Brevet FR2432704A1 — publié le 19800229

La présente invention concerne un transmetteur électrique de mesure pour appareil indicateur à aiguille rotative, ledit appareil pouvant être un indicateur de pression, de température ou de force notamment. I1 existe des appareils de mesure qui transmettent à distance leurs indications. Ce sont, par exemple, des capteurs de pression ou de température très élaborés et sophistiqués qui sont disposés dans des milieux peu accessibles à la lecture directe. Ces appareils sont généralement très spécifiques et donc onéreux et surtout très complexes dans leur structure et mettent en oeuvre des techniques avancées ou impliquent un choix étudié de leurs composants pour être fiables aux conditions d'utilisation. Parmi les autres appareils de mesure, les appareils de mesure à aiguille, qui sont les plus répandus, ne peuvent être utilisés qu'en lecture directe. Cela limite considérablement leurs domaines d'application et ces appareils sont souvent sous-utilisés. puisque leur utilisation est directement liée à leur accessibilité par un observateur. La présente invention a pour objet de proposer un transmetteur électrique susceptible d'être adapté très facilement aux types les plus usuels d'appareils indicateurs à aiguille rotative et donc d'en augmenter les possibilités. L'appareil de mesure selon l'invention, qui est du type à aiguille, est caractérisé en ce qutil comporte un transmetteur électrique de mesure qui est actionné directement par la rotation de l'axe de ladite aiguille, ledit transmetteur traduisant sous la forme d'une grandeur électrique variable la position angulaire variable de l'aiguille. Les positions variables de aiguille étant traduites en grandeurs électriques par ce transmetteur, lesquelles grandeurs électriques pouvant sans difficulté être traitées par les techniques habituelles, ii est maintenant possible d'utiliser les appareils indicateurs à aiguille dans de larges gammes d'utilisation jusqu'ici réservées aux seuls appareils spécifiques rappelés précédemment. Selon une autre caractéristique, le transmetteur comprend un capteur de déplacement porté par le bâti fixe de l'appareil et dont l'élément palpeur mobile coopère avec un organe jouant le rôle de came porté par l'axe de l'aiguille, ledit organe étant constitué par une rampe hélicoldale concentrique à l'axe de l'aiguille et calée sur ledit axe. De ce fait, les rotations de l'aiguille et donc de son axe sont captées fidèlement par le capteur et la rampe hélicoidale et peuvent être transmises à distance par une technique appropriée telle qu'une lame travaillant en flexion sur laquelle est collée au moins une jauge de contrainte. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture de la description de plusieurs modes de réalisation selon l'invention donnée à titre indicatif mais non limitatif ainsi que du dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue en perspective d'un cadran d'un appareil de mesure à aiguille rotative, équipé d'un dispositif selon l'invention. La figure 2 est une vue en coupe de l'appareil de mesure à aiguille rotative, équipé d'un dispositif selon l'invention. La figure 3 est une vue en élévation partielle d'un autre mode de réalisation selon l'invention. La figure 4 est une vue en élévation partielle des lames de flexion représentées sur la figure 3. La figure 5 est un schéma électrique d'utilisation des jauges représentées sur la figure 4. Les figures 6 à 8 sont une vue en élévation partielle d'un autre mode de réalisation suivant l'invention et des représentations schématiques des forces s'exerçant sur la rampe hélicoidale. La figure 9 est une vue en élévation partielle d'un autre mode de réalisation selon l'invention. Un appareil de mesure à aiguille rotative, par exemple un manomètre, comprend un boitier (1) dans lequel est monté un cadran gradué (2) traversé en son centre par un axe (3) sur lequel est mon tée une aiguille (4). Les organes de commande et de structure du manomètre sont disposés dans un compartiment (5) et ne seront pas décrits dans le détail pour être très connus par les fabricants et/ou les utilisateurs des appareils de mesure à aiguille rotative. Selon l'invention, sur l'axe (3) de l'aiguille (4) qui se prolonge d'une certaine longueur au-delà de ladite aiguille entre cette dernière et la paroi transparente (6) de l'appareil de mesure, est monté un organe (7) jouant le rôle de came. L'organe (7) est constitué par un cylindre, en matériau approprié tel qu'une matière plastique ou un métal à coefficient de dilatation convenable, dont la paroi cylindrique extérieure porte une rampe-hélicoidale (8) qui constitue la came. Le cylindre (7) est monté de façon à suivre exactement les déplacements angulaires de l'axe (3) et par suite ceux de l'aiguille (4). Sur le cadran (2) qui constitue un élément du bâti fixe de l'appareil, est monté un capteur de déplacement (9) dont l'élément palpeur coopère avec la rampe hélicoïdale (8).L'élément palpeur est constitué par une lame (10), travaillant en flexion et encastrée par son extrémité large entre deux parties 9a et 9b du capteur (9) et dont son extrémité