Brevet FR2522815A1 — publié le 19830909

La présente invention concerne une cellule dyna- mométrique mettant en oeuvre des forces transversales et comportant un corps de mesure sous forme d'un barreau allon- gé supporté dans ses régions externes d'extrémité et sup- portant une force dans sa région centrale, le corps étant muni de jauges de contraintes montées dans des zones in- termédiaires entre les régions d'extrémité et la région centrale, afin qu'elles soient affectées par les déforma- tions de la matière du barreau du fait du fléchissement de celui-ci sous l'action de la force constituant la charge. On connaît déjà l'utilisation de cellules dynamo- métriques en forme de barreaux ou de transducteurs dynamo- métriques mettant en oeuvre des jauges résistives de con- trainte, dans les appareillages électroniques de pesée de différents types La raison en est que de telles cellules dynamométriques sont très fiables et elles peuvent respecter des critères d'étalonnage et de reproductibilité pendant une longue période et dans des conditions défavorables de mesure Etant donné leur dimension relativement faible, les cellules dynamométriques à barreau peuvent etre mises en place très rapidement et commodément, et elles peuvent donner une faible hauteur totale Les cellules dynamométri- ques ont normalement une force cylindrique qui leur permet de remplacer un arbre ou un autre élément mécanique exis- tant, si bien que le montage de la cellule dynamométrique dans des mécanismes existants dans lesquels l'équipement de pesée doit être incorporé, est très simple. Un avantage important des cellules dynamométriques fonctionnant par mise en oeuvre de forces transversales est dû au fait que de telles cellules sont pratiquement insensi- bles aux forces latérales, c'est-à-dire à des forces qui agissent dans des directions différentes de la direction de mesure Aucun support contre les fléchissements dus aux forces latérales ou analogues n'est nécessaire, et les cellules peuvent encaisser des forces latérales pouvant atteindre 100 à 200 % de la charge nominale. Cependant, d'autres forces indésirables affectent aussi une cellule dynamométrique, et notamment des forces "parasites" qui sont dues aux variations de température. Les jauges de contrainte qui sont utilisées dans la cellule dynamométrique sont aussi affectées par la température, notamment par ce que le corps de mesure et les fils des jauges de contrainte ont des coefficients différents de dilatation thermique Cependant, lorsqu'on utilise au moins quatre jauges de contrainte identiques collées au même maté- riau, les variations de résistance provoquées par les va- riations de température sont les mêmes Si les jauges de contrainte sont alors montées dans un pont classique de mesure, il n'apparait aucun déséquilibre du pont sous l'ac- tion de tels changements de résistance. D'autres forces indésirables qui ont une action perturbatrice sur la précision de pesée sont dues par exemple aux variations de température de la plate-forme de pesée ou du châssis de pesage Pour cette raison, la cellule dynamométrique comporte habituellement des paliers supplémentaires ou d'autres organes de montage afin que des forces indésirables telles que les forces latérales ou les moments de flexion, n'affectent pas la cellule. Celle-ci a habituellement été montée avec ses régions ex, ternes d'extrémité supportées dans des paliers à étrier ou analogue, ayant des surfaces de contact définies, sphériques ou autres Dans ce cas, la force est aussi appliquée par l'intermédiaire d'un palier, dans la région centrale du corps de mesure de la cellule dynamométrique. En conséquence, on a pu jusqu'à présent utiliser des organes spécifiques de montage en plus de la cellule dynamométrique elle-même, dans presque toutes les applica- tions de pesage Dans une variante de tels organes complé- mentaires de montage, l'utilisateur peut s'occuper lui- même du montage de la cellule dynamométrique en fonction des instructions données par le fournisseur Cependant, dans tous les cas, un coût supplémentaire s'ajoute au prix de la cellule dynamométrique. L'invention est destinée essentiellement à la réduction au minimum du nombre d'organessupplémentaires de montage, de préférence de manière qu'aucun organe supplé- mentaire de montage soit nécessaire, c'est-à-dire que la cellule dynamométrique est offerte comme un tout prêt à être utilisé. L'invention se caractérise essentiellement par le fait que les régions externes