'il comporte un noyau magnétique comprenant un bloc constitué par un empilage de tôles magnétiques et deux éléments absorbant une partie de la charge à détecter et à mesurer et enserrant entre eux lesdites tôles magnétiques, ce noyau 30 magnétique étant percé de quatre conduits parallèles à son axe longitudinal, le traversant de part en part, angulairement équidistants de 90° environ sur une même circonférence, et situés de façon que les plans qui réunissent deux-à-deux ceux de ces conduits qui sont diamétralement opposés fassent chacun un angle de 45° en-35 viron avec la direction d'application sur le noyau magnétique de la charge à détecter et à mesurer ; les spires d'une bobine excitatrice étant passées dans deux de ces conduits diamétralement opposés et cette bobine étant branchée sur une source de courant alternatif, et les spires d'une bobine détectrice étant passées dans les 40 deux autres conduits, les côtés d'extrémité de ces deux bobines se BAD ORIGINAL 70 43518 19. 2070246 croisant mutuellement sur l'extérieur de l'une et l'autre desdites plaques d'extrémité en faisant chacun un angle d'environ 45° avec la direction d'application de la charge à détecter et à mesurer ; ce noyau magnétique possédant une anisotropie magnétique uniaxiale 5 qui lui a été conférée du fait qu'il a été refroidi à partir d'une température élevée dans un intervalle de températures prédéterminé avec induction simultanée d'un champ magnétique dans sa masse. 3 - Appareil selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les bords supérieurs et inférieurs desdi- 10 tes plaques d'extrémité ou desdits éléments absorbant une partie de la charge affleurent respectivement la surface supérieure et la surface inférieure dudit bloc. 4 - Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun desdits éléments absorbant une partie de la charge est 15 constitué par une pluralité de plaques accolées ayant la même forme que les tôles magnétiques du noyau. 5 - Appareil selon la revendication 2 ou la revendication 4, caractérisé en ce que chacun desdits éléments qui absorbent une partie de la charge est fait en une matière non magnétique. 20 6 - Procédé de fabrication d'un appareil de détection et de mesure de contraintes mécaniques, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes : empilage d'une pluralité de tôles magnétiques de façon à en former un bloc ; mise en place de deux plaques d'extrémité respectivement sur l'une 25 et l'autre extrémité de ce bloc et serrage de ces plaques au moyen de dispositifs d'attache de façon à former un noyau magnétique monobloc, ce noyau magnétique étant percé de quatre conduits parallèles à son axe longitudinal, le traversant de part en part, angulairement équidistants de 90° environ sur une même circonférence, 30 et situés de façon que les plans qui réunissent deux-à-deux ceux de ces conduits qui sont diamétralement opposés fassent chacun un angle de 45° environ avec la direction d'application sur le noyau magnétique de la charge à détecter et à mesurer ; bobinage d'une bobine magnétisante dans deux de ces conduits diamétralement oppo-35 sés, cette bobine étant branchée sur une source de courant continu ; mise du bloc ainsi constitué dans une atmosphère chaude ; réduction de la température de cette atmosphère dans un intervalle de températures prédéterminé et à un taux prédéterminé de refroidissement horaire avec excitation simultanée de la bobine magnéti-40 santé à l'aide de la source de courant continu en vue d'établir 70 43518 20. 2070246 une anisotropie magnétique uniaxiale dans le noyau magnétique ; retrait du noyau magnétique hors de ladite atmosphère ; enlèvement de la bobine magnétisante ; bobinage d'une bobine excitatrice dans les conduits dans lesquels était préalablement bobinée la bobine 5 magnétisante ; et bobinage d'une bobine détectrice dans les deux autres conduits du noyau. 7 - Procédé de fabrication d'un appareil de détection et de mesure de contraintes mécaniques, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes : empilage d'une 10 pluralité de tôles magnétiques de façon à en former un bloc ; mise en place de deux éléments d'absorption d'une partie de la charge respectivement contre l'une et l'autre extrémité dudit empilage de tôles magnétiques de façon à former un bloc, chacun de ces éléments d'absorption d'une partie de la charge étant constitué par une plu-15 ralité de plaques non magnétiques accolées ; mise en place de deux plaques d'extrémité respectivement sur l'une et l'autre extrémité de ce bloc et serrage de ces plaques au moyen de dispositifs d'attache de façon à former un noyau magnétique monobloc, ce noyau magnétique étant percé de quatre conduits parallèles à son axe lon-20 gitudinal, le traversant de part en part, angulairement équidistants de 90° environ sur une même circonférence, et situés de façon que les plans qui réunissent deux-à-deux ceux de ces conduits qui sont diamétralement opposés fassent chacun un angle de 4-5° environ avec la direction d'application sur le noyau magnétique de 25 la charge à détecter et à mesurer ; bobinage d'une bobine magnétisante dans deux de ces conduits diamétralement opposés, cette bobine étant branchée sur une source de courant continu ; mise du bloc ainsi constitué dans une atmosphère chaude ; réduction de la température de cette atmosphère dans un intervalle de températures 30 prédéterminé et à un taux prédéterminé de refroidissement horaire avec excitation simultanée de la bobine magnétisante en vue d'établir une anisotropie magnétique uniaxiale dans le noyau magnétique ; retrait du noyau magnétique hors de ladite atmosphère j enlèvement de la bobine magnétisante ; bobinage d'une bobine excita-35 trice dans les conduits dans lesquels était préalablement bobinée la bobine magnétisante ; et bobinage d'une bobine détectrice dans les deux autres conduits du noyau. 8 - Procédé selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé en ce que ladite atmosphère est chauffée à une tem- 40 pérature voisine du point de Curie des tôles magnétiques.