rétrécie 11 est constamment en appui sur la rampe hélicoidale (8). Sur la partie trapézoidale de la lame (10) est fixée par tout moyen approprié tel que le collage ou dépôt sous vide par évaporation ou pulvérisation, au moins une jauge de contrainte (12) reliée par des conducteurs (13) à un circuit de traitement des déformations de ladite jauge de contrainte, ce circuit de traitement étant référencé par (14) et disposé dans un boî- tier (15) fixé sur la face arrière du boîtier (1).La structure du circuit électrique 14 étant bien connue des spécialistes, il ne sera pas décrit dans le détail ; un conducteur ou ensemble de conducteurs sont disposés dans une gaine (16) et relient le circuit (14) à des dispositifs disposés à distance et non représentés. Dans l'exemple représenté sur les figures 1 et 2, la rotation de l'axe (3) et l'aiguille (4) entraîne la rampe hélicoïdale (8) qui exerce une action sur l'extrémité rétrécie (11) de la lame (10), action qui se traduit par une variation de flexion de ladite lame. Cette variation de flexion modifie les valeurs de résistance de la jauge (12) ou plus exactement des jauges 12a et 12b disposées sur les deux faces de ladite lame (tu). Les valeurs de résistance sont exploitées par le circuit (14) et les résultats sont transmis aux dispositifs à distance non représentés. Il est bien entendu que le développement de la rampe hélicoidale (8) est défini en fonction de l'angle de rotation maximum de aiguille (4). Suivant un autre mode de réalisation représenté sur les fi gures 3 à 5, le capteur (9) comprend trois éléments (9a à 9c) entre lesquels sont encastrées deux lames flexibles (10) et (17), chacune d'elles portant au moins une jauge de contrainte et de préférence deux jauges de contrainte (12a), (12b), et (18au (18bai La lame (17) qui est analogue à la lame (10) comporte également une extrémité rétrécie qui prend appui sur une surface (19) normale à l'axe (3). La surface (19) est constituée, par exemple, par la face supérieure du cylindre 7. Ainsi, la lame ( 17) est une lame de référence et,par une association adéquate des jauges de contrainte (12a, 12b) et (18a, 18b), on peut compenser certains phénomènes se produisant dans le cylindre 7. Un exemple d'association des jauges due contrainte est donné sur la figure 5 qui représente un montage en pont de Wheatstone où des jauges de contrainte (12a) et (12b) sont disposées dans deux bras adjacents du pont car la lame (10) travaille en flexion tandis que la jauge (18a) est placée dans le bras opposé à celui de la jauge (12b), la jauge (18b) étant disposée dans le bras opposé à celui de la jauge (12a).Les points intermédiaires entre les jauges (18a) et (18b) d'une part et entre les jauges (12a) et (12b) d'autre part, sont reliés à une alimentation 20 ; un galvanomètre (21), ou tout autre dispositif de traitement ou de visualisation d'une information électrique analogique, est disposé dans l'autre -diagonale. Grâce à un tel montage, on peut, par exemple, compenser des déplacements axiaux du cylindre (7), ces déplacements pouvant être dûs soit à des jeux mécaniques soit à des dilatations dif férentieles de l'ensemble des matériaux reliant mécaniquement la lame (10) au cylindre (7). Dans une autre forme de réalisation selon l'invention, la lame (10) est montée inclinée par rapport à lthorizontale. A cet effet et quel que soit le type de capteur (9) à deux ou trois éléments et donc à une ou deux lames, la partie où est encastrée la lame (10) est inclinée d'un angle oe défini comme ci-après. On sait que la lame (10) qui est l'élément palpeur du capteur 9 est en appui sur la rampe hélicoïdale (8) du cylindre (7). Du fait de son appui sur ladite rampe hélicoïdale (8), la lame (10) est le siège d'une force latérale parasite dûé justement à la pente de ladite rampe hélicoidale, force parasite qu'il s'agit d'éliminer.En ef fet, lorsque la lame (10) est dans un plan normal à l'axe de rotation (3) de l'aiguille (Z), la force F a appliquée par l'extrémité rétrécie (11) de la lame (10) sur la rampe hélicoïdale (ö) est équilibrée par la réaction Ra; celle-ci n'étant pas perpendiculaire à la rampe hélicoïdale (8), une composante latérale R est de ce fait ampli quée à l'extrémité (11) de la lame (10) de façon que la résultante R soit normale à la rampe hélicoidale (8) (figure 7). Pour éliminer cette composante latérale et obtenir le diagramme des forces représenté sur la figure 8, il faut que l'angle d'inclinaison ocde la lame (10) soit égal à la pente de la rampe hélicoidale (8).Dans ce cas, il est aisé de constater que la force F a appliquée par l'extrémité rétrécie (11) à la rampe hélicoïdale (8) est normale à cette rampe, la réaction Ra étant également normale à la rampe hélicoïdale (8). Selon une variante représentée sur la figure 9, le capteur (9) et ses éléments palpeurs associés peuvent constituer un double condensateur à variations différentielles de capacités qui sont représentatives des positions angulaires de l'aiguille (4), lesquelles variations seront traitées par un circuit électronique adéquat non représenté, ni décrit dans le détail. Pour réaliser le double