Brevet FR2495771A1 — publié le 19820611

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 en particulier un dynamomètre du type comportant un corps d'épreuve déformable sous l'effet d'une force appliquée et présentant une structure à paroi mince et de forme générale cylindrique droite, ainsi que des moyens sensibles branchés dans un montage électrique en pont et destinés à détecter la déformation du corps d'épreuve. L'un des problèmes importants à résoudre dans la conception des dynamomètres de précision est la linéarisation de la réponse sous charge du capteur. Dans le cas des dynamomètres dont le corps d'épreuve a la forme générale d'un prisme ou cylindre droit, comprimé ou tendu et apte à des portées élevées (environ 500 Kg et au delà), leur sensibilité décroît dans le cas où ils travaillent à la compression et elle croit dans le cas où ils travaillent à la traction. La présente invention vise à résoudre ce problème en proposant un dynamomètre du genre ci-dessus, dont le corps d'épreuve présente une structure comportant au moins une zone où elle s'écarte radialement et progressivement de la forme cylindrique droite pour retrouver ensuite cette forme. Cette forme peut s'écarter radialement vers l'intérieur (zone creusée) ou vers l'extérieur (zone bombée) de telle sorte que la fibre moyenne du cylindre droit se trouve déportée respectivement vers l'intérieur ou vers l'extérieur. Les termes "zone bombée" et "zone creusée s'appliquent aussi bien à des formes bombée ou creusée pures qu'à de telles formes comportant un méplat, à condition que leur fibre moyenne se trouve déportée respectivement vers l'intérieur ou l'extérieur. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, cette zone s'écarte radialement vers l'extérieur et constitue une zone bombée avec effet de ressort en tonneau. Les moyens sensibles peuvent alors comporter des éléments de mesure de déformation placés suivant une circonférence centrale de la zone bombée, transversalement à la force appliquée, et des éléments de mesure de déformation placés suivant la direction de déformation principale sur la forme cylindrique droite parallèlement à la force appliquée. Les éléments de mesure, jauges à fil ou à trame, placés sur la circonférence centrale de la zone bombée, c'est-à-dire sur la circonférence de diamètre maximum, subissent alors une déformation bien plus importante, de l'ordre de 3 à 4 fois supérieure à la déformation qu'ils subiraient par le seul effet de Poisson. I1 est alors possible par un départ plus ou moins marqué de la fibre moyenne du cylindre droit dans cette zone de modifier la courbure de la réponse du dynamomètre et surtout de la faire tendre vers une droite. Dans ce premier mode de réalisation de l'invention, les éléments de mesure de déformation comportent avantageusement deux séries d'enroulements de fil de jauge bobinés sur la zone bombée et deux séries d'enroulements de fil de jauge bobinés sur la forme cylindrique droite, les séries d'enroulements sur la zone bombée ayant leurs brins principaux orientés perpendiculairement à la force appliquée et les séries d'enroulement sur la forme cylindrique droite ayant leurs brins principaux orientés parallèlement à la force appliquée, ces quatre séries d'enroulements formant le montage électrique en pont. En variante, les éléments de mesure de déformation peuvent comporter quatre jauges à trame, dont deux sont placées sur la zone bombée perpendiculairement à la force appliquée et dont les deux autres sont placées sur la forme cylindrique droite parallèlement à la force appliquée, ces quatre jauges à trame formant le montage électrique en pont. Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, la structure présente une zone s'écartant radialement vers l'extérieur ou "zone bombée" et une zone s'écartant radialement vers l'intérieur ou "zone creusée" et les moyens sensibles comportent des éléments de mesure de déformation placés suivant une circonférence centrale de la zone bombée et suivant une circonférence centrale de la zone creusée. Dans ce mode de réalisation, les éléments de mesure de déformation comportent avantageusement deux séries d'enroulements de fil de jauge bobines sur la zone bombée et deux séries d'enroulements de fil de jauge bobinés sur la zone creusée, ces quatre séries d'enroulements ayant leurs brins principaux orientés perpendiculairement à la force appliquée et formant le montage électrique en pont. En variante, les éléments de mesure de déformation peuvent comporter quatre jauges à trame, dont deux sont placées sur la zone bombée perpendiculairement à la force appliquée et dont les deux autres sont placées sur la zone creusée perpendiculairement à la force appliquée. Le corps d'épreuve réalisé selon ce second mode de réalisation de l'invention comporte alors deux zones à déformation contraire, à savoir deux ressorts en tonneau à flexion inverse, sur lesquelles on peut disposer les éléments de mesure branchés dans un montage électrique en pont. Les déformations subies par ces zones sont de deux à cinq fois plus importantes que les déformations dues au seul effet de Poisson que l'on rencontrerait dans le cas d'un corps d'épreuve classique en forme de cylindre droit. L'invention prévoit également d'autres variantes de réalisation dans lesquelles le corps d'épreuve comportera plusieurs zones à flexion inverse, en nombre pair ou impair, suivant la place nécessaire à la mise en place des éléments de mesure de déformation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre et qui se réfère aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue en élévation avec demi coupe d'un dynamomètre réalisé conformément au premier mode de réalisation précité --la figure 2 montre schématiquement le montage électrique en pont des éléments de mesure de déformation du dynamomètre de la figure 1 - la figure 3 est une vue partielle du dynamomètre de la figure 1 montrant d'autres éléments de mesure de déformation ; et - la figure 4 est une vue en élévation avec demi-coupe d'un dynamomètre réalisé conformément au deuxième mode de réalisation précité. 