Brevet FR2130552A1 — publié le 19721103

L'invention a pour objet un dispositif de mesure de forces et de poids, notamment-pour appareils de pesage, équipé d'un élément en U composé d'un contrepoids, de deux lames-ressort encastrées dans une entretoise rigide à une extrémité et dans une autre pièce à l'autre extrémité, et sur laquelle est fixé aussi un index indicateur de mesure, Les dispositifs de mesure de force de ce germe, tels qu'on les connatt déjà,ont l'inconvénient que, en général, le mécanisme à ressort de l'index ne permet pas l'emploi d'une échelle à graduation linéaire quand on dépose une charge sur un appareil de pesage. Un autre inconvénient des réalisations connues de ce mécanisme indicateur à lames-ressort est sa sensibilité aux vibrations horizontales parasitaires qui s'exercent sur l'appareil et par suite desquelles l'index se met à vibrer, de sorte qu'il n'est pas possible de lire clairement les chiffres indiqués sur l'échelle. Un autre défaut de ces réalisations connues est leur sensibilité aux dénivellations de l'appareil de pesage. L'invention a pour but d'éviter tous ces inconvénients et de parvenir a) à produire une force proportionnelle à la charge du plateau de l'appareil de pesage, pour arriver à réaliser un équilibre dans une certaine gamme de pesage b) à fixer entre deux lames-ressort un index monté sur une -entretoise rigide et ajustable. On parvient à ce résultat, selon lginvention, par le fait que la longueur du bras-supportant le contrepoids et la masse du contrepoids sont déterminés de telle manière que le centre de gravité de ce contrepoids et le point de rotation géométrique coincident. De cette façon, la division de l'échelle devient linéaire étant donné qu'aucun moment parasitaire ne perturbe le résultat lorsque l'ensemble décrit plus haut est chargé. De plus, l'influence des vibrations parasitaires est éliminée, de sorte que la lecture précise de l'é- chelle est possible et que l'appareil est alors rendu insensible aux dénivellations. Une autre caractéristique de l'invention consiste à monter deux lames-ressort indépendantes de telle fa çon que les lignes formées par les deux points d'encastrement de chaque lame se coupent en un point qui se confond avec l'extrélité libre de 1' index. D'autres caractéristiques de l'invention ainsi que ses avantages seront mis en évidence au cours de la description de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnée ci-dessous uniquement à titre d'exemple. Cette description fera bien comprendre convient l'invention peut être réalisée.On se réfèrera aux dessins annexés dans lesquels - les figures 1, 2 et 3 sont des vues montrant schématiquement, à titre de comparaison, un mécanisme à lames-ressort de construction connue - les figures 4a et 4b sont des schémas d'exécution de deux réalisations de l'invention - les figures 5 à 8 sont des des dus facilitant l'explication théorique de la manière de réaliser l'in vent ion0 Sur la figure 1, l'index 1 d'un appareil de pesage connu est monté en permanence sur une entretoise rigide 2 à laquelle les extrémités de lames-ressort 3 et 5 sont ri- xées respectivement à chaque bout de cette entretoise.Les autres extrémités des lames-ressort sont encastrées d'une part dans le bâti 4 de l'appareil et d'autre part dans un bras 6 d'un support de plateau 7 de l'appareil0 Une différence de poids g( - M1h voir figure 2, résultant de l'inégalité des masses M1 et M2, placées sur les plateaux de l'appareil, produit sur le bras 6 une force K qui provoque la déformation des lames-ressort 3 et 5 et qui aboutit à un déplacement x de ce bras 6. I1 y a équilibre et arrêt en face d'une graduation du cadran quand la force exigée pour déformer l'en- semble à lames-ressort correspond à la force K. La rotation angulaire w qui correspond à cet équilibre est déterminée par la déformation des lames-ressort et elle est par conséquent la mesure de K, c'est-à-dire de la différence de poids g(N2 - M1)* Un inconvénient de ces réalisations connues réside dans le fait que le centre