Brevet FR2444266A1 — publié le 19800711

La présente invention concerne les dynamomètres pourvus d'un ou plusieurs corps d'épreuve destiné à subir use déformation élastique lorsqu'une force lui est appliquée. Le principe de la mesure d'une force par déformation élastique est connu depuis fort longtemps. Le corps d'épreuve comporte généralement des jauges de déformation qui, par étalon- nage préalable, perlflettent une lecture directe de la or- -wppli- quée. Plus précisément, on peut mesurer directement la déforma- tion parallelement à la direction de la force appliquée (le module d'élasticité du matériau du corps d'épreuve étant connu), et/ou la déformation transversale due à l'pfft de Poisson. De façon classique, les dynamomètres utilisant ce principe de mesure présentent, monté sur un bâti, un corps d:é preuve en matériau susceptible de subir une déformation elasti- que sur une plage assez grande de forces appliquées; en mesure précise, l'élément critique est la jauge de déformation, et, à cause d'elles, on est souvent amené à utiliser des corps d'épreuve de dimensions relativement élevées. En outre, le montage du corps d'épreuve sur le bâti implique de nombreux problèmes de réalisation pratique puisque toute déformation non élastique au niveau de cette liaison bati-corps d'épreuve entraine des erreurs de mesure dues à l'hystérésis des transmissions de contraintes. La présente invention a pour but d'éliminer autant que possible ces inconvénients et propose un dynamomètre de haute précision, à faible encombrement où les problèmes d'hystéré- sis appui sont en grande partie éliminés Pour ce faire, le dynamomètre selon l'invention corps porte un premier corps d'épreuve, destiné à recevoir la force appliquée, monté sur un second corps d'épreuve Qtli est à son tour monté sur un bâti.Les deux corps d'épreuve s'étendent du même côté, par rapport a leur jonction, l'un entourant l'ai$re, de telle sorte qu'ils travaillent le premier en comp-essiou et le second en extension en présence d'une force appliquée, et des jauges de déformation sont disposées sur les deux corps d'ép::eu- ve pour donrer des signaux variant en sens inverse, ce qui permet de mesurer la force par différence entre les signale rela tifs aux deux corps d'épreuve. Plus précisément, lc dynamomètre est caractérisé par le fait que le premier corps d'épreuve est monté solidaire sans glissement sur le second corps d'épreuve de même que le second corps d'épreuve sur le bats, au moins cette dernière liaison étant réalisée de préférence par des portées coniques complémentaires. Plus particulièrement, les jauges de déformation, qui définissent un paramètre électrique sensible à la déformation, sont montées intercalées dans un pont de Wheatstone. Selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention, le premier corps d'épreuve est lui aussi monté sur le second par l'intermédiaire de portées coniques complémentaires. Un autre but de l'invention est de fournir un dynamomètre de précision à fils résistants présentant à la fois un faible encombrement, une bonne sensibilité, une grande fidélité, et peu d'hystérésis. Plus spécialement, les jauges placées sur les deux corps d'épreuves, qui sont de préférence cylindriques, sont bobinées. Outre les avantages connues des jauges bobinées sur un corps d'épreuve (grande facilité d'exécution, symétrie quasiparfaite, trés grande fidélité de la jauge), l'emploi exclusif des jauges bobinées procure un autre avantage substantiel : la déformation principale - longitudinale - du corps d'épreuve peut être beaucoup plus grande que la limite supérieure acceptable par la jauge (le facteur est l'inverse du coefficient de Poisson, soit de l'ordre de 3), pourvu que le corps d'épreuve ait une très haute limite élastique; cela amène à une diminution substantielle des dimensions du dynamomètre. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée ci-après, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente une coupe axiale schématique d'un dynamomètre selon le mode préférentiel de réalisation de l'invention, et - la figure 2 représente un schéma de principe du circuit électrique permettant d'effectuer la mesure des forces appliquées. Le dynamomètre représenté à la figure 1 comporte un premier corps ou corps central 100 de forme cylindrique, un deuxième corps ou corps intermédiaire 200 également de forme cylin drique , et un bâti 300 constitué par un pot-enveloppe. Les forces à mesurer sontappliquées suivant la flèche 400 dirigée sur la face bombée d'un bouton d'appui 110 réalisé par un boulon vissé dans un alésage llOa fileté du premier corps 100. On remarque en llOb des cales d'épaisseur sous forme de rondelles sur lesquelles s'appuie le rebord interne d'un diaphragme de centrage llOc-positionné dans un évidement 310a du bâti. Ce diaphragme sert à guider le bouton 110 qui peut être soumis à des forces latérales qui ne doivent pas être comptabilisées dans la mesure par le premier corps d'épreuve.On voit que la paroi amincie llOd du diaphragme empêche la transmission directe du bâti par le diaphragme des efforts appliqués suivant la flèche 400. Les cales llOb permettent de positionner le diaphragme horizontalement et transmettent conjointement avec son rebord interne les efforts à mesurer que le filetage llOa ne pourrait supporter. Le premier corps comporte à sa partie inférieure une portée conique de section transversale circulaire 140 coopérant avec une portée conique correspondante 240 du corps intermédiaire. Autour de ce corps central 100 sont bobinés deux fils 120, 130 de même résistance nominale T qui sont légèrement tendus au montage et collés ensuite sur ledit corps. Le corps intermédiaire 200 qui présente une forme cylindrique comporte, à sa partie inférieure, la portée conique 240 destinée au maintien du corps central.Deux orifices 260 et 270 sont prévus dans sa paroi latérale pour le passage des fils 120 et l30. A sa partie supérieure, le corps 200 comporte en outre une autre portée conique à section transversale circulaire 250 coopérant avec une portée conique corres pendante 310 du bâti 300. A sa partie médiane, le corps intermédiaire comporte, de façon analogue au corps central, deux fils bobinés 220, 230 d'égale résistance nominale C et montés de la même façon. Enfin, le bâti ou pot-enveloppe 300, comporte une ouverture 320 destinée au passage des fils 220, 230; 120, 130 et la portée conique 310 située à la partie supérieure dudit pot. Afin d'assurer une solidarité sans glissement (sans déformations non-élastiques) entre d'une part le pot-enveloppe et le corps intermédiaire et d'autre part le corps central et le corps intermédiaire, on applique au dynamomètre préassemblé une surcharge importante provoquant, après glissement des portes co niques les unes sur les autres, un eminanchement à force du corps central dans le corps intermédiaire et du corps intermé diaire dans le pot-enveloppe. Au cours de l'appllcation de la surcharge, le bouton 110 sollicite le premier corps par l'inter- médiaire de cales d'épaisseurs.Ensuite, apres glissement relatif des corps d'épreuve, on enlève le bouton d'appui, on posi- tionne le diaphragme annulaire de façon horizontale sur les cales d'épaisseurs et l'on revisse le bouton d'appui. Le blocage ainsi réalisé par effet de coin ne peut être défait si ce n'est par application d'une force contraire élevée qui ne se produit pas en service normal.Bien entendu, afin de permettre de telles liaisons, les demi-angles des cônes successifs doivent être choisis afin de permettre un glissement relatif des corps et du pot les uns par rapport aux autres.Si le matériau utilisé possède un angle Lji de coefficient de frottement et que lton appelle g le demi-angle au sommet du cône, on choisit généralement Afin d'effectuer la mesure d'une force appliquée au corps central les fils bobinés 120, 130 (désignés par T car ils sont tirés) et 220 et 230 (désignés par C, car ils sont comprimés) sont montés en pont de Wheatstone comme cela est visible à la figure 2. Les deux fils T sont en opposition, de même que les deux fils C. En dehors de toute charge, le pont de Wheatstone est équilibré, c'est-à-dire les résistances nominales des fils 120 et 130 et des deux fils 220 et 230 sont égales. Le montage de ces quatre fils de façon intercalée permet d'obtenir une sensibilité maximum lors de la mesure de la différence de po tentiel Vx - Vy (cf. fig. 2). Bien.entendu, cette différence de potentiel doit