Brevet FR2307251A1 — publié le 19761105

la Frésente invention concerne la technique des mesures et a notamment pour objet un mesureur inductif de grandeurs mécaniques. Elle peut être appliquée à la mesure des forces, des couples, des vibrations, des accélérations, des dplacements, etc... Bes mesureurs inductifs de grandeurs mécaniques sont utilisés dans la technique pour la conversion de divers déplacements, provoqués par les paramètres à contrôler susmentionnés, en signal électrique commode pour le contrôle et la commande à distance. Ils se composent d'un transducteur transformant le parcmètre à contrôler en déplacement, d'un transducteur transformant le déplacement en signal électrique et d'un montage électrique de mesure fourlissant à la sortie un signal d'un genre déterminé. On connaît diverses conceFtions de transducteurs à inductance et à transformateur convertissant les déplacements en signal électrique (à longueur d'entrefer variable, à section d'entrefer variable, à solénoïde, magnéto-élastiques, etc...) et fonctionnant à des fréquences jusqu'à 1000 Hz. Ces transducteurs transformant les déplacements en signal électrique comprennent en règle géniale un circuit magnétique fermé, une bobine d'excitation, une bobine de mesure et une armature mobile liée à l'organe exécutant les déplacements. Leur inconvénient est leur sensibilité et leur précision limitées, ce qui est dû à l'influence qu'ont sur les indications les déplacements relatifs non contrôlés des bobines et de l'armature, et oblige à compliquer la construction des transducteurs et à utiliser des vidages. En outre, ils sont le siège d'une influence inverse, que l'on peut réduire en diminuant le signal de sortie, ce qui implique l'emploi d'un appareillage secondaire compliqué, limite la distance entre le transducteur de déplacement et l'amplificateur du montage électrique de mesure et restreint le champ d'application des transduc teurs. On connaît aussi des transducteurs inductifs pour la transfcration des déplacements en signal électr;-ue, qui comprennent également une bobine d'excitation et une bobine de resue, niais aussi un écran magnétique, et dont les bobines sont intercalées dans les circuits de générateurs à haute fréquence, l'inductance desdites bobines varl;- t quand se déplace une plaque métallique (écran) liée e un élément sensible aux variations de la force, du couple ou d'autres paramètres à contrôler. Lesdits transducteurs transformant les déplacements en signal électrique utilisent un circuit magnétique ouvert, permettant de placer plusieurs bobines à diverses distances requises entre elles et d'employer inverses formes d'écran, ce qui donne la possibilité de modifier l'étendue de mesure et la pente de la car.ctéristique statique des mesureurs. Toutefois, ces transducteurs ont aussi des inconvénients qui sont : la présence d'une influence notable des déplacements transversaux non contrôlés de l'écran, le taux de couplage insignifiant entre les bobines d'inductance mutuelle, ce qui abaisse le niveau du signal de sortie, et l'infleunce mutuelle des bobines non couplées inductivement entre elles. Dans les cas examinés ci-dessus, les circuits magnétiques des convertisseurs transformant les déplacements en signal électrique peuvent être réalisés dans l'une des formes en usage dans la technique (en coupelle, en E, en U, etc.). On connaît aussi un mesureur inductif de grandeurs mécaniques, comprenant un transducteur transformant le paramètre à contrôler en déplacement, un transducteur transformant le déplacement en signal électrique et comprenant des éléments à déplacement relatif du premier transducteur sensibles aux variations du paramètre à contrôler et sur lesquels sont montés un circuit magnétique avec un bloc de bobines insérées dans les circuits d'un auto-oscillateur, et un écran magnétique dans le second transducteur. Les variations du paramètres à contrôler, par exemple d'une force, yrovoquent des déplacements relatifs du bloc de bobinas et de l'écran ; il s'ellsuit des variations corresrondantes des coefficients d'lr.d ction mutuelle des babines, et des charlge.