Brevet FR2137240A1 — publié le 19721229

La présente invention concerne les balances de pesée de précision à asservissement électrique dans lesquelles le rééquilibrage automatique est assuré au moyen d'un moteur magnétoélectrique. L'invention vise à étendre considérablement l'étendue de mesure de poids ou de forces par utilisation de tares de référence hors de la balance proprement dite et par suppression de poids additionnels généralement appelés "cavaliers". On sait qu'une balance de forces asservie électriquement permet de convertir, avec une bonne précision, des forces en courant continu proportionnel. L'étendue de mesure est cependant limitée par divers facteurs tels que : rapport du courant minimal au courant maximal, bruit de fond, etc. De plus, la stabilité de divers éléments tels qu'aimants permanents, longueur de bras de levier, par exemple, limite la précision de la balance. On peut taisonnablement faire varier le rapport des forces appliquées, donc le rapport du courant d'asservissement proportionnel, de 1 à 105, voire de 1 à 104 en prenant certaines précautions. C'est ainsi que l'on peut, par exemple, convertir des poids variant entre 10-2 mg et 1Q2 mg posés sur une balance à rééquilibrage automatique, en courant proportionnel variant entre 1À et 10 mA. Si l'on désire étendre la mesure vers des poids plus élevés, par exemple 10 g, il faudrait pouvoir admettre des courants d'asservissement de 1 Â que l'on ne sait plus mesurer avec la précision ou la sensibilité du A par des moyens simples. L'utilisation d'une source ou référence de courant superposé au courant d'asservissement principal permet de créer un faux zéro équivalent à une tarde 10 g, 1 g ou 100 mg, mais la précision et la stabilité requises pour ce courant conduisent rapidement à des appareils très cob-teux. De plus, il faut tenir compte de la valeur de l'accélération de la pesanteur au lieu où s'effcctue la pesée et corriger le courant de faux zéro en conséquence, ce qui n'es guère possible en général, l'accélération de la pesanteur n'étant pas connue avec suffisamment de précision. L'invention a pour objet de pallier les défauts précédents tou en évitant l'utilisation d'une source de courant stabilisé de prix prohibitif. La balance de pesée, suivant l'invention, est' caractérisée en ce que son fléau est solidaire de la bobine mobile d'un moteur magnéto-électrique auxiliaire alimentée par un géI;er~te-= iui fournissant un courant proportionnel à un poids ajust;abit. Suivant une disposition complémentaire de l'invention, ledit générateur de courant est constitué par une seconde balance à rééquilibrage automatique. La présente invention proposant de remplacer la source de courant de faux zéro auxiliaire par un générateur de courant délivrant un courant proportionnel à un poids, confère à la balance les avantages suivants - ce générateur, lui-même balance de forces auxiliaire asservie, fournit un courant rigoureusement proportionnel au poids, donc tient compte de l'accélération de la pesanteur existante au lieu d'emploi, - il est actionné par des poids, dont la précision, la stabilité, la reproductibilité sont incomparablement plus grandes que celle d'un courant fourni par une source stabilisée, - le rapport du nombre de Weber/mètre de la balance génewatr-ice de courant au nombre de Weber/mètre de la balance de pesée prop-re- ment dite peut être très variable (10 à 1 ou 100 à 1 par exemple) ce qui permet de manipuler des poids élevés (10 g par exemple) et de les convertir en poids équivalent sur la balance de pesée de 1 g ou 100 mg seulement, - l'erreur de ces poids due à leur manipulation à la main est ainsi réduite dans un rapport de 1 à 10 ou 1 à 100, - on peutsupprimer toute tringlerie de manipulation, les n cavaliers" ayant leur équivalent 10 ou 100 fois plus lourds, - l'ensemble est peu coûteux vis-à-vis de la solution faisant appel à une source de courant de référence stabilisé. D'autres