Brevet FR2435705A1 — publié le 19800404

La présente invention a pour objet un dispositif dynamométrique inductif destiné à la mesure des forces de traction ou compression appliquées à des ensembles mécaniques. I1 est connu que la mesure d'une force peut être traduite en une grandeur électrique à partir de la déformation d'une pièce soumise à cette force, laquelle pièce est un matériau magnétique ou bien déplace une pièce magnétique au voisinage d'un ou plusieurs bobinages parcouruepar un courant alternatif de telle sorte qu'il en résulte par variation d'impédance une modification du circuit électrique dans lequel ce bobinage ou cet ensemble de bobinages est placé. L'exploitation de cette variation d' impédance peut être utiliséeà des fins de visualisation de la grandeur de la force ou de signalisation de dépassement d'un seuil déterminé, ainsi que pour des actions de contrôle ou régulation. D'autre part il est également connu que les montages inductifs symétriques présentent divers avantages et ils permettent de résoudre simplement, tout au moins dans l'ordre du premier degré, les problèmes que pose l'influence de paramètres perturbateurs, par exemple de la température. La présente invention a pour objet un dispositif dynamométrique faisant appel aux capteurs inductif s en vue d'offrir à la fois les avantages d'une simplicité de la structure, d'une souplesse d'adaptation à différentes gammes d'efforts à mesurer, d'un prix de revient attractif et d'une large indépendance à 1' égard des influences perturbatrices extérieures (variation de la température, de la tension d'alimentation, des parasites électriques, etc...). L'invention offre à cet effet un dispositif du genre considéré essentiellement caractérisé par un montage symétrique du circuit de mesure. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma dtun montage électrique inductif symétrique selon l'invention; la figure 2 est une vue schématique de face d'un capteur; la figure 3 est une vue correspondante en coupe transversale; la figure 4 est une coupe schématique en élévation d'un capteur travaillant à la compression; la figure 5 est une vue correspondante en coupe partielle selon le plan V-V; la figure 6 montre schématiquement un capteur à effet différentiel; la figure 7 est un schéma électrique montrant un exemple de réalisation d'une fonction de commande avec un dispositif dynamométrique selon l'invention. Selon le schéma général de la figure 1, un capteur globalement illustré en 1 destiné à être soumis à une force de traction ou de compression à visualiser est associé à un indicateur 24 le capteur 1 comporte une bobine 3, dite active, dont l'impédance est adaptée à varier sous l'effet de la force appliquée au capteur et une bobine 4 dite de référence ou de compensation qui est soumise aux mêmes influences extérieures que la bobine active 3, mais dont l'impédance n'est pas affectée par la force à visualiser. Les deux bobines 3 et 4 sont montées en pont avec deux bobinages 5 et 6 de l'indicateur 2 qui est du type logométrique magnéto-électrique avec un index 7 se déplaçant devant un cadran F de visualisation de l'intensité de la force.Les bobines 3 et 4 sont montées en série avec les bobinages 5 et 6 qui leursont respectivement associés avec interposition du dispositif de redressement 8 et 9, tandis que la diagonale du pont est reliée à une source 10 de tension alternative V de fréquence appropriée aux détails de réalisation, cette fréquence pouvant avantageusement être de quelques kilohertz par exemple. les bobinages 5 et 6 du logomètre sont traversés ainsi par des courants redressés proportionnels aux courants il et i2 parcourant chaque branche du montage. Le bobinage 5 peut être considéré comme l'organe actif de l'indicateur tandis que le bobinage 6 fournit le couple antagoniste selon une technique usuelle dans les logomètres. La source alternative peut être extérieure à l'indicateur ou constituée par un convertisseur incorporé à celui-ci et alimenté soit en courant alternatif, soit en courant continu. Etant connu qu'un dispositif de mesure logométrique donne une indication fonction des rapports des courants il et i2 dans les deux branches, on comprendra que cette indication est indépendante de la valeur de la tension appliquée et qu'elle n'a pas besoin d'être stabilisée. Pour comprendre les modalités de réalisation possibles d'un capteur d'effort selon la présente invention, on se réfèrera aux figures 2 