Brevet FR2373786A1 — publié le 19780707

La présente invention, due à Ivan Ivanovich KHARITONOV et Artemy Stepanovich BOLSHIKH, concerne des procédés et dispositifs dynamométriques pour l'étalonnage ou la vérification de dynamomètres, notamment dans les services de normalisation et de métrologie, dans les constructions mécaniques et la métallurgie, ainsi que dans les organismes de recherches scientifiques. L'étant actuel de la technique pose des exigences élevées pour les procédés et dispositifs destinés à essayer de nouveaux genres de matériaux et de constructions. Les conditions des charges d'essai de plus en plus élevées exigent une précision accrue, tant pour les machines d'essai que pour les moyens de vérification. Actuellement on dispose de machines à efforts limites de l'ordre de 30.000 à 50.000 EN. Les mêmes efforts sont nécessaires pour étalonner et vérifier les cellules de force utilisées dans les laminoirs. L'erreur relative tolérable de telles machines d'essai doit être inférieure à 1% de l'effort à mesurer. L'accroissement de l'erreur relative de ces machines conduit, soit à l'accroissement des cotes d'encombrement et du poids des constructions, soit à la diminution de leur fiabilité et de leur longévité, ce qui, en fin de compte, se traduit par une insuffisance des procédés et des dispositifs d'étalonnage ou de vérification connus. Vu le nombre limité de poids marqués dont on se sert pour la vérification très précise des moyens dynamométriques étalons, la précision de création de grands efforts et, par conséquent, l'étalonnage ou la vérification des capteurs dyna mométriques, sont déterminés par voie de calculs, ce qui réduit considérablement l'authenticité des résultats d'étalonnage et de vérification. On connaît le procédé d'étalonnage ou de vérification des dynamomètres consistant à appliquer une force sur un dynamomètre à étalonner ou à vérifier, par l'intermédiaire d'un dynamomètre étalon, ou bien directement à l'aide de poids marqués en faisant varier la valeur de la force agissante. Selon ce procédé, on met sur le dynamomètre à étalonner ou à vérifier des poids marqués et on exécute, selon leurs grandeurs, l'étalonnage ou la vérification, ou bien on se sert de trois dynamomètres étalons, dont la somme des charges limites détermine la charge critique du dynamomètre à étalonner ou à vérifier. Dans ce dernier cas, le dynamomètre, étalonné ou vérifié jusqu'à la somme des efforts des trois dynamomètres étalons, sera employé ultérieurement à titre de dynamomètre étalon pour l'étalonnage ou la vérification d'autres dynamomètres aux efforts plus grands. Ce procédé présente des limites étroites d'étalonnage et de vérification, du fait que les dispositifs dynamométriques, à l'aide desquels on fait à l'heure actuelle l'étalonnage et la vérification des dynamomètres, utilisent des poids marqués dont la gamme est fortement limitée et qui coûte chère. Dans le cas où l'on emploie trois dynamomètres étalons, l'accroissement successif d'une force appliquée sur un dynamomètre à étalonner ou à vérifier amène à l'accumulation de l'erreur de mesure de cette force et, par conséquent, du dynamomètre à étalonner ou à vérifier. En outre, le procédé nécessite une haute exactitude de montage des dynamomètres étalons et prend beaucoup de temps. Les inconvénients d'un tel procédé d'étalonnage ou de vérification lors de l'utilisation de poids marqués sont bien évidents. Quand on se sert de trois dynamomètres étalons, l'accumulation de l'erreur au cours des opérations d'étalonnage ou de vérification s'explique du fait que, en faisant varier la grandeur d'une force dans les limites déterminées par la somme des charges critiques des trois dynamomètres étalons, on emploie, comme dynamomètres étalons, des. dynamomètres qui ont déjà été vérifiés ou étalonnés par le procédé en question. On