particularités de l'invention ressortiront de la description qui va suivre en relation avec le dessin annexé représentant, à titre d'exemples non li,nA tifs, deux modes d'exécution d'une balance conforme à l'invention. Sur la fig. 1, la balance de pesée proprement dite B1 est constituée par un fléau 1 pivoté en 2 ; elle comporte, à une extrémité du fléau, une nacelle 15 supportant un poids à peser 13. Un détecteur d'écart angulaire 6, indifférent au regard de l'invention, détecte le déséquilibre du fléau et commande un amplificateur 5 fournissant un courant i à J.e bobine 4 mobile dans 1 'entrefer d'un circuit magnétique à aieaIl-9 permanent 3, constituant avec celle-ci le moteur magnétoéleetrique de rééquilibrage M1 agissant à l'ure extrémité du fléau. Une bobine 8, solidaire du meme fléau 1, est mobile dans l'entrefer d'un autre circuit magnétique à aimant permanent 7, qui constitue avec elle un moteur magnétoélectrique auxiliaire NA. La bobine 8 est parcourue par un courant I issu de l'amplificateur 9 du circuit de rééquilibrage automatique d'une seconde balance de force B2 jonant le rôle de générateur de courant auxiliaire. Cette seconde balance, qui peut être plus rudimentaire que la balance de pesée B1, est constituée par un équipage mobile comprenant un plateau 16 fixé à une bobine 11, mobile dans l'entrefer d'un circuit magnétique 10 à aimant permanent et formant un moteur magnétoélectrique plI2. Des lames flexibles souples 14 permettent un mouvement de translation vertical et servent de guidage. Un détecteur d'écart de position 17, détectant les mouvements de cette balance B2, coannande un amplificateur 9 qui fournit le courant de rééquilibrage I dans la bobine 11 du moteur M2 et dans la bobine 8 du moteur NA. Ce courant I est proportionnel au poids 12 porté par le plateau 16. a Dès que le courant i dans la bobine 4/ atteint une limite que l'on peut fixer au choix, on modifie le poids 12 de la balance auxiliaire. il apparat un courant I qui produit dans la bobine 8 le mê- me effet qu'unie fraction donnée du poids 12, par exemple le 1/100ème. Dans ce cas, si le courant i est de 10 sA correspondant à un poids 13 de 10 mg, il suffit d'ajouter une masse 12 de 1 g sur le plateau 16 pour voir le courant i prendre une valeur nulle. Le poids de 1 g remplace ainsi un cavalier de 10 mg et la manipulation est bien plus aisée, car elle peut se faire avec des brucelles sans aucune précaution. On peut ainsi toujours modifier les poids 12 jusqu'à ca que le courant i revienne dans des limites raisonnables, et ce jusqu'à la limite d'asservissement de la balance auxiliaire génératrice du courant I. Le courant i est, de préférence, convertientension V proportionnelle au moyen d'une résistance de précision 19 ajustable. Cette tension Y est lue sur un voltmètre numérique 18 jouant alors le r81e de vernier. Comme indiqué sur le mode de réalisation schématisé fig. 2, la balance auxiliaire 32 génératrice du courant I peut avantageusement utiliser le mme aimant permanent de rééquilibrage que la bobine au xiliaire 8 liée à la balance de pesée B1, l'aimant permanent proprement dit 21 fournissant à la fois le flux dans l'entrefer de la bobine 8 et le flux dans l'entrefer de la bobine 11. Les deux flux sont proportionnels et, dans ce cas, le coefficient de température de ce circuit magnétique ne joue aucun rôle dans la précision de l'ensemble.Le rapport entre le poids 12 et la force développée sur la bobine mobile auxiliaire 8 liée à la balance de pesée B1 est n 0 constant, ne dépendant que du rapport des produits n2 , n désignant le nombre de tours, 0 le flux correspondant développé par les bobines respectives 11 et 8. Ce rapport joue le même rôle qu'un rapport de bras de levier. Par la mise en service d'un nombre de tours variable, la bobine 11 étant par exemple à prises multiples, on peut faire varier ce rapport de bras de leviér fictifs. la pesée s'effectue alors de la manière