condensateur, le capteur (9) comprend une lame supérieure (17) dont l'extrémité large est encastrée entre deux éléments (9a) et (9c) et dont l'autre extrémité est en appui sur la face supérieure normale à l'axe (3) du cylindre (7) ; une lame inférieure (22) encastrée par une extrémité entre deux éléments (9b) et (9d) du capteur (9) et dont l'autre extrémité est également en appui sur une surface du cylindre (7) normale à l'axe (3), cette surface pouvant être constituée par un rebord annulaire ménagé à la base du cylindre (7) ; une lame intermédiaire analogue à la lame (10) dont l'extrémité large est encastrée entre les éléments (9c) et (9d) du capteur (9) et dont l'extrémité rétrécie est en appui sur la rampe hé licoïdale (8).La lame de flexion (10) constitue 11 armature mobile du double condensateur tandis que les deux autres lames également de flexion (17) et (22) constituent les armatures fixes, chacune desdites lames étant reliée au circuit de traitement des variations de capacité qui, à son tour, est relié aux dispositifs situés à distance. Il va de soi que, dans cette variante, tout ou partie des caractéristiques des modes de réalisation représentés sur les figures précédentes, peuvent être reproduites. Il en est notamment ainsi pour la lame intermédiaire (lO)-qui peut être inclinée d'un angle sL égal à la pente de la rampe hélicoïdale (8), les deux autres lames (17) et (22) étant disposées dans des plans parallèles et normaux à l'axe de rotation (3). Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés ; elle est susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées, et sans qu'on s'écarte pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1) Appareil de mesure indicateur, à aiguille indicatrice pivotante, caractérisé en ce qu'il comporte un transmetteur électrique de mesure qui est actionné directement par la rotation de l'axe de ladite aiguille, ledit transmetteur traduisant squs la forme d'une grandeur électrique variable la position angulaire variable de l'aiguille. 2) Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le transmetteur comprend un capteur de déplacement porté par le bâti fixe de l'appareil et dont l'élément palpeur mobile coopère avec un organe jouant le rôle de came porté par l'axe de l'aiguille. 3) Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe jouant le rôle de came est constitué par une rampe hélicoidale concentrique à l'axe de l'aiguille et calée sur ledit axe. 4) Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le capteur de déplacement comprend au moins une lame travaillant en flexion, ladite lame étant encastrée à une de ses extrémités dans un support porté par le bâti fixe de l'appareil tandis que l'extrémité libre de ladite lame, formant palpeur, coopère avec la rampe hélicoi- dale. 5) Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la lame du capteur porte au moins une jauge de contrainte, les variations de résistance de ladite jauge traduisant les variations de la position angulaire de l'aiguille. 6) Appareil selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la rampe hélicoidale est ménagée sur une pièce intermédiaire d'appui montée sur l'axe de l'aiguille. 7) Appareil selon l'une des revendications 3 à 6 > caractérisé en ce qu'il comprend une deuxième lame travaillant en flexion dont une extrémité est encastrée dans le support de la première lame et audessus de cette dernière et dont l'autre extrémité libre est en appui sur une surface de la pièce intermédiaire, normale à l'axe de l'aiguille et en ce que ladite deuxième lame comporte au moins une Jauge de contrainte oui, associée à la jauge de contrainte de la première lame, compense les déplacements axiaux de la pièce intermédiaire d'appui hé licoïdale par rapport au support des lames de flexion. 8) Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux lames travaillant en flexion sont identiques et en ce que la surface normale à l'axe de l'aiguille est constituée par la face supérieure de la pièce intermédiaire d'appui. g) Appareil selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la deuxième lame supérieure est située dans un plan normal à l'axe de l'aiguille. 10) Appareil selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé én ce que la première lame formant palpeur est située dans un plan incliné par rapport à l'axe de l'aiguille et, de préférence} inclinée du même angle que la rampe hélicoidale sur laquelle elle prend appui. 11) Appareil selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que le capteur de déplacement est constitué par un double condensateur à variations différentielles, la lame formant palpeur constituant l'armature médIane mobile du double condensateur. 12) Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que la lame supérieure constitue une des armatures du double condensateur dont l'autre armature est constituée par une troisième lame inférieure disposée au-dessous de l'armature médiane, ladite lame inférieure étant encastrée dans le support commun aux autres lames et prenant appui, par son extrémité libre, sur une surface de la pièce intermédiaire d'appui normale à l'axe de l'aiguille.