-ents de ta tension à 1 sortie d'un montage différentiel de mesure électrique ktransformateur différentiel). L'inconvénient co:rimun des mesureurs connus de grandeurs mécaniques est leur conception complexe, résultant de la nécessité de prévoir des organes spéciaux pour protéger le transducreur pour la transformation du paramètre à contrôler en déplacement contre les composantes latérales de la charge, et pour protéger le transducteur transformant le déplacement en signal électrique contre les décalages transversaux, ainsi que les prescriptions sévères auxquelles doit satisfaire le montage du mesureur de grandeurs mécaniques sur le lieu de son utilisation. Encore un inconvénient des mesureurs examinés réside dans la complexité de leur ajustage et de la mise en concordance de leur course utile pour obtenir une caractéristique de conversion prédéterminée ou bien pour leur correction en fonction de l'influence des conditions extérieures ou pour une modification provisoire de leur caractéristiques. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients indiqués. On s'est donc proposé de créer un mesureur inductif de grandeurs mécaniques, dans lequel seraient alliés les avantages des circuits magnétiques fermés et ouverts, tout en supprimant les inconvénients qui leur sont propres. Notamment, les bobines couplées inductivement doivent avoir entre elles un entrefer utile de valeur notable, suffisamm.ent grand pour que les déplacements non contrôlés (transversaux) de l'écran n'y provoquent pas de changements du signal de sortie. La forme du champ des bobines couplées inductivement doit être telle qu'elle permette l'emploi d'écrans ayant un bord actif de n'importe quel profil pr(détermin Le champ magnétique ne doit embrasser que les bobines couplées inductivement et être absent dans la zone des autres bobines. Le système magnétique doit permettre la mise en place de bobines non couplées inductiver.en-t dans des positions prédéterminées et rendre possible leur déplacement lors de l'ajustage du mesureur, la modification de sa caractéristique ou lacorrection de sa caractéristique pour compenser les variations des facteurs extérieurs. La solution consiste en ce que, dans le mesureur inductif de grandeurs r('cani(iues, comprenant un premier transducteur pour la transformation du paramètre à contrôler en déplacement avec des éléments à déplacement relatif, un second transducteur pour la transformation du déllacement en signal électrique avec un c-ircuit magnétique et un bloc de bobines monté sur l'un des éléments à déplacement relatif, et un écran diamagnétique fixé à l'autre élément à déplacement relatif du premier transìucteur, d'après l'invention le circuit magnétique est un système mixte ouvert-fermé, constitué par deux parties parallèles sous la forme de noyaux cuirassés portant les bobines mentionnées et disposées avec un entrefer dans lequel est placé un écran diamagnétique à bords actifs profilés. Il est avantageux, pour la correction de la caractéristique de ccnversion du déplacement en signal électrique, de réaliser ledit bloc de bobines et l'écran diamagnétique de façon qu'ils puissent être déplacés l'un par rapport à l'autre. Il est avantageux aussi, pour la correction automatique de la caractéristique de conversion en fonction des changements des conditions extérieures, de doter le mesureur inductif de grandeurs mécaniques d'une commande de correcteur permettant de modifier l'angle entre le bord actif de l'écran diamagnétique et la direction de son déplacement. Le mesureur inductif de grandeurs mécaniques faisant l'objet de l'invention a les avantages suivants. 1. Il assure la fermeture locale du circuit magnétique des bobines en vis-à-vis, en permettant d'augmeiiter l'entrefer entre elles (le niveau du signal étant élevé) et d'abaisser le niveau et l'influence des décal.lges non contrôlés de l'écran dans l'entrefer utile, ce qui est obtenu en donnant une forme spéciale aux noyaux. 2. Le système magnétique ouvert des bobines adjacentes permet de disposer ces bobines à n'importe quelle distance l'une de l'autre, en rodifiant ainsi l'étendue de mesure, et la forme du c+ar.- magnétique engendré par les noyaux cuirassés permet de mouifier la pente de la caractéristique du transducteur ou d'obtenir une carictéristlque à n'mporte quelle allure prédéterminée en modifiant l'angle d'inclinaison des bords de l'écran par rapport à l'axe de son déplacement. 