de gravité Z et le point de rotation de l'ensemble à lames-ressort supportant l'index 1 ne coSncident pas, par suite de quoi7 lors d'une rotation angu laire de cet ensemble, il se produit un moment Gop qui influx défavorablement sur les indications lues sur une échelle à divisions linéaires (G est le poids du système complet et p la distance du centre de gravité Z à l'axe vertical situé entre les deux lames-ressort). Un autre inconvénient important des constructions connues est leur sensibilité aux vibrations parasitaires qui agissent sur l'ensemble mobile, à la suite de quoi l'index 1 se met à vibrer de telle façon qu'il est impossible d'apprécier sa position exacte (figure 3). La fixation de la lame-ressort 5 au bras 6 rend cette lame-ressort solidaire du bras 6. Un troisième inconvénient des constructions connues est leur sensibilité à la dénivellation qui résulte du fait que le centre de gravité Z ne reste pas à sa place ou qu'il ne se déplace pas verticalement lorsque l'index tourne autour de H (voir figure 2). La construction conforme à l'invention et visible sur les figures 4a ou 4b, supprime totalement l'influence des oscillations parasitaires, rend linéaire la graduation de échelle et procure une insensibilité aux dénivellations sans rendre la construction plus compliquée. A cet effet, au mécanisme -à index avec lames-ressort, on ajoute un bras 8 qui est fixé rigidement à un bout sur l'entretoise réunissant les deux lames-ressort, Un contrepoids 9 est fixé à l'autre bout du bras 80 Ce type de construction à index avec lames-ressort est connu mais il sert à produire nn résultat tout à fait différent de celui visé par l'invention (voir le brevet des Etats-Unis 2.584.949). Le mécanisme à lames-ressort selon ltin- Invention est caractérisé par les détails suivants (voir figures 4a et 4b) t a. grecs à un choix judicieux de la longueur du bras 8 et de la masse du contrepoids 9 le centre de gravité Z du système complet est situé à mi-hauteur des lames ressort 3 et 5 et symétriquement par rapport à ces lames-ressort, c'est-à-dire au point de rotation géo métrique H de la construction ; b. les points d'encastrement 13 et 15 des lames-ressort 3 et 5 ont été écartés de telle façon que des lignes droites fictives passant par les points d'encastrement 13,14 et 15,16 se rejoignent à la pointe de l'index 17. La caractéristique a de l'invention a pour conséquence que l'on peut utiliser une échelle à graduation linéaire. Le point de rotation instantané H et le centre de gravité Z, sur les figures 4a et 4b, du mécanisme à lames-ressort de l'index coïncident l'un avec 11 autre. Lorsque ltensemble à lames-ressort est déformé, il ne se crée aucun moment défavorable qui influe sur la déviation linéaire de l'index. Le moment G x p est nul parce que p = O. Grâce à ltinvention, la la tenue du mécanisme à lames-ressort à ltinfluence des vibrations sur l'index est comparable à un mécanisme à quatre barres ABCD; (voir la figure 5) dans lequel la pointe de ltindex 17 est le "pile" des mouvements parasitaires du bras CD. De mimez la courbe polaire des mouvements du mécanisme à lames-ressort de index 17 est dessinée et a un point dtinflexion en E. Pour de petits mouvements de CD > le point dtin- flexion E peut Ytre considéré comme le point de rotation de l'index 1. Une conséquence des caractéristiques a et b ci -dessus de L'invention est que le mécanisme est insensible aux dénivellations (voir la figure 8). Par exemple, une dénivellation de O dévie la direction de G (G est le poids de ltensemble à lames-ressort), appliquée au centre de gravité Z, de a". La composante horizontale GH déplace le bras CD, mais la pointe de l'index 17 reste à sa place. En outre, le centre de gravité Z de l'ensemble se déplace dans une direction exactement verticale par rapport à la bascule lors des déplacements limités de l'index. On voit donc que L'invention apporte les avantages suivants a. la coincidence du centre de gravité de l'ensemble avec son point de rotation géométrique, ce qui permet une échelle