connaît un dispositif d'étalonnage ou de vérification de dynamomètres comprenant un bâti et deux cadres, dont l'un est fixé d'une façon rigide sur le bâti, tandis que autre est mobile par rapport au premier, entre lesquels est monté un dynamomètre à étalonner ou à vérifier avec lequel coagissent des poids marqués agissant directement sur ce dynamomètre, ou bien des moyens engendrant une force calibrée et l'exerçant sur le dynamomètre à étalonner ou à vérifier par l'intermédiaire d'un dynamomètre étalon. Lorsqu'on applique une force à l'aide de poids marqués, ces derniers sont suspendus au cadre mobile du dispositif et exercent une action directe sur le dynamomètre à étalonner ou à vérifier. Lorsqu'on exerce l'action d'une force calibrée à l'aide d'un dynamomètre étalon, on utilise dans le dispositif, comme on vient de le dire, trois dynamomètres étalons situés aux sommets d'un triangle équilatéral. Une telle disposition desdits dynamomètres étalons nécessite une grande précision et tout le processus d'étalonnage ou de vérification occasionne des pertes considérables du temps pour le remplacement de dynamomètres étalons conçus pour un certain effort par d'autres dynamomètres conçus pour un autre effort. L'invention a pour objet de procurer un procédé d'étalonnage ou de vérification de dynamomètres et un dispositif pour sa réalisation, dans lesquels le remplacement de l'action d'une force étalon par l'action d'une force précise provenant d'une source (non étalon) indépendante assure l'étalonnage ou la vérification de dynamomètres dans une gamme d'efforts pratiquement illimitée. Le procédé d'étalonnage ou de vérification de dynamomètres selon l'invention est caractérisé en ce que, et en même temps qu'on exerce une force sur un dynamomètre à étalonner ou à vérifier au moyen d'un dynamomètre étalon, ou directement par des poids marqués, en faisant varier la valeur de cette force, après chaque application de la force, on lit sa valeur sur le dynamomètre à étalonner ou à vérifier et, simultanément, on soulage celui-ci ou bien on supprime l'action exercée par les poids marqués. Le dispositif d'étalonnage ou de vérification selon l'invention comprend un bâti et deux cadres, dont l'un est fixé d'une façon rigide sur le bâti, tandis que l'autre est mobile par rapport au premier, entre lesquels est monté un dynamomètre à étalonner ou à vérifier avec lequel coopèrent des poids marqués agissant directement sur ce dynamomètre ou des moyens engendrant une force prédéterminée sur leait dynamomètre à étalonner ou à vérifier par l'intermédiaire dudit dynamomètre étalon, le susdit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte un moyen supplémentaire pour la création d'une force, monté de fa çon à permettre de faire agir cette force uniquement sur le dynamomètre à étalonner ou à vérifier, et assurant le soulagement du dynamomètre étalon ou bien l'annulation de l'action exercée par les poids marqués sur ledit dynamomètre à étalonner ou à vérifier. I1 est avantageux de réaliser les moyens principaux créant une force sous forme d'un vérin hydraulique à piston, relié à une source de pression hydrostatique, et de prévoir une source supplémentaire de force sous forme d'un cylindre creux, à l'intérieur duquel est monté un dynamomètre étalon, la face du piston du vérin hydraulique orientée vers le cylindre creux présentant une gorge annulaire, dans laquelle s'engage ledit cylindre creux, la source indépendante de pression hydrostatique étant reliée à la susdite gorge annulaire. I1 est aussi avantageux de monter le cadre mobile de façon à permettre le déplacement vertical et 11 accrochage du poids marqué, de réaliser le moyen supplémentaire pour la création d'une force sous forme d'un vérin hydraulique relié à une source de pression hydrostatique, et de prévoir deux indicateurs destinés