et 3 données à titre explicatif et non limitatif. Le capteur 11 est constitué par une pièce en métal ou alliage magnétique soumise à la force F qui s'exerce sur l'axe 12 par rapport à un axe 13 supposé fixeo Cette pièce comporte un évidement 14 entouré par une partie métallique 15 constituant. un anneau déformable. Dans ce logement se trouve placée une bobine possédant un noyau magnétique réglable 17, dont la partie supérieure vient à une très faible distance de la paroi 18 de ltévidement précité. Cette bobine constitue la partie active du système inductif expliqué ci-dessus et son impédance varie en fonction de l'effort appliqué qui provoque un déplacement relatif de l'ordre du dixième de millimètre. La bobine de compensation et de référence 19 identique à la bobine 16 est placée dans le logement 20 fermé par le bouchon magnétique 21 et constitue la bobine de compensation, qui par le fait de sa disposition à 900 par rapport à l'axe de l'effort n'est pas influencée par celui-ci. Dans le cas d'une telle disposition on comprendra que la variation d'impédance de la bobine active par rapport à l'impédance fixe de la bobine de compensation est de nature à permettre l'affichage de la grandeur de la force appliquée. La présente invention prévoit explicitement qu'afin de pouvoir obtenir une déformation élastique suffisante nécessaire pour avoir une variation d'entrefer convenable pour la réalisation de la mesure tout en conservant une bonne sécurité, on peut adopter une disposition telle que représentée à titre explicatif sur la figure 3, sur laquelle on peut remarquer que l'axe 12 sur lequel s'exerce l'effort porte seulement sur l'alésage 22 de la partie centrale 25 du corps de capteur 11. Cette partie est délimitée par deux fentes 23 et 24 perpendiculaires à l'axe 12; la partie élastique centrale 25 est percée à un diamètre correspondant à celui de l'axe et inférieur au diamètre de perçage des parties 26 et 27 qui assurent la sécurité lorsque l'effort appliqué dépasse la valeur normale admissible. Un autre avantage de la présente disposition est gu'elle facilite .grandement le réglage du capteur puisque la sensibilité de celui-ci est fonction de l'écartement des deux fentes. Etant donné la nécessité d'assurer l'interchangeabilité des capteurs d'autres réglages sont également prévus, lesquels permettent d' agir sur l'entrefer des bobines tant pour assurer la symétrie du montage au départ, que pour régler les caractéristiques électriques du capteur. Â cet effet, on agit sur le noyau magnétique fileté 17 accessible à travers le trou 28 - et sur le bouchon fileté 21 fermant le logement de la bobine 19. Les capteurs pouvant être rendus interchangeables pour un modèle et une force déterminé on comprendra qu'il est également possible de régler électriquement les indicateurs en concordance. On peut remarquer que l'intérêt de la présente invention réside non seulement dans sa simplicité, mais également dans sa souplesse d'adaptation, et dans le fait que les bobines telles que 16 et 19 intervenant dans la mesure peuvent être de dimensions relativement très faibles, de sorte que le volume utilisé pour la mesure peut être très réduit; le volume de chaque bobine peut être par exemple de l'ordre du centimètre cube. Il est à noter également que les logements des bobines peuvent être garnis par un compound élastique aesura4t l'étanchéité et la protection des bobines, ce qui assure une grande fiabilité à ce dispositif statique ne comportant pas d'éléments délicats. La description ci-dessus donnée à titre explicatif ne limite pas les variantes de réalisation possibles. Par exemple, la figure 4 donne la vue schématique en coupe d'élévation et la figure 5 la vue en plan coupé d'un capteur travaillant à la compression avec une bobine active 41 et une bobine de compensation 42, munies respectivement des noyaux magnétiques 43 et 44. La bobine active 41 est placée entre les deux branches de la bague 45 évidée transversalement et partiellement par une large fente 46 rendant la pièce élastique. La bobine de compensation 42 est placée de son c8té dans un logement ménagé à cet effet dans le corps de la bague 45, son axe étant perpendiculaire à l'axe de cette bague, axe selon lequel s'exerce l'effort à mesurer. La pièce élastique 45 est logée et centrée dans le corps eylindrique creux 47 -lequel à sa partie supérieure, sert de guide à un piston 48 qui reçoit l'effort de compression s'exer çant par rapport