d'extrémité du barreau de me- sure comportent un palier incorporé Grâce à un tel palier incorporé, les organes supplémentaires -de montage, né- cessaires jusqu'à présent afin qu'ils réduisent les effets des forces défavorables, sont alors éliminés L'utilisa- tion du palier incorporé permet l'application d'une force à la cellule dynamométrique à l'aide d'un dispositif sim- ple de couplage de force sans qu'un palier supplémentaire soit nécessaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une coupe longitudinale d'une cel- lule dynamométrique ayant un palier incorporé sous forme d'un coussinet glissant; 1 la figure 2 est une coupe d'une cellule dynamomé- trique ayant un palier à billes; les figures 3 et 4 sont des coupes agrandies d'une région d'extrémité externe d'une cellule dynamométrique ayant un palier à rouleaux et un palier à aiguilles; la figure 5 est une coupe d'une cellule dynamo- métrique dans laquelle des anneaux sphériques de support sont formés directement à la surface cylindrique du barreau de mesure afin que le palier incorporé soit formé par la surface de contact des anneaux sphériques et de la base de montage; et les figures 6 et 7 sont des vues de bout des cellules dynamométriques de figures 1 et 2 respectivement. Dans les différents modes de réalisation de cel- lules dynamométriques qui sont décrits dans la suite du présent mémoire, les éléments correspondants portent des 252281 s références identiques La configuration fondamentale est aussi la même dans les différents modes de réalisation de cellules, mais les dispositifs particuliers de montage incorporés sont différents Comme l'indiquent les figures, le corps 1 de mesure de la cellule comporte essentiellement un barreau cylindrique creux ayant deux régions externes 2, 3 d'extrémité destinées à supporter la cellule dynamomé- trique et une région centrale 4 à laquelle est appliquée la force ou charge comme indiqué par la force F sur les figures. La cellule dynamométrique est de préférence montée horizontalement, par exemple dans la pesée de réservoirs et de récipients, si bien que le montage est simple et l'encombrement est faible La base de montage est souvent un sol de béton ou analogue Lorsque le palier de la base de montage est insuffisant, une plaque durcie ou trempée de montage ou analogue peut être utilisée pour la réparti- tion des contraintes ponctuelles exercées par la cellule dynamométrique sur la base de montage 5. Comme l'indiquent les figures, les deux régions externes d'extrémité et la région centrale sont de forme annulaire, de rayon supérieur au rayon des parties restantes du corps de mesure de la cellule Lorsqu'une force est ap- pliquée à la région centrale 4 de la cellule par un simple étrier 6 d'application de force, la cellule est affectée par une force de cisaillement qui est transversale, si bien que les déformations du matériau du barreau se concen- trent dans les zones internes 7, 8 entre les deux régions externes d'extrémité et la région centrale, étant donné la faible épaisseur de la matière dans ces zones. Le corps 1 de mesure a aussi une cavité axiale 9 traversant le corps et qui permet un positionnement des jau- ges de contrainte avec une meilleure protection et qui la sse plus de place pour les fils de connexion électriques prove- nant de ces jauges Quatre jauges de contrainte 10, 11, 12 et 13 sont placées dans la cavité, dans les zones intermé- diaires, et sont fixées à des côtés opposés de la face in- terne de la cavité, ces faces étant parallèles au plan de fléchissement du barreau Les jauges de contrainte sont aussi disposées de manière qu'elles soient affectées par la déformation de la matière du barreau dans deux direc- tions perpendiculaires l'une à l'autre et formant un angle de 450 avec l'axe longitudinal 14 du barreau De manière connue, la sensibilité de la cellule dynamométrique est accrue par connexion des deux paires de cellules 10, 11 et 12, 13 dans les quatre branches d'un pont classique de Wheatstone Un câble 15 est connecté aux fils des jauges de contrainte par l'intermédiaire d'un manchon 16 placé à l'une des deux parties d'extrémité du barreau de mesure. L'autre extrémité de ce dernier a un organe interne cir- culaire 17 a de fermeture d'extrémité et un couvercle exter- ne 17 b. Comme indiqué prédécemment dans l'introduction du présent mémoire, les cellules dynamométriques classiques ont habituellement des organes séparés de montage sous forme de paliersà étrier ou analogues, ayant