à contrôler la constance de l'action de la force exercée sur le dynamomètre à étalonner ou à vérifier et montés sur le cadre mobile, dont loun coopère avec le piston du vérin hydraulique, tandis que l'autre coopère avec le dynamomètre à étalonner ou à vérifier. Le procédé et le dispositif selon l'invention permettent de réaliser l'étalonnage ou la vérification de dynamomètres, sans limitation pratique de leur force, avec une erreur relative ne dépassant pas 0,25 à 0,5%. Le dispositif selon l'invention est d'une fabrication simple et d'un montage aisé. Il n'exige pas une haute précision pour la fabrication de certains de ses composants et ses cotes d'encombrement et son poids sont réduits. L'invention est expliquée plus en détail ci-après par la description des modes de réalisation préférés mais non limitatifs, en référence aux dessins ci-annexés sur lesquels la figure 1 montre, en coupe longitudinale, un dispositif selon l'invention pour étalonner ou vérifier des dynamomètres en utilisant un dynamomètre étalon la figure 2 représente un dispositif du même genre, selon l'invention, utilisant un jeu des poids étalons la figure 3 montre un deuxième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention utilisant un jeu de poids marqués. Le dispositif selon l'invention, pour étalonner'ou vérifier des dynamomètres, est associé, dans le cas des dessins, à une machine connue à deux zones à essayer des échantillons de matériaux à la compression et- à la traction. I1 comprend un bâti 1 (fig. 1), installé sur une fondation, auquel est fixé d'une façon rigide un cadre 2 composé de colonnes verticales 3 et d'une traverse 4. Des trous, pratiqués dans la traverse 4, sont traversés avec jeu par les colonnes 5 d'un deuxième cadre 6. Les colonnes 5 sont accouplées par des traverses supérieures 7 et inférieures 8. Le dispositif comporte, en outre, des moyens pour la création d'une force, montés sur la traverse 4 du cadre 2 et réalisés sous forme d'un vérin hydraulique 9 dont la chambre de travail est reliée hydrauliquement à une source de pression hydrostatique 10. Dans le piston 11 du vérin hydraulique 9 est pratiquée une gorge annulaire 12, reliée hydrauliquement avec une source de pression 13 indépendante de pression hydrostatique. Dans la gorge 12 annulaire s'engage un cylindre creux 14 sur la face supérieure duquel est montée la traverse supérieure 7 du cadre 6. A l'intérieur du cylindre creux 14 on a placé, sur le piston 11, un dynamomètre étalon 15(préalablement vérifié). Le cylindre creux 14 constitue un moyen de création d'une force et sert à soulager le dynamomètre étalon 15. Le dynamomètre 16 à étalonner ou à vérifier est monté sur la traverse inférieure 8 du cadre 6. L'action d'une force calibrée est exercée sur le dynamomètre à vérifier 16 par le vérin hydraulique 9 par l'intermédiaire du dynamomètre étalon 15. Le dispositif selon l'invention permet de vérifier et d'étalonner des dynamomètres de grandes forces (de l'ordre de 10.000 à 100.000 kN). Dans ce cas, l'erreur ne dépasse pas celle du dynamomètre étalon 15. Suivant un deuxième mode de réalisation, illustré fig. 1, les colonnes 5 du cadre 6 traversent les trous du bâti 1, tandis que les moyens de création d'une force sont réalisés sous forme d'un vérin hydraulique 17 relié hydrauliquement à une source de pression hydrostatique 18 et fixé sur la partie inférieure du bâti 1. Entre le piston 19 du vérin 17 hydraulique et la traverse inférieure 8 du cadre 6, on a placé un dispositif indicateur 20 destiné à contrôler la constance de la grandeur de la force appliquee sur le dynamomètre 16 à vérifier. Un jeu des poids marqués 22, qui agit directement sur le dynamomètre 16, est accroché à la traverse inférieure 8 du cadre 6 à l'aide d'une tringle 21. Ltaction indiquée des poids 22 sur le dynamomètre 16 à vérifier est