Brevet FR2477708A1 — publié le 19810911

La présente invention concerne un dynamomètre pourvu d'un corps d'épreuve destiné à subir une déformation élastique lorsqu'une force lui est appliquée. Elle concerne plus particulièrement un dynamomètre du type comprenant un corps d'épreuve déformable sous l'effet d'une force appliquée, ainsi que des moyens sensibles comprenant du fil de jauge et destinés à détecter cette déformation du corps d'épreuve, le fil de jauge étant branché dans un montage électrique en pont. Dans les dynamomètres à fils connus, on utilise soit des bobinages disposés longitudinalement par rapport à la force appliquée, soit des bobinages disposés transversalement par rapport à la force appliquée. Ces dynamomètres présentent certains inconyénients et notamment les dynamomètres à bobinages transversaux manquent de sensibilité ou de linéarité dans certaines applications. En outre, la réalisation des bobinages n'est pas toujours aisée. La présente invention vise à éviter les incor1- énients précités et notamment à réaliser un dynamomètre à fil enroulé dans lequel les enroulements ou bobinages peuvent être réalisés soit à partir d'un seul brin de fil constituant un pont entier, soit à partir de deux brins de fils constituant chacun un demi pont. Plus particulièrement, l'invention concerne un dynamomètre du genre précité qui est caractérisé par le fait que dans la matière du corps d'épreuve sont définies des zones d'appui aptes à recevoir quatre séries d'enroulements de fil de jauge prétendu, demeurant en contact intime avec le corps d'épreuve, dont deux possèdent des segments principaux orientés parallèlement à la force appliquée, tandis que les deux autres possèdent des segments principaux orientés perpendiculairement à la force appliquée, ces quatre séries d'enroulement formant le montage électrique en pont, les segments orientés parallèlement à la force appliquée se trouvant dans des bras opposés du montage en pont, de même que les segments orientés perpendiculairement à la force appliquée. Pour des raisons de simplification, on pourra qualifier les enroulements de longitudinaux ou de transvers aux selon que leurs segments principaux sont orientés parallèlement ou respectivement perpendiculairement à la force appliquée. Dans le cas od le dynamomètre fonctionne a la compression, les enroulements longitudinaux sont comprimés et les enroulements transversaux sont tendus sous l'effet de la force appliquée, alors que dans le cas où le dyna momètre fonctionne à la traction, les enroulements longitudinaux sont tendus et les enroulements transversaux sont comprimés sous l'effet de la force appliquée. Selon une autre caractéristique de l'invention, le fil de jauge est de préférence du fil isolé de section droite conductrice sensislement corlstante. Le corps d'épreuve affecte avantageusement la forme générale d'un prisme ou d'un cylindre droit dont l'axe est parallèle à la direction de la force appliquée, ce corps d'épreuve étant muni d'évidements ou de saillies en nombre pair recevant les deux séries d'enroulements dont les segments principaux sont orientés parallèlement è la force appliquée. Ces évidements ou ces saillies seront avantageusement disposés à proximité des séries d'enroulements dont les segments principaux sont orientés perpendiculairement à la force appliquée. Ils pourront, si besoin est, servir à recevoir au moins une série d'enroulements dont les segments principaux sont orientés perpendiculairement à la force appliquée. Ces évidements ou ces saillies, en nombre pair, sont disposées symétriquement suivant l'axe du dynamomètrE Les quatre séries d'enroulements peuvent être réalisées par bobinage continu sur le corps d'épreuve, quatre fils de sortie étant reliés à leurs quatre interconnexions. Dans ce cas, un seul brin de fil peut servir à former le pont complet. Les quatre séries d'enroulements peuvent comporter deux séries d'enroulements réalisées par bobinage continu sur le corps d'épreuve et constituant un demi pont et deux autre séries d'enroulements interconnectées en continu sur le corps d'épreuve et constituant un autre demi pont, quatre fils de sortie étant reliés aux quatre interconnexions des séries d'enroulements. On peut alors utiliser deux brins de fil constituant chacun un demi pont. Les quatre séries d'enroulements peuvent comporter chacune un seul enroulement. On peut également concevoir que les séries d'enroulements dont les segments principaux sont orientés parallèlement à la force appli quée comportent chacune une paire d'enroulements intérconnectés en continu. Par ailleurs, on pourra prévoir entre le fil de jauge et le corps d'épreuve une couche isolante du genre anodisation, vernis, enduit de colle ou garnissages semblables. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre et qui se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre illustratif et sur lesquels la figure 1 est une vue en élévation du corps d'épreuve d'un dynamomètre fonctionnant à la compression ; la figure 2 est une vue de dessus du corps d'épreuve de la figure 1 ;; la figure 3 est une vue en élévation d'une pièce d'appui destinée à etre associée au corps d'épreuve de la figure 1 la figure4 est une vue en élévation correspondant à la figure 1 et montrant schématiquement la disposition des séries d'enroulements sur le corps d'épreuve la figure 5 est une vue de dessus de la figure 4 les figures 6 et 7 sont des vues de profil du corps d'épreuve de la figure 4 et montrant schematique- ment la disposition des séries d'enroulements . la figure 8 est une représentation schématique du montage électrique en pont associé au corps d'épreuve des figures 4 à 7 ; la figure 9 est une vue en élévation du corps d'épreuve d'un dynamomètre fonctionnant à la traction ;; . la figure 10 est une vue de dessus du corps d'épreuve de la figure 9 . la figure 11 est une vue en coupe longitudinale du corps d'épreuve de la figure 9 . la figure 12 est une vue partielle correspondant à la figure 9 et montrant la disposition des quatre séries d'enroulement sur le corps d'épreuve ;; . la figure 13 est une vue schématique du montage électrique en pont associé au corps d'épreuve de la figure 12 la figure 14 est une vue en élévation avec coupe partielle du corps d'épreuve d'un autre dynamomètre fonctionnant a la traction la figure 15 est une vue en coupe, à échelle agrandie, prise suivant la ligne XV-XV de la figure 14 . la figure 16 est une vue en élévation et en coupe partielle d'une enveloppe destinée à être associée au corps d'épreuve de la figure 14 la figure 17 est une vue en élévation et en coupe partielle d'un boîtier associé à l'enveloppe représentée sur la figure 16 la figure 18 est une vue partielle du corps d'épreuve de la figure 14 montrant la disposition des séries d'enroulements formant un demi pont ; et . la figure 19 est une vue partielle montrant la disposition des séries d'enroulement formant l'autre demi pont. On a représenté sur la figure 1 le corps d'épreuve 10 d'un dynamomètre destiné à fonctionner à la compression. Ce corps d'épreuve 10 est réalisé d'une seule pièce et comporte une partie centrale 12 en forme de prisme droit de section rectangulaire, une partie terminale supérieure 14 en forme de cylindre droit et une partie terminale inférieure 16 en forme de cylindre droit, ces trois parties étant disposées suivant un même axe XX. La partie terminale 14 comporte une face circulaire 16 pourvue en son centre d'une encoche conique 18 et une gorge annulaire périphsrique20. Le corps d'épreuve 10 comporte en outre un alésage 22-,dispose dans l'axe XX-et pratiqué à travers la psartie terminale 16 et la partie centrale 12. La partie centrale 12 en forme de prisme de section rectangulaire présente deux faces opposées 24 et 26 correspondant aux deux ,rads cotés du rectangle et deux faces opposées 28 et 30 correspondant aux deux petits côtés du rectangle (cf. figure 2). Comme on peut le remarquer-sur la figure 2, la partie terminale 14 a un diamètre correspondant au petit coté de la section rectangulaire de la partie centrale 12. Ceci permet de réaliser des portions d'arêtes sur les faces 24 et 26 pour la mise en place de séries d'enroulements longitudinaux, comme expliqué plus loin. La face 24 de la partie centrale 12 comporte quatre portions d'arêtes adoucies 32,34,36 et 38 et de même la face 26 comporte quatre portions d'arêtes adoucies 40,42,44 et 46. Ces portions d'arêtes adoucies constituent des zones d'appui aptes à recevoir des séries d'enroulements de fil de jauge prétendu sans risquer de casser l'isolant du fil de jauge. La partie terminale inférieure 16 du corps d'épreuve 10 est prévue pour recevoir une pièce d'appui 48 représentée sur la figure 3. Cette pièce d'appui 48 comporte une partie centrale cylindrique 50, une portion cylindrique terminale 52 destinée à venir à l'intérieur de l'alésage 22 et une portion terminale tronconique 54 ayant une face inférieure 56 pourvue d'une encoche conique 58 analogue à l'encoche conique 18. Les zones d'appui constituées par les portions d'arêtes adoucies décrites précédemment et par la partie terminale 14 servent à la mise en place de quatre séries d'enroulements demeurant en contact intime avec