3. Le montage de l'écran etees bobines sur des organes constitutifs à déplacement relatif et le profilage des bords de l'écran assurent l'obtention d'une caractéristique prédéterminée de conversion ou la correction provisoire de cette caractéristique quand cela est nécessaire. 4. Il devient possible de mettre en oeuvre une correction automatique en fonction des variations des conditions extérieures, à l'aide de l} commande du correcteur. L'emploi du mesureur faisant l'objet de l'invention permet d'augmenter le niveau du signal de sortie de 5 à 10 fois, tout en abaissant la puissance d'autant de fois comparativement à celle des mesureurs inductifs, ferrodynamiques et similaires connus. Ia précision du mesureur objet de l'invention est de 2 à 3 Dois plus grande que celle des mesureurs à circuit magnétique ouvert, et la durée de son réglage dans les conditions d'utilisation est bien plus courte (de 3 à 5 fois) que pour les mesureurs d'autres types. En outre, les prescriptions présentées à la qualité de fabrication de ces mesureurs de grandeurs mécaniques sont bien moins sévères. En somme, l'utilisation de l'invention permet d'améliorer les caractéristiques métrologiques, d'abaisser les prescriptions présentées au montage des mesureurs à l'emplacement d'utilisation evEe simplifier la conception des mesureurs. Dans ce qui suit, l'invention est expliquée par la description détaillée d'exemples de réalisation concrets mis non limitatifs, illustrés par les dessins annexés, qui représentent - la figure 1, la constitution d'un mesureur inductif de grandeurs mécaniques conforme à l'invention (vue 'ensemble) - la figure 2, idem, en coupe loniiitudinale - la figure 3, un mesureur inductif dans lequel les noyaux des bobines sont montés sur des supports mobiles - la figure 4, idem, autre variante - la figure , montre un mesureur inductif dans lequel l'écran est monté sur un élément mobile - la figure 6, idem, autre variante; - la figure 7 montre un mesureur inductif avec une commande de correcteur, par exemple de température; - la figure 8, idem, autre variante (correcteur de pression);; - la figure 9, le schéma électrique du mesureur inductif de grandeurs mécaniques conforme à l'invention. Le mesureur inductif de grandeurs mécaniques, par exemple de forces, comprend un dynamomètre 1, qui est le transducteur transformant le paramètre à contrôler en déplacement (figure 1), aux éléments à déplacement relatif 2 et 7 duquel sont fixés, d'un côté, un écran diamagnétique profilé 4dUnsecond transducteur 6, et de l'autre côté un support du même transducteur, sur lequel sont disposées deux parties parallÈles 7 et 8 séparées par un entrefer ";" portant les noyaux cuirassés 9,10,11,12 sur lesquels sont enroulées les bobines d'inductance 13,14,15 et 16. La figure 2 montre une vue en coupe longitudinale du mesureur inductif de grandeurs mécaniques décrit plus haut, dans laquelle on voit comment est réalisé l'écran 4, qui a deux bords actifs 17 et 18 profilés selon une loi voulue. L'écran 4 coupe partiellement le champ magnétique des noyaux 9,10,11 et 12. Sur la figure 3, lesdits noyaux cuirassés 9,10,11 et 12 sont montés sur un support 19 qui se déplace suivant un guide 20( des flÈches indiquent les directions de déplacement des noyaux 9,10,11 et 12 et dusupport 19). Grâce à la fixation articulée des supports 21 et 22, les noyaux cuirassés 9,10,11 et 12 peuvent tourner pour l'ajustage. Les bords obliques 17 et 18 de l'écran diamagnétique 4 permettent la mise au zéro lors de l'ajustage du système. Ia figure 4 représente une autre variante de réalisation des noyaux cuirassés 9, 10, 11 et 12 mobiles. Les supports 21 et 22 portant lesdits noyaux peuvent se déplacer le lon du support 19 à l'aide des vis 23 et 24 qui sont respectivement filetées à gauche et à droite. lar ce déplacement on effectue l'ajustage du mesureur inductif de grandeurs mécaniques. Dès flèches indiquent les déplacemLrlts des supports 21 et ^2. La possibilité d'un tel ajustage simple et aisé est une particularité du mesureur inductif de .raideurs mécaniques faisant l'objet de l'invention ; elle résulte de la faible sensibilité