à graduation linéaire b. dans le cas d'un appareil de pesage soumis à des vibra tions, la position de l'index ne subit aucune influence et on peut lire correctement la valeur indiquée c. le système est insensible aux dénivellations à cause de la coincidence du centre de gravité avec le point de rotation géométrique de l'ensemble lames-ressort0 On donnera maintenant la démonstration que l'ensemble à lames-ressort de l'invention est à considérer comme un mécanisme à quatre barres La construction selon la figure 6 consiste en deux lames-ressort parallèles encastrées en A et B, dont les autres extrémités sont réunies rigidement par une barre CD. On va chercher à quelle distance b la force P doit être appliquée pour que la barre CD ne subisse aucune déviation angulaire et qu'ainsi la construction puisse etre considérée comme un mécanisme à quatre barres ABGD. Les oscillations parasitaires ont une influence comparable à une force qui est appliquée périodiquement au centre de gravité. Considérons P sur la figure 6 et une lameressort sur la figure 7a. La charge sur la lame-ressort est dessinée sur la figure 7b et se compose du moment M - -12P0 b et de la force transversale P/2 appliquée en D. A cause du principe de superposition, il faut diviser la déformation en une déviation angulaire 1 pu2 par suite de la force transversale et p P et une 1 2EI Mls ~ 1 PoboIss déviation angulaire S 2 S = 7 E' ~ par suite du moment 2 Pobo 2 L'extrémite de la lame-ressort ne subit aucune déviation angulaire quand t d'où il résulte que b " L/2, E étant le coefficient d'élasticité et I étant le moment d'inertie. Ceci est valable aussi pour la construction complète de la figure 6 vu que celle-ci se compose de deux éléments identiques comme celui de la figure 7a que lton peut accoupler l'un à l'autre Il en résulte que la barre CD ne subit aucune déviation angulaire0 Bes lames-ressort 8i) et BC sont à considérer comme des barres, puisqu'il est possible de faire passer des lignes droites d'une part par le milieu E et les extrémités Â et D, d'autre part par le milieu F et les extrémités B et C, ce qui se déduit de la symétrie de la construction0 Il résulte de cela que le mécaniste à la mes-ressort de l'invention fonctionne comme un mécanisme à barres avec des articulations à charnières A, B, C et D. Sur la figure 4a, l'entretoise 2 qui supporte le contrepoids 9 et le bras 8 est disposée au-dessus de Z ou de X, puisqu'ils sont confondus ; et sur la figure 4b, ces mt- mes éléments sont en dessous de ces deux points confondus. Comme on l'a déjà mentionné, les figures ne sont que des exemples d'application de l'invention. Cette dernière ne se borne pas à ceux-ci. Au contraire, d'autres modes de réalisation pratiques et de nombreuses applications sont possibles, en particulier à des dispositifs de mesure des forces ou à des dispositifs indicateurs0 REVND ICÀI 0S lo Dispositif de mesure de forces et de poids notamment pour appareils de pesage équipés d'un élément en U composé de deux lames-ressort encastrées aux deux extrémités opposées d'une entretoise rigide et réglable (en longueur) sur laquelle sont montés d'une part un index et d'autre part un bras qui porte au moins un contrepoids, caractérisé en ce que la longueur du bras et la masse du contrepoids sont déterminées de telle façon que le centre de rotation et le centre de gravité de l'ensemble à lames-ressort coincident. 2. Dispositif de mesure de force et de poids pour appareils de pesage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités des lames-ressort sont écartées de telle façon que des lignes droites passant par ces extrémités et par leurs points d'encastrement sur l'entretoise rigide se coupent à la pointe de l'indexe 3. Dispositif de mesure de forces et de poids pour appareils de pesage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'entretoise sur laquelle sont montés le bras et le contrepoids est disposée dans l'une quelconque des deux positions au-dessus et en dessous du centre de gravité de l'ensemble à lames-ressort0