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 est réalisé d'une seule pièce par zingage dsun métal ou d'un alliage métallique possédant des proprîtés de déformation élastique. Le corps d'epreuve 10 présente une structure à paroi mince de forme générale cylindrique droite et de révolution autour d'un axe XX. Le corps d'épreuve 10 comporte une partie terminale supérieure généralement cylindrique 12 destinée à recevoir une force F appliquée dans la direction de l'axe XX, et une partie cylindrique droite 14 reliée par un épaulement 16 à la partie 12 et constituant larme cylindrique droite précitée. I1 comporte en outre une zone bombée 18 constituée par une zone s'écartant radialement et progressivement de la forme cylindrique droite 14 pour retrouver ensuite cette forme, c'est-à-dire pour aboutir sur une partie 20 cylindrique généralement de même diamètre que la forme cylindrique 14.La zone bombée 18 est raccordée à la partie 14 et à la partie 20 par des épaulements respectifs 22 et 2. Le corps d'épreuve 10 comporte en outre une partie terminale inférieure généralement cylindrique 26 destinée à recevoir une plaque d'appui 28 qui est représentée séparée du corps d'épreuve 10. Cette plaque d'appui 28 comporte une partie inférieure 30 en forme de calotte sphérique et présente au centre de cette calotte un évidement 32 destiné à recevoir une bille d'appui (non représentée). Comme on peut le constater sur la figure 1, le corps d'épreuve 10 est creux sauf dans la région de la partie terminale 12. En service, la force F est appliquée sur la partie terminale 12 alors que la partie terminale 26 s'appuie par l'intermédiaire de la partie 30 et de la bille 32 sur un plan d'appui non représenté. Sous l'effet de la force appliquée, le bombement de la zone 18 tend à s'accentuer et, les génératrices de la partie 14 tendent à se comprimer. Le dynamomètre réalisé à partir du corps d'épreuve 10 comporte en outre des moyens sensibles constitués par des éléments de mesure aptes à détecter la déformation précitée du corps d'épreuve. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, ces éléments de mesure comportent deux séries d'enroulements 34 et 36 de fil de jauge bobinés sur la zone bombée 18 et dans la partie centrale de celle-ci, ainsi que deux séries d'enroulements 38, 40 de fil de jauge bobinés suivant des génératrices de la forme cylindrique droite 14. L'enroulement 38 passe autour d'épaulements d'appui tels 42, 44, 46 ménagés dans la matière même du corps d'épreuve et disposés en quiconce alternativement sur l'extrémité supérieure 48 et sur l'extrémité inférieure 50 de la partie 14. De même, l'enroulement 40 passe autour d'épaulements similaires non visibles sur la figure 1.Les épaulements sont réalisés conformément aux enseignements décrits dans le brevet français 80 05153 déposé le 7 Mars 1980 au nom de la Demanderesse. Les enroulements bobinés sur la zone bombée 18 ont leurs brins principaux orientés perpendiculairement à la force appliquée et les enroulements bobinés sur la partie cylindrique droite 14 ont leurs brins principaux orientés parallèlement à la force appliquée. Sous l'effet de la force F, les brins enroulés autour de la zone bombée 18 se trouvent tendus alors que les brins enroulés autour de la forme 14 se trouvent comprimés. Les deux brins tendus T et les deux brins comprimés C sont branchés dans un montage électrique en pont, du type pont de Wheatstone, tel que représenté sur la figure 2. Les deux brins T sont disposés dans des bras opposés du pont, de même que les deux brins C. En dehors de toute charge appliquée au corps d'épreuve, le pont de Wheatstone est équilibré, c'est-à-dire que les résistances nominales des brins T (enroulements 34 et 36) et des brins C (enroulements 38 et 40) sont égales. Le montage des quatre enroulements de façon intercalée permet a d'obtenir une sensibilité maximale lors de la mesure de la différence de potentiel VQ - VN qui doit etre nulle au repos.La valeur de cette différence de potentiel, mesurée par exemple au moyen d'un voltmètre de précision V, permet de mesurer les variations cumulées des résistances C et T dues aux déformations par la charge appliquée En pratique on peut imposer une différence de potentiel de 12 volts aux bornes N et P du pont et on mesure la tension VQ - V afin d'en déduire, par étalonnage N préalable, la mesure de la force appliquée. On a représenté sur la figure 3 une variante de réalistion dans laquelle les jauges à fils ou enroulements sont remplacées par des jauges à trame, la zone bombée 18 reçoit deux jauges à trame telles 52 et la partie cylindrique 14 reçoit deux jauges à trame telles 52. Les jauges 52 sont destinées à mesurer la déformation de la zone bombée 16 suivant une direction perpendiculaire à la force appliquée et les jauges à trame 52 sont destinées à mesurer la déformation de la partie 14 suivant une direction parallèle à la force appliquée. Ces jauges à trame sont