de l'ensemble aux décalages non contrôlés de l'écran et des bobines. Les procédés de déplacement des supports 19, 21, et 22 peuvent être différents, selon le type de l'élément élastique du dynamomètre 1 et des pièces employées pour réaliser l'ensemble. Les bords actifs 17 et 18 de l'écran 4 peuvent être profilés suivant n'importe quelle loi prédéterminée. Sur la figure 5, l'écran 4 est monté sur un support 25 avec possibilité de déplacement, ce qui facilite l'ajustage et l'obtention des caractéristiques de conversion voulues. Dans le dispositif de la figure 5, l'écran 4 est monté dans le support 25 sur un axe 26. Quand on fait tourner l'écran 4 à l'aide du dispositif de réglage 27, l'angle entre son bord actif 17, 18 et la direction de son déplace in ent ella a caractéristique de conversion est respectivement étirée ou contractée. Les flèches montrent les déjilacements de l'écran 4 qutour de l'axe 26. la figure 6 représente une autre variante de réalisation de l'écran mobile 4, lequel se compose de deux parties (éléments) 4' et 4" identiques, articulées l'une à l'autre de telle façon que lors du déplacement du dispositif de réglage 27, les bords actifs 17 et 18 des parties de l'écran 4 coïncident avec le centre de la paire correspondante de noyaux cuirassés 9, 11, 1O, 12. Dans ce cas on assure le changement de la pente de la caractéristique de conversion, mais il peut se produire un décalage du zéro. Afin que le déplacenet de l'écran 4 ne provoque pas de décalage du zéro, il faut additionnellement déplacer le support 19 suivant les guides 20 jusqu' mise en coincidence des bords actifs 17 et 18 avec le centile de la paire correspondante de noyaux cuirassés 9, 11, 10 et 12. Un effet analogue peut être aussi obtenu en employant une construction mixte avec un écran tournant 4 (figures 5, 6) et des noyaux tournants 9, 10, 11 et 12 (ligures 3, 4). Sur la figure 7, l'écran diamagnétique 5 est fixé par un axe 26 dans le support 25 et lié à la commande 28 d'un correcteur (non représenté). La construction concrète de la commande 28 est déterminée par le choix du paramètre de correction. Par exemple, pour la. correction de la température on utilise une thermospirale bimétallique 28 (commande) dont un bout est fixé à l'écran 4 et l'autre, au support 25. Quand les paramètres de la therospirale bimétallique 28 sont chais d'une façon adéquate, la commande assure la compensation automatique de l'influence de la température sur la caractéristique du trar-sducteur du mesureur inductif. 'a figure 8 représente une autre variante de montage de la commande du correcteur, dans le cas où l'on introduit une correction de pression. Dans la chaîne cinématique : support 25 - écran 4, on monte une chambre 29 partagée par une membrane 30 à ressorts, reliée par des tringles 31 à l'écran 4. La chambre 29 est mise en communication avec une source de pression P par son raccord d'entrée 32. Le schéma électrique du mesureur inductif de grandeurs mécaniques faisant l'objet de l'invention est représenté sur la figure 9. Le montage comprend une résistance 33 et une diode régulatrice de tension 34 au premier échelon de stabilisation, une résistance 35 et une diode régulatrice de tension 36 au deuxième échelon de stabilisation, ainsi qu'un condensateur 37, qui est un filtre pour la tension alternative de l'autooscillateur (en principe on peut utiliser n'importe quel montage de stabilisation qui s'évèrerait mieux approprié aux conditions d'utilisation du transducteur). L'atito-oscillateur est réalisé avec un transistor 38 et comporte des résistances 39 et 40 en tant que circuit de polarisation, une résistance 41 pour la stabilisation du régime du transistor 38 en courant et un condensateur 42 shuntant la résistance 41 pour le courant alternatif. Dans le circuit du collecteur du transistor 38 est montée une inductance, qui est constituée par les bobines 13 et 14 d'excitation du transducteur transformant les dérlacements et qui, en association avec les condensateurs 43 et 44, assurent l'auto-excitation de l'auto-oscillateur. Les condensateurs 45 et 46 , connectés aux bobines de mesure 15 et 16, consnituent des circuits secondaires. Les diodes 47 et 48 connectées à ces circuits servent à