Brevet FR2270567A1 — publié le 19751205

L'invention a pour objet un peson dit "à détection capacitive" basé sur une modification de la capacité de sortie de l'appareil en fonction du déea- lage relatif que prend par rapport à une pièce fixe une pièce mobile déplacée sous 11 effet d'une charge. Dans le domaine de la mesure des poids et plus particulièrement quand il stagit d'obtenir des résultats précis et fiables, on utilise des dispositifs de plus en plus perfectionnés dont le principe s'écarte des systèmes à leviers ou ressorts couramment utilisés jusqu a cejour. C'est ainsi que lton connait des systèmes à détection eleetromagné- tique dans lesquels la charge provoque le déplacement, proportionnel à son poids, d'un noyau qui induit un courant d'intensité variable. D'autres appareils de pesée utilisent le principe également connu de la corde vibrante ; les vibrations dune corde sont fonction de sa tension. Le poids d'une charge suspendue à cette corde sera décelé par la mesure de la fréquence de vibration de celle-ci. On connait notamment, suivant ce principe le système à deux organes vibrants chargés différentiellement ; un poids augmente la tension de l'un et diminue celle de l'autre. Les fréquences de vibration mesurées donnent des signaux interprétés directement sur un lecteur. Rormis les autres dispositifs manométriques, optiques, photoélectriques bien connus qui enregistrent les déformations d'un support sous l'action d'un poids, il existe des techniques plus évoluées telles que des détecteurs électroniques et particulièrement celui qui consiste à faire tournersen fonction du poids, une électrode qui, suivant sa position, induit plus ou moins dans un bobi nage un courant d'intensité variable traduisible en indication de mesure de poids. Le peson suivant l'invention, d'un principe tout à fait nouveau, se présente sous la forme d'un boîtier de petite dimension permettant la mesure du poids de charges posées sur un plateau supérieur ou suspendues à un organe d'ac- crochage à la partie inférieure. Il est adaptable à la mesure d'une gamme de charges étendues, par simple réglage manuel dtun mécanisme de compensation. IL permet d'effectuer des mesures différentielles précises. I1 traduit enfin la détection d'un poids par une variation de tension entre deux bornes facilement accessibles et raccordables à un dispositif de visualisation ouè un enregistreur. Suivant l'invention, le peson est essentiellement constitué d'une chambre fermée traversée par une tige mobile, dont le mouvement de déplacement axial est compensé par un ressort taré, destinée à réagir aux variations de poids dtune charge appliquée à l'une ou à l'autre de ses extrémités, laquelle tige servant en outre de support à une pluralité de disques concentriques dentés stinter- calant à l'intérieur de couronnes dentées fixes solidaires des bordures de la chambre. Les disques et les couronnes sont munis de créneaux s'intercalant les uns dans les autres à faible distance.Ils forment les armatures d'un condensa- teur, les disques étant, par la tige centrale, en liaison avec une borne tandis que les couronnes le sont, par les bordures du bottier, avec une autre borne. Chaque borne est reliée à une source de courant alternatif tel qutà chaque pé- riode les armatures soient chargées de quantités d'électricité égales et de signes contraires. Le courant de décharge au moment de chaque alternance est analysé pour donner une indication de poids en fonction du déplacement relatif des disques par rapport aux couronnes fixes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'une forme de réalisation en référence aux dessins annexés qui représentent - Figure 1 : une vue montrée en coupe partielle verticale du peson. - Figure 2 : une vue partielle d'un autre assemblage couronnes-disques à l'intérieur du peson. - Figure 3 : une vue agrandie de l'encadré de la figure 2. L'appareil montré en coupe partielle à la figure 1 se présente sous la forme d'un bottier cylindrique 1 muni d'un fond 3 et d'un couvercle 2 qui se vissent sur le corps du boîtier proprement dit. Deux membranes métalliques planes ou ondulées 4 et 5 sont disposées transversalement au bottier à l'intérieur de celui-ci ; la membrane 4 est maintenue en haut par pincement entre le couvercle 2 et le bottier 1 tandis que la membrane 5 est maintenue en bas par pincement entre le fond 2 et le boîtier 1, avec les joints d'étanchéité 24. Les deux membranes 4 et 5 sont isolées électriquement du bottier 1 et du fond 3 ou couvercle 2 de mQme qutelles sont munies d'un orifice central de meme axe que des orifices également prévus sur le fond 3 et le couvercle 2.Une tige axiale 6 qui traverse toute la hauteur du bottier 1 relie les membranes 4 et 5 et coiffent leurs orifices de telle manière que des vis d'arrêt 7 la maintiennent en position. Un plateau 8 qui déborde au-deBus du couvercle 2,. possède une base 9 qui traverse l'orifice du couvercle et s'applique sur la membrane 4. De la meme manière un anneau a'accrochage 10 qui déborde au-dessous du fond 3 possède un support 11 fixé à la membrane 5.De plus un autre anneau a'accrochage 23 est prévu sur le couvercle 2. Dans la position d'équilibre telle que représentée, les