à la base de la pièce fixe 47. le piston 48 s'appuie sur la pièce élastique 45- en matériau magnétique par l'intermédiaire de deux bossages bombés symétriques 49 dont la surépaisseur est déterminée de telle sorte qu'en cas de dépassement de l'effort normal maximum, le piston 48 vient s'appuyer sur la partie pleine de la pièce 45 - ce qui assure la sécurité et évite le dépassement de la limite d'élasticité0 Comme dans le cas précédent, le capteur est réglé dans le domaine d'utilisation prévu;; d1une part, par la modification des dimensions de la fente transversale 46 et, d'autre part, en agissant sur les noyaux filetés 50 et 51 - qui permettent d'ajuster correctement l'entrefer des deux bobines. Pour obtenir la visualisation de l'intensité de la force à laquelle le capteur est soumis, on utilise une chaîne de mesure telle qu'indiqué précédemment. Dans les deux exemples de réalisation exposés ci-dessus, on utilise deux bobines, l'une active à entrefer variable, et l'autre de compensation restant à entrefer fixe. La présente invention n'est cependant pas limitée à ceci, car on comprend que la chaîne de mesure peut fonctionner à partir du moment où les deux entrefers varient d'une façon différente, en fonction de la force appliquée du capteur. Par exemple, la figure 6 représente schématiquement un capteur symétrique réalisé de telle sorte que la force F appliquée à la pièce 60 provoque une diminution de l'entrefer de la bobine 61 et une augmentation par effet de basculement de 1' entrefer de la bobine 62. La présente invention prévoit encore que le dispositif à deux bobines utilisé pour la mesure de la force peut également être-employé à des fins de contrôle, régulation, ou signalisation. le schéma donné figure 7 à titre d'exemple montre comment 1' utilisation de moyens électroniques connus, permet en association avec la visualisation telle que décrite, d'assurer une fonction de commande. On retrouve sur ce schéma les deux bobines du capteur 71 et 72 et les deux bobinages de l'indicateur 73 et 74, ainsi que les éléments de redressement 75 et 76. Les tensions continués V1 et V2 apparaissant aux bornes de résistances 75' et 76', de valeur suffisamment élevée pour ne pas perturber la-mesure sont appliquées à l'entrée d'un dispositif électronique classique 77 - qui permet de comparer la différenee de ces tensions à une tension continue de référence V3 fournie par un potentiomètre 78. Lorsque la résultante des tensions V1 et V2 dépasse le seuil fixé par la tension V3 réglée en conséquence, le dispositif électronique 77 délivre un signal qui actionne un organe de commande, de contrôle, de régulation ou de signalisation 79. Un dispositif statique d'alimentation 80, lui-même alimenté en courant continu ou alternatif, fournit les diverses tensions nécessaires au fonctionnement de l'ensemble. Le dispositif d' alimentation, le dispositif électronique et les organes actionnés peuvent être constitués selon tous moyens connus applicables. REVENDICAIONS 1 Dispositif dynamométrique du genre comportant un capteur inductif avec une pièce élastiquement déformable en matériau magnétique munie d'au moins une bobine insérée dans un circuit à courant alternatif de mesure des variations d'impédance de ladite bobine, caractérisé par un montage symétrique du circuit de mesure comportant en combinaison avec une bobine, dite-active, disposée dans la zone déformable de ladite pièce, une seconde bobine semblable, dite de compensation ou de référence, disposée dans un logement ménagé à cet effet dans la même pièce, ledit circuit de mesure comportant un indicateur logométrique. 2.- Dispositif dynamométrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe de la bobine de référence est orienté perpendiculairement à la direction de l'effort, de sorte que son impédance soit pratiquement indépendantsde l'effort-appliquéO 3.- Dispositif dynamométrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe de la bobine de référence est parallèle à l'axe de la bobine active, tandis que la partie élastiquement déformable de la pièce est adaptée à provoquer des variations d'impédance sensiblement opposées dans les deux bobines. 4.- Dispositif dynamométrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pièce élastiquement déformable est constituéepar une partie découpée par usinage dans un corps dont la partie non découpée sert de butée de limitation des déplacements de ladite pièce sous l'action de l'effort appliqué.