Brevet FR2314473A1 — publié le 19770107

L'invention concerne un extensomètre à jauges de contrainte, pour la mesure de déformations de pièces soumises à des efforts. I1 s'applique notamment à la mesure de déformations de parois ou de poutres de structures en béton. On connatt déjà des extensomètres à jauges de contrainte comportant une lame déformable sur laquelle est montée un pont de jauges de contrainte, cette lame déformable étant fixée rigidement par encastrement à ses deux extrémités sur la pièce dont on mesure les déformations. Les déformations de la pièce entre nent des déformations de la lame et donc un signal électrique délivré par le pont de jauges. Nais ces déformations de la lame sont mal connues et l'étalonnage du dispositif est difficile. On connaît également des extensomètres comportant un pied fixe posé sur une bille portée par un plot collé à la pièce à mesurer, et un pied mobile posé sur une bille d'un autre plot collé à la pièce et espacé du premier. Un comparateur mécanique à aiguille détermine les écarts de distance entre les plots par rapport à une distance fixe de gabarit (lorsque la pièce est au repos par exemple). Nais ce système ne se prête pas à une utilisation avec des jauges de contrainte, et il présente l'inconvénient de permettre difficilement la mise en place des plots collés à une distance extrêmement précise l'un de l'autre, correspondant à la distance entre pied fixe et pied mobile de l'extensomètre lorsque l'aiguille du comparateur est au zéro. I1 ne faut pas oublier que les variations de distance détectées par le comparateur peuvent être de l'ordre du micron. La présente invention propose donc pour remédier àux inconvénients des extensomètres connus, un nouvel extensomètre qui d'une part peut être mis en place facilement à l'endroit de la mesure, et d'autre part possède une relation bien déterminée, linéaire, entre les déformations de la pièce mesurée et le signal de sortie de l'extensomètre. Cet extensomètre suivant l'invention présente les caractéristiques suivantes - il comporte un point d'encastrement rigide de fixation de l'extensomètre sur la pièce à mesurer, et ce point détermine une position de rc-férence pour la mesure des déformations - il comporte également un pied mobile, q7'i détermine une position mobile, et la mesure des déformations est faite évaluation des variations de distance entre le pied mobile et l'encastrement fixe - le pied mobile repose sur un plot collé sur la pièce à mesurer, et se déplace longitudinalement lorsque la surface de la pièce à mesurer se déforme longitudinalement dans la direction définie par la droite joignant le point d'encastrement et la base du pied mobile - le pied mobile est fixé à l'extrémité d'une lame flexible dont le plan est perpendiculaire (au repos) à la direction qu'on a appeié long tudinale et cette lame flexible est encastrée à son autre extrémité dans un support : la mesure des allongements de la pièce mesurée se fera par mesure des déformations de cette lame flexible, et par conséquent un pont de jauges de contrainte est collé a la lame flexible - en outre, le support de la lame flexible et le point d'encastrement de l'extensomètre sont bien entendu à une certaine distance l'un de l'autre (dans la direction dite longitudinale) et sont réunis mécaniquement par l'intermédiaire d'un moyen de liaison élastique sans jeu, qui permet le mouvement élastique du pied mobile dans une direction sensiblement perpendiculaire à la surface de la pièce mesurée. Cette dernière caractéristique est particulièrement importante car elle permet le positionnement trs simple du pied mobile sur son plot, l''élasticité de la lame pouvant même appliquer le plot avec une pression suffisante pour le coller exactement dans la position de repos du pied mobile sans qu'il soit besoin d'utiliser un gabarit pour coller le plot avant de mettre en place l'extensomètre. L'absence de jeu dans la directicn longitudinale, due à l'élasticité du moyen de liaison uniquement dans un sens perpendiculaire à cette direction, permet une grande précision et une grande stabilité de mesure La mesure des déformations sur la lame flexible encastrée fournit une grande linéarité de mesure entre les allongements de la pièce mesurée et les signaux électriques de sortie de l'extensomètre. Il est à noter que l'extensomètre selon l'invention peut titre utilisé dans toutes les positions et pas seulement sur des surfaces horizontales. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront dans la description détaillée qui suit et qui est faite en référence au dessin annexé qui représente une élévation latérale de l'extensomètre selon l'invention. L'extensomètre comprend un pied mobile 10 fixé par des vis il et 13 à l'extrémité d'une lame flexible métallique 12 sur laquelle est collé un pont de jauges de contrainte 14 qui détecte seulement les déformations de flexion de la lame flexible dans une direction perpendiculaire à la surface de cette lame (direction indiquée par la flèche 16). Cette direction sera dénommée ci-après direction longitudinale, et c'est dans cette direction que l'on mesurera les allongements superficiels de la structure 18 que l'on étudie et sur laquelle on fixe l'extensomètre selon l'invention. Pour que les déformations de la lame flexible 12 soient représentatives des allongements longitudinaux de la surface de la structure 18, la lame flexible est, d'une part, maintenue au repos dans un plan à la fois perpendiculaire à la direction longitudinale 16 et à la surface de la structure 18, d'autre part elle est encastrée à sa partie supérieure paur maintenir cette partie supérieure dans une position fixe quelesque soient les déformations de la structure étudiée, et enfin le pied mobile 10 est lié à sa partie inférieure à la structure en un de ses points pour que les allongements de la structure se traduisent par un déplacement de la base du pied mobile 10. La lame flexible 12 est encastrée à sa partie supérieure dans un support 20. Ce support est fixé de manière rigide à un bati luimême rigide, 22, soudé de manière-à présenter une portion p al- lèle à la lame flexible 12 et une portion parallèle à la surface de la structure étudiée. La partie du bâti 22 parallèle à la structure 18 est fixée par des vis 23, 25 à l'extrémité d'une lame élastique 24, qui est de façon générale-sensiblement parallèle à la surface de la structure mais qui peut cependant être légèrement recourbée comme c'est le cas sur la figure. l'autre extrémité de la lame 24 est fixée par une liaison d'encastrement à la structure 18. Cette liaison par encastrement de l'extensomètre à la structure est effectuée par un boulon 26 qui enserre l'extrémité e la lame de façon rigide et qui est vissé dans la structure Cet encastrement de l'extensomètre selon l'invention est tel que l'élasticité de la lame 24 s'exerce dans tion perpendiculaire à la surface de la structure t est pourquoi on a dit que la lame 24 doit être sensiblen-ent- paral- lèle à la surface de la structure 18. Il est en particulier essentiel, même si la lame 24 est légèrement courbée, que ses extrémités (point d'encastrement sur le boulon 26 et point d'encastrement sur le bâti 22 par les vis 23, 25) soient parallèles à la surface de la structure 18. Ainsi, le point d'encastrement de l'extensomètre la structure 18 par le boulon 26 constitue une position de férence pour a mesure des allongements de la structure ; le pied mobile 10 constitue le point de mesure et on verra comment il est relié à la structure 18 par 11 intermédiaire d'un plot pour suivre les déformations de cette structure L'élasticité de la lame 24 permet le déplacement du pied mobile uniquement dans un sens perpendiculaire à la surface de la structure mais ce déplacement n'a pas d'influence sur le signal électrique délivré par le pont de jauges 14 car la lame flexible encastrée 12 est également perpendiculaire à la surface de la pièce à mesurer. Comme l'encastrement de la lame 24 sur la structure 18 et sur le bâti 22 est par ailleurs une liaison sans Jeu dans la direction longitudinale 16, cette élasticité de la lame 24 n'influe pas sur la mesure. Le pied mobile suit les déformations de la structure 18 de lananière suivante Ce pied mobile 10 est terminé à son extrémité par un évidemment sphérique ou conioue 30 qui vient reposer sur une bille 32, d'un plot 28, collé à la surface de la structure 18 en un point éloigné du boulon 25 dans la direction des allongements que l'on veut mesurer (flèche 16). L'élasticité de la lame 24 applique le pied mobile sur la bille 32 en exerçant une force dans un sens perpendiculaire à la surface de la structure et par conséquent le plot 25 dois etre positionné exactement à l'aplomb du pied mobile 30 lorsque celui-ci est au repos (allongement de la structure supposé nul). Les déplacements ultérieurs du plot collé 28, liés aux déformations de la structure 28 dans la direction longitudinale 16 entrassent le déplacement de la base du pied mobile 10 grace à la bille 32 sur laquelle appuie la portée conique ou sphérique 30 de ce dernier. Ceci entrasse une flexion au niveau du pont de jauges 14 de la lame flexible 12 encastrée dans le