suivante : La mise en place de la masse à peser 13 provoque en général l'apparition d'un courant i maximum. On pose alors des poids croissants sur la balance auxiliaire 32 génératrice de courant jusqu'à ce que le courant i revienne dans des limites normales. Le poids 13 à mesurer est alors égal à une fraction connue du poids 12 posé sur le plateau de la balance 32 génératrice de courant I augmenté du poids proportionnel au courant i. Ce dernier courant i est converti en tension V proportionnelle mesurée au moyen du voltmètre nuaé- rique 18 servant de vernier* comme dans la disposition indiquée fig. 1. L'étalonnage de ce système de pesée est très aisé et rapide a) En l'absence de poids 12 posé sur le plateau 16 de la balance B2 (ou encore en coupant le circuit du courant I), on étalonne la balance de pesée 31 : En l'absence de tout poids 13, on équilibre la balance de pesée B1 pour avoir i = O. La mise en place d'un poids connu (par exemple 10 mg) sur la nacelle 15 doit produire un courant i (de 10 mA par exemple) parcourant la résistance 19. On ajuste celle-ci pour avoir par exemple la tension 1,0000 volt lue sur le voltmètre 18 servant de vernier. b) En fermant le circuit du courant auxiliaire I, la tension lue sur le voltmètre 18 doit alors demeurer 1,0000 volt lorsqu'aucun poids n'est posé sur le plateau 16. On ramène alors éventuE ye- cette tension à la valeur désirée 1,0000 volt en posant de petites masses d'ajustage sur le plateau 16, La mise en place d'un poids connu (de 1 g par exemple) sur le plateau 16 doit ramener la valeur de la tension V lue sur le voltmètre 18 à la valeur zéro (0,0000) volt. On ajuste cette valeur en modifiant le rapport des flux actifs dans les bobines 8 et 11 pour cela on fait varier la réluctance de l'un des entrefers, par exemple en glissant plus ou moins profondément une cale magnétique 20 dans l'entrefer de la bobine 11. On peut ensuite s'assurer que la mise en place simultanée d'un poids 19 sur la nacelle 15 et d'un poids 12, dix ou cent fois plus grand, sur le plateau 16, produit toujours un courant i = 0. Le courant I peut ne jamais entre mesuré. il contient des informations destinées à la balance de pesée que l'on ne peut extraire que difficilement à l'aide d'un appareil de mesures électriques avec toute la précision désirée. L'invention est notamment applicable aux balances de précis sion utilisées en laboratoire, en pharmacie, etc. pour la mesure de faibles poids ou de faibles forces. Revendications 1/ Balance de pesée de précision à rééquilibrage automatique au moyen d'un moteur magnétoélectrique, caractérisée en ce que son fléau est solidaire de la bobine mobile d'un moteur magnétoélectrique auxiliaire alimentée par un générateur lui fournissant un courant proportionnel à un poids ajustable. 2/ Balance de pesée suivant la revendication 1, carctérisée en ce que ledit générateur de courant est constitué par une seconde balance à rééquilibrage automatique dont le nombre de Weber/mètre de la bobine mobile de son moteur magnétoélectrique de rééquilibrage et le nombre de Weber/mètre de la bobine mobile du moteur magnétoélectrique auxiliaire sont dans un rapport déterminé. 3/ Balance de pesée suivant les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le moteur magnétoélectrique de la seconde balance et le moteur magnétoélectrique auxiliaire ont un circuit magnétique commun. 4/ Balance de pesée suivant les revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que le rapport des flux actifs du moteur magnétoélectrique auxiliaire et du moteur magnétoélectrique de la seconde balance est ajusté par variation de la réluctance de l'un des entrefers, par exemple au moyen d'une cale magnétique. 5/ Balance de pesée suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la bobine mobile du moteur magnétoélectrique de la balance de pesée est en série avec une résistance ajustable aux bornes de laquelle est branché un voltmètre numerique.