Brevet FR2394073A1 — publié le 19790105

La présente invention est relative aux capteurs dynamométriques à corde vibrante dans lesquels une corde entretenue en vibration est tendue par une force à mesurer, la valeur de la fréquence de vibration étant alors représentative de la force suivant une relation définie. De tels capteurs sont par exemple utilisés pour la mesure de pressions. Dans ce cas, la pression à mesurer est convertie en force par un organe primaire, tel qu'un soufflet, une membrane, une capsule, etc ... On connait des dispositifs basés sur ce principe, mais jusqu'à présent leur développement est resté très faible à cause de l'influence des résonnateurs mécaniques existant dans les structures entourant l'élément vibrant. Lorsque la fréquence de vibration de la corde varie dans la gamme de mesure demandée, on constate en effet que les qualités métrologiques du dispositif sont détruites lors du passage de cette fréquence de vibration au voisinage des fréquences de résonance parasites des structures avoisinantes. On a déjà proposé de pallier cet inconvénient par un découplage entre la corde et les pièces du capteur auxquelles elle est reliée, ce découplage étant réalisé au moyen de joints de flexion orientés dans le sens longitudinal de la corde. Cependant, ces joints étant eux-mêmes des ressorts élastiques, ils présentent aussi des fréquences de résonance propre et cette solution ne résout qu'imparfaitement le problème des fréquences de résonance parasites. L'invention a pour objet un capteur dynamométrique dans lequel ces difficultés sont surmontées grâce à un découplage mécanique suffisant entre la corde vibrante et les structures qui l'entourent, ce qui permet de mettre en oeuvre la corde vibrante sans être tributaire des propriétés de résonance des structures de fixation de cette corde ou des organes de mesure associés. Le capteur dynamométrique, suivant l'invention, comporte une corde entretenue en vibration, deux pièces massives présentant une grande inertie fixées respectivement à chaque extrêmité de la corde, lesdites pièces massives étant reliées au reste du capteur par des moyens de couplage tâche, caractérisé en ce que lesdits moyens de couplage tâche comportent deux montages de l'un ou l'autre des types suivants - d'une part, un accouplement du genre conique ou sphérique, - d'autre part, une pièces intercalaire à faible module d'élasticité et à fort coefficient d'amortissement. Le découplage de la corde est ainsi réalisé à ses deux extrêmités par - une fixation très rigide, tel qu un encastrement massif, d'une extrémité de la corde sur une pièce massive présentant un grand moment d'inertie par rap port à l'axe de la corde, et - un couplage liche entre cette pièce massive et la structure de fixation ou l'organe primaire de mesure. La fixation rigide est réalisée de préférence au moyen d'une brasure dure de la corde dans la pièce massive. Le couplage lâche est assuré suivant plusieurs moyens créant une discontinuité mécanique entre la pièce massive et la structure de fixation d'une part, et l'organe récepteur de la force à mesurer d'autre part. En ce qui concerne l'organe récepteur, celui-ci, dans un mode de réalisation particulier de l'invention, exerce une traction sur la corde au moyen d'un tirant à tête conique ou sphérique, cette tête étant placée dans un logement de forme complémentaire creusé dans la pièce massive. A l'autre extrêmité de la corde, la pièce massive située du côté de la structure de fixation s'appuie, sans être fixée, sur cette structure par l'intermédiaire d'une pièce intercalaire à faible module d'élasticité et fort coefficient dtamortissement. Etant donné que l'on recherche souvent un isolement électrique entre la corde et le bSti du capteur, cette pièce intercalaire peut être choisie avantageusement en un matériau isolant électriquement aussi bien que mécaniquement, par exemple en diallylphtalate ou en résine époxy. Un tel capteur permet d'obtenir pour un coût réduit une grance exactitude et une grande fidèlité dans la mesure des pressions de l'ordre de quelques bars ou quelques dizaines de bars absolus, et peut être utilisé notamment pour la correction des indications de compteurs volumétriques de gaz en fonction de la pression. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description suivante en relation avec le dessin annexé qui représente, à titre d'exemple non limi tatif, plusieurs modes de réalisation d'un capteur perfectionné suivant I'. in- vention. Sur ce dessin - la fig. I représente schématiquement un premier mode de réalisation d'un cap teur suivant l'invention appliqué à la mesure de pressions absolues. - la fig. 2 montre un exemple de circuit d'auto-entretien des vibrations de la corde. - les fig. 3 à 5 représentent schématiquement cl'autres modes de réalisation de capteurs conformes à l'invention. A la fig. 1, on a représenté une coupe axiale dtun capteur de pression absolue 10, de forme cylindrique, dans lequel la corde 11 est disposée suivant l'axe du cylindre. Sur cette corde, par exemple en fil de tungstène de 1 mm de diamètre et 100 mm de longueur, s' exerce la traction d'un organe primaire récepteur de la force traduisant la pression à mesurer qui, dans I1 exemple représenté, est un soufflet de mesure 12 dans lequel le vide a été fait et qui est soumis à la pression P à mesurer agissant sur ses faces extérieures. Le soufflet 12 est fixé à -sa partie inférieure sur un socle 13 appartenant au ba- ti du capteur, à travers lequel une ouverture 14 permettant de faire le vide dans ce soufflet a été forée, puis scellée. Ce soufflet présente un grand nombre de fréquences de vibrations dont certaines se situent dans la bande utile des fréquences de mesure si tuée entre 500 et 1000 Hz. Pour éviter que les résonances du soufflet perturbent la vibration de la corde, une masse cylindrique 15, par exemple en laiton ou en acier inoxydable de 60 mm de diamètre et de 25 mm d'apaisseur, est brasée en son centre 16 à l'extrémité inférieure de la corde 11, et cette masse est tirée par le soufflet 12 au moyen d'un accouplement à tête conique 17 de faible diamètre réalisant une discontinuité mécanique ou un couplage lâche entre la corde et le soufflet. Cet accouplement est par exemple constitué au moyen d'un écrou 17 A de forme conique vissé sur une tige filetée 17 B de la tête du soufflet 12 et maintenu prisonnier par un disque 17 C fixé sur la masse 15. Pour découpler la corde 11 du bâti du capteur à son autre extrêmité supérieure, celle-ci est aussi brasée au centre d'une autre masse cylindrique 18, par exemple en laiton ou er acier inoxydable de 80 mm de diamètre et de 25 mm d'épaisseur. Cette masse 18 repose sur une structure cylindrique 20 du bâti par l'intermédiaire d'une pièce annulaire 19 isolante à la fois mécaniquement et électriquement. Grâce à ce montage, les fréquences de résonance parasite du bâti ne peuvent pas non plus perturber la vibration de la corde à cause du couplage serré de la corde et de la masse 18 à grande inertie, et du couplage lâche entre la masse 18 et la structure 20 du bâti. Le socle 13 comporte également un logement 21 pour un raccord d'arrivée de la pression P à mesurer qui communique avec les faces extérieures du soufflet 12. Une enveloppe extérieure 22 enferme le gaz sous pression, l'étanchéité avec le socle 13 étant réalisé au moyen d'un joint torique 23. Les moyens d'auto-entretien de la vibration de la corde n'ont pas été représentés en détail car ils sont bien connus. Ils comprennent par exemple un aimant permanent créant un champ magnétique perpendiculaire à la corde en son milieu et un montage électronique, représenté fig. 2. Ce montage comporte un amplificateur différentiel 30, et un pont de résistances 31 (dont la corde 11 constitue l'un des bras) connecté entre la sortie de l'amplificateur et la masse et permettant de séparer le signal tachymétrique du signal dû à la chute ohmique dans la corde. Les sommets de l'autre diagonale du pont 31 sont reliés respectivement aux entrées de l'amplificateur 30 qui fournit ainsi le signal d'excitation qui entretient la vibration de la corde. Un fréquencemètre 32 branché dans le circuit de sortie de l'amplificateur 30 affiche le signal de mesure, par exemple étalonné directement en pression. L'invention n'est pas limitée au seul mode de réalisation du capteur qui vient d'être décrit