support 20 et le pont délivre un signal correspondant (sous forme d'un déséquilibre résistif du pont). Ce signal est de façon très avantageuse linéaire en fonction des iéplacements du plot 28. Le pont de jauges14 est connecté à une borne de sortie 34 de l1eitensomètre par l'intermédiaire d'un cable 36 fixé le long du bEti 22 et de préférence maintenu encastré en meme temps que la lame 24 par le boulon 26 de manière que les mouvements du cible 36 du côté du connecteur 34, dûs aux manipulations de l'opérateur qui effectue les mesures, n1 influent pas, par des vibrations ou tractions ect., sur le pied mobile 10. Un potentiomètre 38 de réglage de la sensibilité du pont de Jauges14 peut également être prévu. Il est alors fixé de préférence sur le bti 22. Sur la figure annexée on a représenté la bille 32 séparée de l'évidemment 30 du pied mobile 10, mais il doit être entendu que l'lasticité de la lame 20 applique en temps normal le pied mobile 10 contre la bille 32. Le principe de l'invention réside dans lZexistence d'une liaison élastique (dans une direction perpendiculaire à la surface de la pièce) entre un point d'encastrement fixe dans la structure et un pied mobile supporté par une lame flexible perpendiculaire à la direction des allongements mesurés, cette lame flexible étant elle-meme encastrée en un point de l'extensomètre ; il est par conséquent évident que l'on peut adopter d'autres dispositions pratiques sans sortir du cadre de l'invention. En particulier il est possible de prévoir une forme différente du simple bgti coudé montré à la figure annexée. I1 est aussi possible de prévoir un agencement dans lequel au lieu que le bati 22 soit lié à l'encastrement dans la structure par une lame élastique 24, on aurait au contraire le bAti 22 encas tré dans la structure au niveau du boulon 26 et une lame élastique sensiblement parallèle (au moins à ses extrémités) à la surface de la structure 18, pour relier le bAti-22 au support 20 de la lame flexible encastrée 12. Il est d'ailleures possible d'utiliser directement l'élasticité de 1G lame 24 pour coller le plot su la structure 18o En effet, une fois il extensomètre fixé par son point d'encastrement sur la structure, le problème se pose de la mise en place du plot 28 en un point rigoureusement à l'aplomb de l'e'-vi- demment 30 du pied mobile non sollicité par un effort. l'agencement selon l'invention permet cette mise en place du plot 28 de façon très simple : Pendant que la colle est fraîche, on laisse reposer le pied mobile 10 sur le plot sous la force verticale de l'élasticité de la lame 24. Le plot 28 se met donc tout seul e place en glissant jusqu l'endroit très exact ou le pied mobile ne soumet plus la lame flexible 12 à des efforts latéraux. REVENDU CATIONS 1. EStensomètre à lame pour la mesure de déformations de pièces, caractérisé par le fait qu'il comporte : - un moyen d'encastrement rigide d'un point de ltex- tensomètre sur la pièce à mesurer - un support de lame flexible et une lame flexible encastrée dans ce support à une de ses extrémités, le plan de la lame élastique étant perpendiculaire, au repos, à la direction dans laquelle les allongements sont mesurés, et étant éloigné du point d'encastrement dans cette direction, - un pont de jauges de contrainte collé à la lame flexible - un pied fixé à l'autre extrémité de la lame flexible, terminé par un évidemment - un moyen de liaison élastique sans jeu entre le support de lame flexible et le moyen d'encastrement, permettant un mouvement élastique du support de la lame flexible dans une direction sensiblement perpendiculairement à la surface de la pièce dont on mesure les déformations. 2. Extensomètre à lame selon la revendication i, caractérisé par le fait que le moyen de liaison élastique est une lame de ressort s'étendant seneiblement parallèlement à la surface de la pièce et dans la direction des allongements mesurés. 3. Extensomètre à lame selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le moyen d'encastrement est situé au niveau d'une extrémité de la lame de ressort et que le support de la lame encastrée est fixé à l'autre extrémité de la lame de ressort. 4. Extensomètre à lame selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le pont de jauges est relié à un connecteur de sortie par un câble fixe d'une part sur le support rigide de lame et fixé d'autre part en même temps que la lame de ressort par le moyen d'encastrement. 5. Extensomètre à lame selon llune des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le moyen d'encastrement est un bouchon vissé dans la pièce à mesurer.