branchées dans un montage électrique en pont analogue à celui représenté sur la figure 2. On a représenté sur la figure 4 le corps d'épreuve 60 d'un dynamomètre destiné à fonctionner à la compression. Ce corps d'épreuve est réalisé sensiblement de la même façon que le corps d'épreuve représenté sur la figure 1. Le corps d'épreuve 60 présente une forme générale de cylindre droit de révolution autour d'un axe xx. I1 présente une partie terminale supérieure cylindrique 62, destinée à recevoir l'application d'une force F suivant la direction de l'axe XX. Il présente en outre une zone creusée 64 s'écartant radialement vers l'intérieur et progressivement de la forme cylindrique droite de la partie 62 pour retrouver ensuite cette forme cylindrique sur une partie 66 qui constitue une zone bombée selon l'invention . Cette zone bombée 66 est reliée à son tour à une partie terminale cylindrique inférieure 68 destinée à recevoir une plaque d'appui (non représentée) analogue à la plaque 28 représentée sur la figure 1. La zone creusée 64 est reliée par desepaulements 70 et 72 respectivement à la partie 62 et à la zone bombée 66. Celle-ci est également reliée à la partie inférieure 68 par un épaulement 74. I1 apparaît donc que, sous l'effet de la charge appliquée F, la zone 64 tend à se déformer de telle sorte que le diamètre de la partie centrale diminue et, sous l'effet de cette même charge, le diamètre de la partie centrale de la zone bombée 66 tend au contraire à s'accentuer. La zone bombée 66 reçoit deux séries d'enroulements 76 et 78 disposés perpendiculairement à la charge appliquée F et la zone creusée 64 reçoit deux séries d'enroulements 80 et 82 disposés perpendiculairement à la force appliquée F. Les enroulements 76 et 78 constituent des brins tendus alors que les enroulements 80 et 82 constituent des brins comprimés. Ces enroulements sont branchés dans un montage électrique en pont du type de celui représenté sur la figure 2. Bien entendu il est possible de remplacer les quatre séries d'enroulements précitées par quatre jauges à trame analogues à celles représentées sur la figure 3. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation spécifiquement décrits et représentés et on peut imaginer d'autres variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention. Les dynamomètres réalisés selon l'invention sont particulièrement destinés à la réalisation de dynamomètres de précision comportant une courbe de sensibilité linéaire. REVENDICATIONS 1. Dynamomètre du type comportant un corps d'épreuve déformable sous l'effet d'une force appliquée et présentant une structure à paroi mince et de forme générale cylindrique droite, ainsi que des moyens sensibles branchés dans un montage électrique en pont et destinés à détecter la déformation du corps d'épreuve, caractérisé par le fait que cette structure comporte au moins une zone où elle s'écarte radialement et progressivement de la forme cylinrique droite pour retrouver ensuite cette forme. 2. Dynamomètre selon la revendication 1, caractérisé par > fait que la structure présente une zone s'écartant radialement vers l'extérieur ou "zone bombée" et que les moyens sensibles comportent des éléments de mesure de déformation placés suivant une circonférence centrale de la zone bombée et suivant la direction de deformation principale sur la forme cylindrique droite. 3. Dynamomètre selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les éléments de mesure de déformation comportent deux séries d'enroulements de fil de jauge bobinés sur la zone bombée et deux séries d'enroulements de fil de jauge bobinés sur la forme cylindrique droite, les sévies d'enroulements sur la zone bombée ayant leurs brins principaux orientés perpendiculairement à la force appliquée et les séries d'enroulements sur la forme cylindrique droite ayant leurs brins principaux orientés parallèlement à la force appliquée, ces quatre séries d'enroulements formant le montage électrique en pont. 4. Dynamomètre selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les éléments de mesure de déformation comportent quatre jauges à trame, dont deux sont placées sur la zone bombée perpendiculairement à la force appliquée et dont les deux autres sont placées sur la forme cylindrique droite parallèle à la force appliquée, ces quatre jauges à trame formant le montage électrique en pont. 5. Dynamomètre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la structure présente une zone s'écartant radialement vers l'extérieur ou "zone bombée et une zone s'écartant radialement vers l'intérieur ou "zone creusée" et que les moyens sensibles comportent des éléments de mesure de déformation placés suivant une circonférence centrale de la zone bombée et suivant une circonférence centrale de la zone creusée. 6. Dynamomètre selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les éléments de mesure de déformation comportent deux séries d'enroulements de fil de jauge bobinés sur la zone bombée etdzux séries d'enroulements de fil de jauge bobinés sur la zone creusée, ces quatre séries d'enroulements ayant leurs brins principaux orientés perpendiculairement à la force appliquée et formant le montage électrique en pont. 7. Dynamomètre selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les éléments de mesure de déformation comportent quatre jauges à trame, dont deux sont placées sur la zone bombée perpendiculairement à la force appliquée et dont les deux autres sont placées sur la zone creusée perpendiculairement à la force appli quée.