le corps d'épreuve et branchées dans un montage électrique en pont, du type pont de WHEATSTONE, tel que représenté sur la figure 8. Comme représenté sur les figures 4 à 7, le corps d'épreuve 10 est muni d'un premier brin de fil QMN formant un demi-pont et d'un deuxieme brin de fil NPQ formant l'autre demi-pont. Le brin QMN comporte une première série d'enroulements 60 partant du point Q sur la partie terminale 14, disposée autour de celle-ci et arrivant à un point M et une deuxième série d'enroulements 62 partant du point M passant sur les quatre arêtes 32, 36, 44 et 40 et aboutissant au point N. La série d'enroulements QM constitue un brin tendu désigné par la lettre T sur la figure 8 et le brin MN constitue un brin comprimé désigné par la lettre C sur la figure 8. Le brin NPQ comporte une première série d'enroulements 64 partant du point N, disposée autour de la partie terminale 14 et aboutissant à un point P, et une deuxième série d'enroulements 66 partant du point P passant successivement autour des arêtes 42, 46, 38 et 34 pour aboutir au point Q. Le brin 64 constitue un brin tendu T et le brin 66 constitue un brin comprimé C comme représenté sur la figure 8. Comme représenté sur la figure 4, les brins 60 et 64 sont imbriqués les uns dans les autres autour de la partie terminale 14. Sur la figure 6 on a représenté le brin 60 en trait plein et le brin 64 de l'autre demi-pont en trait pointillé et, inversement, sur la figure 7 on a représenté le brin 64 en trait plein et le brin 60 de l'autre demi-pont en trait pointillé. La partie terminale 14 constitue une zone d'appui pour les séries d'enroulements 60 et 64. Comme on le remarquera sur la figure 8, les deux fils T sont disposés dans des bras opposés du pont, de même que les deux fils C. En dehors de toute charge appliquée au corps d'épreuve, le pont de Wi EATStGNE est équilibré, c'est-à-dire que les résistances nominales des fils T (enroulements 60 et 64) et des fils C ten- roulements 62 et 66) sont égales. Le montage de ces quatre roulements de façon intercalée permet d'obtenir une sensibilité maximale lors de la mesure de la différence de potentiel VQVN qui doit être nulle au repos. Sa valeur, mesurée par exemple au moyen d'un yoltmètre de précision V, permet de mesurer les variations cumu lées des résistances C et T dues à l'effet de Poisson induit par la charge appliquée. En pratique on peut imposer une différence de potentiel de 12 volts aux bornes N et P du pont et l'on mesure la tension vQ-VN afin d'en déduire, par étalonnage préalable la mesure de la force appliquée. On a représenté sur la figure 9 le corps d'épreuve 68 d'un dynamomètre destiné à fonctionner à la traction. Le corps d'épreuve 68 est réalisé d'une seule pièce et comporte une partie centrale 70 en forme de prisme droit de section rectangulaire et deux parties terminales 72 et 74 pourvues respectivement d'un orifice 76 et d'un orifice 78 permettant de relier le corps d'épreuve à un point fixe et à une charge tendant à étirer ce corps d'épreuve. Le corps d'épreuve 68 est réalisé par usinage à partir d'une plaque métallique, notamment en alliage léger, et comporte outre les orifices 76 et 78 précités, quatre évidements 80, 82, 84 et 86 formant quatre zones d'appui pour la mise en place de fils de jauge.Les évidements 80 et 82 sont pratiqués sur une face 88 constituant un petit côté de la section rectangulaire du prisme droit 70 et les évidements 84 et 86 sont pratiqués sur une face 90 opposée à la face 88 et constituant l'autre petit côté du rectangle. Le corps d'épreuve représenté sur les figures 9 à 11 permet de réaliser un bobinage total avec un seul brin de fil. On constitue d'abord une premiere série d'enroulements 92 MN en partant du point M à proximité de l'évidement 80 en introduisant le fil de jauge dans l'évidement 80 puis dans l'évidement 82 et en faisant le nombre de tours nécessaires en passant dans ces deux évidements et pour aboutir ainsi au point N. A partir du point N on forme une deuxième série d'enroulements 94 en passant dans les évidements 82 et 86 et on arrive ainsi au point P. A partir du point P on forme une troisieme série d'enroulements 96 en passant par les évidements 84 et 86 de manière à arriver au point Q. A partir du point Q on forme une quatrième série a d'enroulements 98 en passant autour des évidements 8Q et 84. Les séries d'enroulements 92 et 96 constituent des brins tendus T alors que les enroulements 94 et 98 constituent des brins comprimés C. Ces brins comprimés et tendus sont disposés en pont comme représenté sur la figure 13, les brins tendus étant dans des