deux membranes sont sensiblement horizontales ; le plateau ni le support de l'anneau ne viennent en butée contre le couvercle et le fond dont elles sont écartées d'une distance a. Les membranes métalliques 4 et 5 sont des disques pleins qui font étanchéité entre la chambre interne du boîtier et le couvercle ou le fond. Suivant d'autres variantes elles sont constituées seulement dtune simple barrette transversale pleine ou ajourée et la membrane haute 4 peut être de nature et de forme différente de la membrane basse 5.Ces membranes en tout cas présentent une bonne élasticité et l'on comprends que l'application d'un poids sur le plateau 8 ou la suspension d'une charge à l'anneau 10 entrasse un faible déplacement de la tige axiale 6 à l'encontre de la force de rappel exercée par les deux membranes 4 et 5. La tige axiale 6 porte sur toute sa hauteur une série de disques 12 dont la face supérieure est plane mais dont la face inférieure porte des rainures 13. Les disques 12 sont écartés les uns des autres d'une distance sensiblement égale à-leur épaisseur, grâce à des bagues 14 montées alternativement avec les disques sur la tige axiale. Ces disques et bagues sont métalliques ou en matière plastique revetue d'une couche métallique. Les disques 12 sont, par l'intermédiaire des bagues 14, électriquement reliés à la membrane métallique- 4. Une borne 15 qui traverse le couvercle 2 est donc en liaison électrique avec ltensemble des disques 12. Dans les espaces annulaires compris entre les disques 12 sont intercalées des couronnes 16 fixées sur tout le pourtour de la paroi du bottier 1. La face inférieure des couronnes 16 est plane mais la face supérieure porte des rainures 17.Les couronnes 16 sont reliées et maintenues entre elles par des bagues intermédiaires t8 fixes ; une borne 19 disposée sur le flanc de l'appareil est en liaison électrique avec l'ensembIedes couronnes fixes. On voit à la figure 1 que les disques 12 s'étendent presque jusqu'aux bords du boîtier 1 et les couronnes 16 presque jusqu'à la tige axiale. L'espace intérieur du boStier est donc assez complètement rempli d'une succession de disques et de couronnes proches les uns des autres et on a fait en sorte qutil y ait un décalage latéralentre une rainure 13 d'un disque et la rainure 17 d'une couronne qui lui fait face de telle manière que le déplacement axial de la tige 6 vers le bas (sous l'effet d'une charge) entraîne l'interpénétration des rainures 13 des disques mobiles 12 dans les dents des couronnes fixes 16. Les disques 12 d'une part et les couronnes 16 d'autre part jouent le rôle d'armatures de condensateur variable. L'invention est basé sur ce principe qu'à un faible déplacement de la tige axiale dd à un poids appliqué sur le pla teau 8 ou suspendu à 11 anneau d'accrochage 10 correspond une interpénétration des armatures 12 et 16 et par conséquent la création d'un courant de décharge proportionnel à cette interpénétration et par conséquent au poids à mesurer. En pratique les bornes 15 et 19 sont reliées à une source de courant alternatif tel qu'à chaque période les armatures soient chargées de quantités d > électricité égales et de signes contraires.Le courant de décharge au moment de chaque alter nance est analysé pour donner une indication de poids en fonction du déplacement relatif des disques par rapport aux couronnes. Ce déplacement relatif est au maximum égal à la distance "a" pour laquelle le plateau 18 ou le support 11 inférieur viennent en butée contre le boîtier. La chambre interne du boîtier est un fluide diélectrique tel que l'air une athmosphère neutre, un liquide, etc.. L'étanehélté est assurée soit par les membranes 4 et 5 quand elles sont pleines soit par le fond et le couvercle euxmêmes munis de joints appropriés. En outre un orifice non représenté est prévu dans le boîtier pour ce fluide diélectrique ou pour la mise en communication avec une pompe à vide ou autre. On notera également que la force de rappel que les membranes métalliques 4 et 5 exercent sur la tige axiale 6 pour la ramener dans une position d'équilibre stable, peut Qtre complétée ou même remplacée par un système de rès- sorts localisés à l'intérieur de la tige 8 et prenant appui sur le fond et/ou le couvercle, et cela suivant une variante de l'invention. Ce boîtier de faible dimension repose sur une table par des w oints d'appui 20, qui sont réglables, ou encore il peut être suspendu lui-même par anneau dtaccrochage 23. La variante représentée à la figure 2 illustre un autre mode de réalisation des disques 12 et des couronnes 16. Chacuns sont munis à la fois sur leurs faces supérieures et inférieures de rainures et par conséquent de dents circulaires et l'on fait en sorte que les rainures des disques et des couronnes soient, -comme dans le cas de la figure 1, -décalés de telle manière que les rainures de l'un coopèrent avec la partie en relief de l'autre. Ce mode de réalisation permet l'utilisation du peson par des mesures de poids ou de poussée dans les deux sens e'est-à-dire avec déplacement vers le haut ou vers le bas d'après la figure 1.La figure 3 qui représente la partie agrandie de l'encadré de la figure 2 montre une variante de réalisation suivant laquelle