redresser le courant altrnatif. Après redressement et filtrage par des condensateurs 49 et 50, on obtient aux résistances 51 et 52 des tensions égales en valeur (quand l'écran 4 est à la position zéro) et de signes contraires. De la sorte, quand l'écran 4 est à la position zéro, la différence de potentiel entre les points 53 et 54 du transducteur est nulle. Le montage différentiel permet d'accroître la précision du mesureur inductif, augmente sa sensibilité de deux fois et assure l'absence de tension à la sortie (signal nul) quand le mesureur inductif est à la position initiale. Dans les cas où les conditions de réalisation des mesureurs par le mesureur inductif de grandeurs mécaniques exigent qu'à la position initiale le signal ait un niveau déterminé (non nule) on peut employer un montage de trarsducteur simple avec les bobines 9, 11 (figure 1). Le mesureur inductif fonctionne de la façon suivante. Quand une tension continue est appliquée aux barres d'alimentatJon, l'auto-oscillateur est excité et entendre aux bornes des bobines 13 et 14 (figure 1) une tension sinusoidale. Cette tension induit dans les bobines 15 et 16 une tension dont l'amplitude est fonction du déplacement à contrôler de l'écran 4. D;ns l'exemple considéré de mesure de forces, sous l'action de la charge qui lui est ar,pliquée, le dynamomètre 1 (figure 1) se déforme. Le déplacement relatif de l'écran 4 et du système magnétique des noyaux 9, 10, 11 et 12 qui stensuit provoque un changement du rapport des surfaces des bobines masquées par l'écran. Il en résulte un cSla:ger.erlt des coefficients de transformation entre les bobines 13, 15 et 14, 16 respective,-:e:it. De ce fait, les tensions aux babines 15 et 16 deviennent inégales (à la différence de la position initiale, ou position zéro, dans laquelle les coefficient de transformation entre les bobines 13, 15 et 14, 16 étaient égaux et ces tensions étaient égales).Les tensions prélevées aux bobines 15 et 16 sont redressées par les démodulateurs 47 et 48, lissées par les filtres 49 et 50, et l'on obtient en définitive entre les points 53 et54 une différence de potentiel proportionnelle la différence entre les tensions aux bobines 15 et 16, avec un signe correspondant à cette différence. De la sorte, grâce au déplacement relatif de l'écran 4 et du système magnétique des noyaux 9, 10, 11 et 12, on obtient à la sortie (figure 9) du montage du mesureur inductif un signal proportionnel à ce déplacement et correspondant à l'effort appliqué au dynamomètre 1 (figure 1) dans l'exemple considéré, le signe de ce signal correspondant au sens du déplacement. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et reprcsentés qui n'ont été donnés qu '? titre d'exemple. Ln particulier, elle comprend tous les moyens con titsant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, sicelles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Mesureur inductif de grandeurs mécaniques, du type comprenant un premier transducteur servant à la transformation du paramètre à contrôler en déplacement et comportant des éléments à déplacement relatif, un second transducteur assurant la transformation dudit déplacement en signal électrique et comportant un circuit magnétique et un bloc de bobines monté surl'un desdits éléments à déplacement relatif, et un écran diamagnétique fixé à l'autre élément à déplacement relatif du premier transducteur, caractérisé en ce que le circuit magnétique est un système mixte ouved,fermé, constitué par deux parties parallèles sous la forme de noyaux cuirassés portant lesdites bobines et séparées par un entrefer dans lequel est placé un écran diamagnétique à bords actifs profilés. 2. Mesureur inductif de grandeurs mécaniques selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc de bobines et l'écran diamagnétique sont réalisés de façon qu'ils puissent être déplacés l'un par rapport à l'autre. 3. Mesureur inductif de grandeurs mécaniques selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est doté d'une commande de correcteur qui assure le changement de la caractéristique de conversion du déplacement en signal électrique par changement de l'angle entre le bord actif de l'écran diamagnétique et la direction de son dépl.cement.