être nulle au repos.Sa valeur, mesurée par exemple au moyen d'un voltmètre de précision, permet de mesurer les variations cumulées des résistances C et T dues à l'effet de Poisson induit par la charge appliquée. En pratique, on impose une différence de potentiel de 12V aux bornes W et Z du pont et l'on mesure Vx - Vy afin d'en déduire, par étalonnage préalable, la mesure de la force appliquée. On voit que le corps central 100, qui travaille en compression, fait subir aux fils 120, 130 une traction, ce qui entraîne une augmentation de leur résistance, tandis que le corps intermédiaire, qui travaille en traction entre ses portées coniques va permettre une légère contraction des deux fils bobinés tendus 220, 230, ce qui va provoquer une diminution de leur résistance. Les deux effets obtenus sont cumulés lors de la mesure, ce qui permet une sensibilité accrue. On constate que le dynamomètre ci-dessus décrit présente, grâce aux portées coniques, une solidarité sans glissement supprimant les problèmes d'hystérésis d'appui communs à tous les corps d'épreuve. Bien que les portées coniques-soient actuellement considérées comme largement préférables, on peut les remplacer par des frettages, ou par des liaisons par soudures de haute qualité, dans certaines applications. Enfin, l'assemblage des différents corps cylindriques de façon concentrique permet de diminuer l'encombrement sans préjudice pour les performances de l'appareil. On a décrit ci-dessus un mode préférentiel de réalisation, notamment avec un bobinage transversal des résistances électriques, mais il est clair que les jauges de déformation utilisées peuvent par exemple être disposées de façon longitudinale par rapport au corps d'épreuve. REVENDICATIONS l) Dynamomètre, du type comportant un premier corps d'épreuve, destiné à recevoir la force appliquée, monté sur un second corps d'épreuve qui est à son tour monté sur un bâti, dans lequel les deux corps d'épreuve s'détendent du même côté par rapport à leur jonction, de telle sorte qu'ils travaillent le premier en compression et le second en extension en présence d'une force appliquée, tandis que les jauges de déformation sont disposées sur les deux corps d'épreuve pour donner des signaux variant en sens inverse, afin de mesurer la force par différence entre les signaux relatifs aux deux corps d'épreuve, caractérisé par le fait que le premier corps d'épreuve est monté solidaire sans glissement sur le second corps d'épreuve, de même que le second corps d'épreuve sur le bâti, au moins cette dernière liaison étant réalisée par des portées coniques complémentaires. 2) Dynamomètre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le premier corps d'épreuve est monté sur le second par l'intermédiaire de portées coniques complémentaires. 3) Dynamomètre selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la portée conique est bloquée au montage par emmanchement à force, et que le demi-angle au sommet g de la portée conique et l'angle y de frottement sont choisis pour permettre un glissement avant blocage. 4) Dynamomètre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les jauges de déformation sont réalisées par bobinage, sur le premier et le deuxième corps, de fils conducteurs qui sont tendus au montage afin de permettre la mesure de la force appliquée à partir des variations de leurs résistances électriques 5) Dynamomètre selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les fils sont au nombre de deux par corps, et qu'ils sont câblés ensemble en pont de Wheatstone. 6) Dynamomètre selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les fils présentent tous la même résistance nominale. 7) Dynamomètre selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait que les fils du premier et du deuxième corps sont câblés de façon intercalée afin d'assurer un signal de mesure maximum. 8) Dynamomètre selon l'une-des revendications 1 à 7, -caractérisé par le fait que le premier corps, le deuxième corps et les moyens d'appui présentent une forme générale cylindrique et sont disposés de façon concentrique. 9) Dynamomètre selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le premier corps comporte un bouton d'appui guidé par un diaphragme annulaire.