chaque couronne 16 fixe est composée de deux demi-couronnes 16a et 16b munies de rainures 17 et séparées par un isolant 22. Les rainures t3 et 17 sont décalées latéralement. L'interpénétration des entrefers est indiquée par A et B. Dans ce cas particulier les demi-couronnes supérieures 16a sont reliées entre elles par les bagues 1 8E et reliées à un pôle N1 tandis que les demi-couronnes inférieures 16b sont reliées entre elles par les bagues 18b et reliées à un poule N2. Les variations des entrefers A et B sont mesurées de façon différentielle électriquement ou -électronique- ment. Ce peson se prête également à des mesures de poids variable, car on peut agir sur la sensibilité de ltappareil en assoeiant le plateau 8 par exemple à un système cdmpensateur à ressort qui introduit une force bien connue à l'encontre du déplacement axial de la tige, cela pour pouvoir mesurer des charges plus importantes. Dans le cas illustré à la figure 7 un ressort additionnel 25 logé dans un bouchon 26 prenant sur un rebord annulaire solidaire du fond 3, prend appui sur l'anneau 10 de manière à exercer sur lui une force supplémentaire dans le cas. de pesées de charges plus lourdes. Le ressort et le bouchon forment un ensemble 2t interchangeable suivant la gamme de charges à mesurer. On peut également agir sur la sensibilité en modifiant le nombre ou la forme des rainures prévues sur les disques ou sur les couronnes, ou en diminuant ou augmentant le nombre de ces disques ou couronnes eux-mesmes. R E V E N D I C A T I O N S REVENDICATIONS 10) - Peson à détection capacitive comportant un boitier traversé par une tige mobile dont le déplacement est proportionnel à la charge qui lui est ampli quée, et qui est maintenue en position d'équilibre par un système à ressort et comportant une pluralité de disques concentriques dentés s'intercalant à l'intérieur d'une pluralité de couronnes dentées fixes solidaires des bor dures du boitier, les disques et les couronnes étant chacuns reliés à une borne électrique et jouant le roule d'armatures d'un condensateur variable de telle manière que le déplacement axial de la tige sous l'effet d'un poids se traduise par une interpénétration des faces dentées des disques dans celles des couronnes et par une modification de la capacité électrique relative prise aux bornes, et comportant un système de guidage vertical de la tige mobile qui est constitué de deux membranes métalliques planes ou ondulées disposées transversalement au niveau du couvercle et du fond du boitier, c a r' a c t é r i s é p a r 1 e f a i t que des bagues 14 et 18 main tiennent les disques 12 et les couronnes 16 écartés les uns des autres pour former ainsi, d'une part un empilage intérieur mobile et d'autre part un em pilage extérieur fixe. 20) - Peson selon la revendication 1 caractérisé par le fait que dans le cas de précision ordinaire, les disques ont la face supérieure plane et la face in férieure munie de rainures 13, que les couronnes 16 ont la face inférieure plane et la face supérieure munie de rainures 17 et par le fait que les rai nures 13 et 17 sont décalées latéralement les unes par rapport aux autres. 30) - Peson selon la revendication 1 caractérisé par le fait que dans le cas de haute précision les disques 12 ont leurs faces supérieures et inférieures munies de rainures 13, que chaque couronne fixe 16 est composée de deux demi couronnes (t6a, 16b) munies de rainures 1-7 et séparées par un isolant 22, et que chaque couronne 16 est isolée de la suivante par une bague isolante isba, et par le fait que les rainures 13 et 17 sont décalées latéralement les unes par rapport aux autres. 40) - Peson selon la revendication i caractérisé par le fait que le système à ressort pour charges faibles est constitué par l'ensemble des deux membranes métalliques 4 et 5. 50) - Peson selon la revendication I caractérisé par le fait que le système à ressort pour charges moyennes et fortes est constitué par un ensemble 21 in terchangeable suivant la gamme de charges. 60) - Peson selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que la mem brane métallique 4 assure la liaison électrique entre la borne 15 et la plu ralité des disques 12 par l'intermédiaire des bagues 14 et par le fait que la borne 19 est en liaison électrique avec la pluralité des couronnes 16 par l'intermédiaire des bagues 18. 70) - Peson selon les revendications f et 3 caractérisé par le fait que la mem brane métallique 4 assure la liaison électrique entrela borne 15 et la piu ralité des disques t2 par l'intermédiaire des bagues 14 et par le fait que les demi-couronnes supérieures fixes 16a sont reliées entre elles et à un pôle NI, que les demi-couronnes inférieures fixes 16b sont reliées entre elles à un pôle N2 et que les variations des entrefers A et B sont mesurées de façon différentielle électriquement ou électroniquement. 80) - Peson selon la revendication t caractérisé par le fait que le peson repo sant sur au moins trois points-supports 20 est utilisé en compression quand la charge estXsupportée par le plateau 8 relié à la tige 6, ou en traction quand la charge est suspendue à l'anneau 10, le peson reposant sur les points fixes 20 ou étant accroché au support 23.