remplacée, lors de la vérification ou de l'étalonnage, par l'action de la force engendrée par le vérin hydraulique 17. Le dynamomètre 16 à vérifier est monté sur le bâti 1 sous la traverse supérieure 7 du cadre 6. Entre ce dynamomètre i6 et la traverse supérieure 7 est monté un deuxième dispositif indicateur 23 destiné également à contrôler la constance de la force exercée sur le dynamomètre 16 à vérifier. Les indicateurs 20 et 23 sont constitués par des capteurs de force classiques, par exemple, par des capteurs de force à jauges extensométriques. Sur le corps du vérin hydraulique 17 est monté un ressort 24 relié au piston 19 et destiné à faire revenir ledit piston 19 dans sa position initiale. On peut également réaliser les moyens de création d'une force sous forme d'un vérin mécanique comprenant une vis 25 (fig. 3) et un écrou 26 commandable par un volant 27. L'écrou 26 est logé dans un corps 28 fixé rigidement au bâti 1. Lorsqu'on veut réaliser les moyens de création d'une force sous forme d'un vérin électromécanique, on se sert, au lieu d'un volant 27, d'un pignon en prise avec un autre pignon situé sur l'arbre d'un moteur électrique (non montré sur les dessins). Les modes de réalisation venant d'être décrits sont destinés à étalonner ou à vérifier des dynamomètres de compression. Pour l'étalonnage ou la vérification de dynamomètres de traction, les dispositifs sont munis de dispositifs d'amarrage (fig. 1) supérieur 29 et inférieur 30 et d'un dispositif indicateur 31 analogue aux dispositifs indicateurs 20 et 23 (fig. 2). L'opération de vérification, à l'aide du dispositif,selon l'invention,à étalonner ou à vérifier des dynamomètres, se fait de la manière suivante. On exerce une force calibrée sur le dynamomètre 16 (fig. 1) à vérifier. A ce moment, à l'aide de la source 10 de pression hydrostatique, on crée une surpression dans le vérin hydraulique 9, sous l'effet de laquelle le piston 11 agit, par l'intermédiaire du dynamomètre étalon 15 et du cadre 2, sur le dynamomètre 16 à vérifier. Les colonnes 5 et les traverses 7 et 8 formant un cadre rigide 6 et la pression-dans la gorge 12 annulaire étant nulle, la force exercée sur le dynamomètre 16 à vérifier et celle exercée sur le dynamomètre étalon 15 seront les mêmes. D'après les affichages du dynamomètre étalon 15, dans les limites de son échelle, on vérifie le dynamomètre 16.Si le dynamomètre 16 à vérifier est destiné à des efforts dépassant l'effort limite pour lequel le dynamomètre étalon 15 est conçu, on lit la grandeur de la force calibrée sur le dynamomètre 16 à vérifier et, simultanément, on soulage le dynamomètre étalon 15. Pour cela, lorsqu'est atteinte la force limite pour laquelle est conçu le dynamomètre étalon 15 (ou n'importe quel moyen équivalent), on crée, à l'aide de la source de pression hydrostatique 13, une surpression dans la gorge annulaire 12. Sous l'effet de la pression d'huile, le cylindre creux 14 se déplace vers le haut et soulage le dynamomètre étalon 15. Il est à noter que l'action de la force sur le dynamomètre 16 à vérifier reste la même, et la précision de cette action sera en fonction de la précision du dynamomètre étalon 15. Ainsi, la lecture de la grandeur de la force calibrée exercée sur le dynamomètre 16 à vérifier s'effectue par remplacement de l'action de la force exercée à l'aide du dynamomètre étalon 1S, par l'action d'une force directe exercée sur le dynamomètre 16 à vérifier par le cylindre creux 14. Quand les affichages du dynamomètre étalon 15 deviennent égaux à O (ou bien à n'importe quelle valeur voulue dans les limites de son échelle), on supprime la surpression dans la gorge annulaire 12 et, de nouveau, à l'aide de la source 10 de pression hydrostatique, on crée une surpression dans le vérin hydraulique 9. A ce moment, l'action de la force sur le dynamomètre 16 à vérifier