à titre d'exemple, mais elle s'étend aussi aux différentes combinaisons des moyens de couplage tâche décrits à la fig. 1. Suivant les montages représentés fig. 3 et fig. 4, on peut aussi utiliser deux moyens de couplage lâche de même type, soit en suspendant (fig. 3) la pièce massive supérieure 18 à la structure 20 au moyen d'un joint conique ou sphérique 24 analogue au joint 17, soit en accrochant (fig. 4) le soufflet 12 - ou tout autre organe récepteur de la force F à mesurer - à ia pièce massive 15 au moyen d'un étrier 25 reposant et tirant sur cette pièce par l'intermédiaire d'une entretoise 26 en matériau analogue à celui de la rondelle 19. Il est aussi possible d'inverser les positions des deux moyens de couplage lâche de la fig. 1, selon le montage schématisé fig. 5, en accrochant la pièce massive supérieure 18 par un joint conique ou sphérique 24 à la structure 20, le soufflet 12 (ou organe récepteur de la force F à mesurer)étant aussi accroché à la pièce massive 15 au moyen d'un étrier 25 reposant sur cette masse par l'intermédiaire d'une entretoise 26 en matériau analogue à celui de la rondelle 19 des figures précédentes. Le capteur, suivant l'invention, n'est naturellement pas limité à la mesure de pressions absolues ; il s'applique aussi à la mesure de pressions différentielles en faisant agir les pressions dont la différence est à mesurer à l'intérieur et à l'extérieur du soufflet, (ou de part et d'autre d'une membraneou d'une capsule équivalentes), ainsi qu'à la mesure d'autres grandeurs physiques convertibles en une force,telles que par exemple des accélérations ou des poids, agissant sur la pièce d'accouplement 17 ou sur l'étrier 25 à la place du soufflet 12. REVENDICATIONS 1 - Capteur dynamométrique à corde vibrante comportant une corde entretenue en vibration, deux pièces massives présentant une grande inertie fixées res pectivement à chaque extrémité de la corde, lesdites pièces massives étant reliées au reste du capteur par des moyens de couplage lâche, caractérisé en ce que lesdits moyens de couplage lâche comportent deux montages de l'un ou l'autre des types suivants - d'une part, un accouplement du genre conique ou sphérique, - d'autre part, une pièce intercalaire à faible module d'élasticité et à fort coefficient d'amortissement. 2 - Capteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit accouplement est relié à un organe récepteur de la force à mesurer et que ladite pièce intercalaire est montée entre l'une des pièces massives et le bâti du cap teur. 3 - Capteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit accouple ment est relié au bâti du capteur et que ladite pièce intercalaire est mon tée entre l'une des pièces massives et un étrier relié à l'organe récepteur de la force à mesurer. 4 - Capteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux accouplements du genre indiqué, l'un relié au bâti du capteur, l'autre à l'organe récepteur de la force à mesurer. 5 - Capteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux pièces intercalaires montées respectivement, la première entre une des pièces massives et le bâti du capteur, la seconde entre l'autre pièce mas sive et un étrier sur lequel agit la force à mesurer. 6 - Capteur suivant la revendication 1, dans lequel la corde vibrant dans un champ magnétique central est reliée galvaniquement à un circuit d'entretien de la vibration, caractérisé en ce que ladite pièce intercalaire est en ma tériau isolant à la fois mécaniquement et électriquement. 7 - Capteur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ledit matériau isolant est le diallylphtalate ou une résine époxy. 8 - Capteur suivant l'une des revendications précédentes appliqué à la mesure de pressions absolues, caractérisé en ce que ledit organe récepteur est un récipient scellé à paroi déformable dans lequel le vide a été fait et fixé sur la bâti du capteur. 9 - Capteur suivant l'une des revendications 1 à 7, appliqué à la mesure de pressions différentielles, caractérisé en ce que ledit organe récepteur com porte une paroi déformable élastiquement soumise de part et d'autre aux pressions dont la différence est à mesurer, et fixée sur la bâti du capteur.