bras opposés du pont de même que les brins comprimés. Ce pont est associé à un voltmètre et une source de tension comme indiqué précédemment en référence aux figures 1 à 8. On a représenté sur la figure 14 le corps d'épreuve 100 d'un dynamomètre destiné à fonctionner à la traction. Ce corps d'épreuve 100 comporte une partie centrale 102 affectant la forme générale d'un prisme droit de section carrée dont les quatre arêtes longitudinales 104, 106, 108 et 110 ont été abattues comme représenté sur la figure 15. Le corps d'épreuve 100 comporte en outre une partie terminale 112 pourvue d'un orifice 114 et reliée à la partie 102 par une partie 116 de section circulaire et une partie terminale 118 pourvue d'un orifice 120 et reliée à la partie 102 par une partie 122 de section circulaire. tes orifices 114 et 120 sont disposés de telle manière que leurs axes respectifs soient orthogonaux. La partie 112 comporte également une gorge circulaire périphérique 124 disposée dans l'axe de la partie centrale 102 et de même la partie terminale 118 comporte une gorge périphérique circulaire 126 disposée également suivant le même axe. Ces gorges-124 et 126 sont destinées à recevoir chacune un joint torique d'étanchéité interposé entre les gorges et une enveloppe représentée sur la figure 16. La partie centrale 102 comporte quatre saillies longitudinales 128, 130, 132, 134 disposées respectivement sur les faces 136, 138, 14Q et 142 du prisme droit constituant la partie centrale 102. Ces saillies longitudinales s'inscrivent dans un cercle représenté schématiquement par la ligne discontinue 144 sur la figure 15. Chacune des saillies longitudinales 128, 130, 132 et 1s4 est arrondie à ses deux extrémités pour faciliter la mise en place de fil de jauge, comme cela sera expliqué plus loin. Ainsi, la saillie 128 présente à son extrémité visible sur la figure 15, deux abattages d'arêtes 146 et 148. On a représenté sur la figure 16 une enveloppe cylindrique 150 destinée à entourer la partie centrale 102 du corps d'épreuve 100. Cette enveloppe 150 comporte un orifice 152 destiné au passage des connexions électriques et un orifice 154 destiné à la mise en place d'un arrêtoir (non représenté) apte à être introduit dans un orifice 156 de la partie terminale 118. Lorsque le corps d'épreuve 100 est allongé sous l'effet de la traction, l'enveloppe 150 peut coulisser relativement aux parties terminales 112 et 118 grâce au joint torique placé dans les gorges 124 et 126 et coopérant avec l'intérieur de l'enveloppe 150. A ses deux extrémités, l'enveloppe 150 est pourvue de boîtiers terminaux tels 158 représentés sur la figure 17. Ces boitiers sont destinés à être soudés sur les bords de l'enveloppe 150 et présentent une découpe circulaire 160 destinée à être placée autour de l'orifice correspondant 114 ou 120. On décrira maintenant la mise en place des séries d'enroulements en référence aux figures 18 et 1 Comme représenté sur la figure 18, les saillies 128 et 130 servent à la mise en place d'une série d'enrouleme dont les segments principaux sont orientés parallèleme à la force appliquée. Cette série comporte un premier enroulement 162 autour de la saillie 128 et un deuxièm enroulement 164 autour de la saillie 130. Cette premiè série d'enroulements est reliée en continue à une deuxième série d'enroulements constituée par un seul enroulement 166 enroulé autour de la partie 122. Ces deu: séries d'enroulements forment un demi-pont constitué d'un seul brin passant par les points Q, P et N forman un demi-pont droit.Les enroulements 162 et 164 constituent des brins tendus, alors que l'enroulement 166 constitue un brin comprimé sous l'effet de la force ap quée. De même, les saillies 132 et 134 servent à 1; mise en place d'une première série d'enroulements comportant un enroulement 168 autour de la saillie 132 et un enroulement 170 autour de la saillie 134. Une deuxi série d'enroulements comprenant un seul enroulement 17: est disposée autour de la partie 116. Ces deux séries d'enroulements constituent le deuxième demi-pont passa par les points NM et Q. Ce deuxième demi-pont est forma à partir d'un seul brin disposé de manière à partir du point N à faire plusieurs tours autour de la saillie 1: puis autour de la saillie 134 et enfin autour de la par 116. Les enroulements 168 et 170 constituent des brins tendus, alors que l'enroulement 172 constitue un brin comprimé sous l'effet de la force appliquée.Les pointS Q, M et N peuvent être reliés de façon appropriée à un voltmètre et à une source de tension comme indiqué plus haut. Dans les exemples représentés ci-dessus, les -corps d'épreuve sont réalisés en un matériau doué de propriétés élastiques, par exemple en un alliage d'aluminium. Les zones d'appui (saillies ou évidement$) pratiquées dans le corps d'épreuve peuvent être par exemple usinées dans la masse ou être obtenues par fonderie, forgeage, matriçage, électroérosion, roulage ou tout autre technique appropriée. Le fil résistant utilisé sera émaillé et donc isolé pour permettre d'utiliser tous métaux pour constituer le corps d'épreuve et de croiser les fils et d'avoir des spires jointives. On notera que l'utilisation d'un corps d'épreuve en alliage léger permet en revanche l'utilisation de fil nu. On notera que la disposition du fil de jauge par demi-pont continu dans lequel un même brin de fil constitue une jauge comprimée et une jauge tendue est une caractéristique très favorable pour l'obtention d'une faible dérive de zéro du capteur. En outre, le bobinage par pont entier continu avec un seul brin de fil, s'il a pour inconvénient de nécessiter de nombreux chevauchements de fils, conserve néanmoins l'avantage de la condition d'une faible dérive de zéro. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulièrement décrit et représenté et on peut imaginer d'autres variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention. L'invention permet la réalisation de dynamomètres industriels travaillant à la traction ou à la compression. RENENDICATIONS 1. Dynamomètre du type comprenant un corps d'épreuve déformable sous l'effet d'une force appliquée, ainsi que des moyens sensibles comprenant du fil de jauge et destinés à détecter cette déformation du corps d'épreuve, le fil de jauge étant branché dans un montage électrique en pont, caractérisé par le fait que dans la matière du corps d'épreuve sont définies des zones d'appui aptes à recevoir quatre séries d'enroulements de fil de jauge prétendu, demeurant en contact intime avec le corps d'épreuve, dont deux possèdent des segments principaux orientés parallèlement à la force appliquée, tandis que les deux autres possèdent des segments principaux orientés perpendiculairement à la force appliquée, ces quatre séries d'enroulements formant le montage électrique en pont, les segments orientés parallèlement à la force appliquée se trouvant dans des bras opposés du montage en pont, de même que les segments orientés perpendiculairement à la force appliquée. 2. Dynamomètre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le fil de jauge est du fil isolé de section droite conductrice sensiblement constante. 3. Dynamomètre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le corps d'épreuve est en forme générale de prisme ou de cylindre droit dont l'axe est parallèle à la direction de la force appliquée et qu'il est muni d'évidements ou de saillies en nombre pair recevant les deux séries d'enroulements dont les segments principaux sont orientés parallèlement à la force appli quée. 4. Dynamomètre selon la revendication 3, caractérisé par le fait que certains au moins des évidements ou des saillies sont proches des séries d'enroule ments dont les segments principaux sont orientés perpendiculairement à la force appliquée. 5. Dynamomètre selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait que les quatre séries d'enroulements sont réalisées par bobinage continu sur le corps d'éprouve, quatre fils de sortie étant reliés à leur quatre interconnexions. 6. Dynamomètre selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait que les quatre séries d'enroulements comportent deux séries d'enroulements réalisées par bobinage en continu sur le corps d'épreuve et constituant un demi-pont et deux autres séries d'enroulements interconnectées en continu sur le corps d'épreuve et constituant un autre demi-pont, quatre fils de sortie étant reliés aux quatre interconnexions des séries d'enroulements. 7. Dynamomètre selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les quatre séries d'enroulements comportent chacune un seul enroulement. 8. Dynamomètre selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les séries d'enroulement dont les segments principaux sont orientés parallèlement à la force appliquée comportent chacune une paire d'enroulements interconnectés en continu. 9. Dynamomètre selon l'une des revendications 1 8, caractérisé par le fait que chacune des séries d'enroulements présente un nombre élevé de spires. 10. Dynamomètre selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le gait qu'il est prévu entre le fil de jauge et le corps d'epreuve une couche isolante du genre anodisation, vernis, enduit de colle ou garnissages semblables.