sera égale à la valeur de la force déjà créée, augmentée de la valeur indiquée par le dynamomètre étalon 15 à un instant donné. On assure ainsi le contrôle du dynamomètre 16 à un point suivant lorsque l'action d'une force dépasse l'action de la force limite pour laquelle est conçu le dynamomètre 15. Ayant atteint la valeur limite de l'échelle du dynamomètre étalon 15 (ou bien la valeur voulue dans les limites de son échelle), on remet en marche la source 13 de pression hydrostatique, qui fonctionne en créant une surpression dans la gorge annulaire 12 jusqu'au soulagement du dynamomètre étalon 15t Le cycle se répète jusqu'à ce qu'on atteigne la force limite pour laquelle est mis au point le dynamomètre 16 à vérifier. Lors de la vérification, on additionne chaque fois les affichages du dynamomètre étalon 15 avec la grandeur de la force créée auparavant. Vu que la création de la force agissant sur le dynamomètre 16 à vérifier s'effectue d'après les affichages du dynamomètre étalon 15, l'erreur relative de l'action de la force ne sera pas supérieure à celle du dynamomètre étalon 15. On sait que, pour l'étalonnage ou la vérification des dynamomètres étalons, on peut utiliser des poids marqués. Toutefois, leur application pour l'étalonnage ou la vérification de dynamomètres à efforts de l'ordre de 10.000 kN n'est pas rationnelle du point de vue de l'économie, et elle est compliquée du point de vue de la technique à cause du coût très élevé de fabrication des poids marqués et d'une diffïculté de fabrication d'un dispositif et des accessoires pour la pose et la dépose de ces poids. Le dispositif montré sur la fig. 2 permet de réaliser la vérification d'un dynamomètre 16 à efforts de 10.000 kN et plus, avec emploi d'un poids étalon de l'ordre,. par exemple, de 1.000 kN. On fait agir alors une. force directe sur le dynamomètre 16 à vérifier à partir des poids marqués 22. On accroche alors (ou décroche) successivement à la tringle 21, les poids 22 marqués à l'aide desquels on effectue la vérification du dynamomètre 16. Après avoir posé tout le jeu des poids marqués 22, on lit les affichages de l'indicateur 23. Ensuite, on procède successivement à la pose (à la dépose) des poids marqués 22. Chaque fois, après la dépose d'un poids marqué 22, on remplace son action par celle du vérin hydraulique 17 et de la source 18 de pression hydrostatique. Afin d'obtenir la constance de l'action d'une force sur le dynamomètre 16 à vérifier, le remplacement de l'action d'une force se fait d'après l'indicateur 23, en assurant chaque fois l'équivalence de ses affichages quand tout le jeu de poids marqués 22 est utilisé. Ayant remplacé l'action de tous les poids marqués 22, ou dune partie de ceux-ci, on procède à leur accrochage successif à la tringle 21 et à la vérification du dynamomètre 16. Ce faisant, la constance de l'action de la force créée auparavant et exercée sur le dynamomètre 16 à vérifier est vérifiée d'après les affichages de l'indicateur 20, en assurant, à l'aide du vérin hydraulique 17, la constance de ses affichages après l'accrochage à la tringle 21 d'un poids marqué 22 suivant. Le cycle se répète jusqu'à ce qu'on obtienne la force pour laquelle est réalisé le dynamomètre 16 à vérifier. Ceci fait, on additionne la valeur de la force de chaque poids marqué suivant 22 à la valeur de la force créée auparavant. Le remplacement de l'action d'une force exercée sur le dynamomètre 16 à vérifier selon la deuxième version du procédé avec utilisation d'un système vis 25-écrou 26 (fig. 3) au lieu du vérin hydraulique 17 se fait d'une manière analogue à celle décrite ci-dessus. Le procédé d'étalonnage des dynamomètres au moyen du remplacement du dynamomètre 16 à vérifier par celui à étalonner correspond intégralement à tous les procédés et à l'ordre successif de réalisation décrits précédemment. Le procédé proposé d'étalonnage ou de vérification de dynamomètres et le dispositif pour sa réalisation permettent d'effectuer la vérification et l'étalonnage de dynamomètres dont les efforts dépassent 10.000 kN avec une erreur ne dépassant pas 0,25 à 0,5%. Le procédé et le dispositif utilisent, lors de l'étalonnage et de la vérification, un jeu limité de poids marqués, ainsi qu'un dynamomètre étalon à efforts bien inférieurs aux efforts pour lesquels est conçu le dynamomètre à étalonner ou à vérifier. Le procédé et le dispositif selon l'invention .permettent de réaliser 11 étalonnage ou la vérification de dynamomètres à efforts qui ne sont pratiquement pas limités par une valeur supérieure. En outre, au cours de l'accroissement de l'action d'une force créée par l'intermédiaire du dynamomètre étalon ou des poids marqués dont terreur est constante, l'erreur d'accumulation relative de l'effort créé diminue et, par conséquent, lté- talonnage ou la vérification des dynamomètres sont plus précis REVENDICATIONS 1. Procédé d'étalonnage ou de vérification de dynamomètres, selon lequel on fait agir une force sur un dynamomètre à étalonner ou à vérifier au moyen d'un dynamomètre étalon, ou directement par des poids marqués, avec une variation successi ve de la valeur de cette force, le susdit procédé étant caractérisé par le fait qu'après chaque application de ladite force, on lit sa valeur sur le dynamomètre à étalonner ou à vérifier et, simultanément, on soulage ledit dynamomètre étalon ou on supprime l'action desdits poids marqués. 2. Dispositif pour la réalisation du procédé d'étalonnage ou de vérification de dynamomètres selon la revendication 1, comprenant un bâti et deux cadres, dont l'un est fixé d'une fa çon rigide sur le bâti, tandis que l'autre est mobile par rapport au premier, entre lesquels est monté un dynamomètre à étalonner ou à vérifier avec lequel réagit un poids marqué agissant directement sur ce dynamomètre, ou bien un moyen créant une force calibrée sur le dynamomètre à étalonner ou à vérifier, par l'intermédiaire d'un dynamomètre étalon, caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen supplémentaire pour la création d'une force, monté de façon à permettre de faire agir cette force uniquement sur le dynamomètre à étalonner ou à vérifier et assurant le soulagement dudit dynamomètre étalon, ou bien l'annulation de l'action par des poids marqués sur ledit dynamomètre à étalonner ou à vérifier. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le moyen principal créant une force est réalisé sous forme d'un vérin hydraulique dont la chambre de travail est reliée à une source de pression hydrostatique et sert de logement à un piston, caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen supplémen- taire pour la création d'une force, réalisé sous forme d'un cylindre creux, à l'intérieur duquel est monté un dynamomètre étalon s'appuyant sur la face du piston du vérin hydraulique tournée vers ledit cylindre creux, face dans laquelle est pratiquée une gorge annulaire dans laquelle se déplace le susdit cylindre creux, une source indépendante de pression hydrostatique étant reliée à la susdite gorge annulaire. 4. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le cadre mobile est monté de façon à pouvoir se déplacer verticalement et supporte des poids marqués accrochés, caractérisé par le fait que le moyen supplémentaire pour la création d'une force est réalisé sous forme d'un vérin hydraulique relié à une source de pression hydrostatique et qu'il est prévu deux indicateurs, destinés à contrôler la constance de l'action d'une force sur le dynamomètre à étalonner ou à vérifier, et situés sur le cadre mobile, l'un de ces indicatéurs coopérant avec le piston du vérin hydraulique, tandis que l'autre coopère avec le dynamomètre à étalonner ou à vérifier.