des surfaces de contact bien définies, sphériques ou autres, ainsi qu'un dispositif de couplage de charge ayant des paliers destinés à empêcher que des forces défavorables ne perturbent les cellules dynamométriques De telles forces défavorables peuvent être dues à la dilatation thermique ainsi qu'au vent, lors de la pesée de réservoirs et récipients de grandes dimensions. De tels organes séparés de montage sont superflus dans la cellule dynamométrique selon l'invention Les régions d'extrémité de la cellule ont des paliers incorporés destinés à rendre la cellule insensible aux forces défavora- bles, à la place de ces organes séparés de montage Ainsi, les cellules dynamométriques peuvent ktre placées directe- ment sur une base de montage ou sur un socle ayant une résistance suffisante de support, et un dispositif simple de couplage de charge peut être utilisé, ce dispositif étant fixé par des vis ou d'une manière analogue directement à la région centrale du barreau de la cellule. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, un palier incorporé sous forme d'un coussinet coulissant est placé dans les régions externes d'extrémité du barreau Les coussinets coulissants agissent par coopé- ration entre un anneau externe sphérique 18 ayant une coupe en L et un anneau interne cylindrique 19 formé directement à la face externe du barreau de mesure Les anneaux sphériques externes sont formés d'une matière trem- pée, par exemple d'acier, et ils sont retenus en position longitudinale précise par des bagues de blocage 20 qui sont au contact de la partie 21 en retour de l'anneau 18. Une surface cylindrique interne plane, ayant de préférence le même rayon que le dispositif cylindrique 4 de couplage de charge est préférable afin que la fabrication de la bague cylindrique interne soit facilitée La bague sphéri- que externe a une surface cylindrique interne plane corres- pondante de contact A la surface de contact entre les sur- faces cylindriques des anneaux, un coussinet 22 de coulis- sement, formé d'étoffe revêtue de polytétrafluoréthylène ou de "Teflon" est disposé afin qu'il facilite le glisse- ment relatif de la bague sphérique externe du corps de mesure. La figure 2 représente un autre mode de réalisa- tion dans lequel le palier incorporé comprend un roulement à billes 23 placé entre une bague sphérique externe 18 et une bague cylindrique interne 19 formée directement sur le corps de mesure et correspondant à la bague 19 de la figure 1 Le roulement à billes 23 est fixé entre les deux bagues par une bague interne et externe 20 de blocage. La cellule dynamométrique est supportée sur deux gorges de support, de préférence formées dans les pièces placées, remplaçant la plaque de support dans ce cas. Sur la figure 3, la partie externe gauche d'un autre mode de réalisation d'un corps de mesure d'une cel- lule dynamométrique est représentée avec un palier incorporé du type à aiguilles 24 Dans ce cas aussi, la région d'extré- mité du barreau comporte un anneau externe trempé et sphérique 18 et un anneau cylindrique interne 19 formé directement; sur la surface cylindrique du corps de mesure Le roulement à aiguilles est fixé entre les deux anneaux par une bague de blocage. La figure 4 représente un autre mode de réalisa- tion dans lequel le palier incorporé est un roulement à rouleau sphérique 25 Dans ce cas, l'anneau externe 18 a une surface cylindrique et non sphérique Deux bagues de blocage maintiennent le roulement à rouleau 25 en position convenable entre les anneaux Dans les deux figures 3 et 4, des gorges de support sont utilisées en coopération avec la cellule dynamométrique. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 5, le palier incorporé est simplement formé d'une partie annulaire sphérique 26 réalisée directement à la surface cylindrique du corps de mesure Dans ce cas, le palier lui-même est formé par contact entre la partie 26 en forme d'anneau sphérique et la base 27 de montage Cette cellule dynamométrique peut être utilisée dans des applica- tions dans lesquelles une température constante est prévue et dans lesquelles les critères de précision ne sont pas très astreignants, par exemple lors de la surveillance d'un niveau de fuite dans un réservoir ou analogue. Enfin, les figures 6 et 7 sont deux vues de bout des cellules dynamométriques des figures 1 et 2 Comme re- présenté, l'étrier d'application de force est formé d'un élément simple 6 fixé par une vis 28 dans la région centrale de la cellule dynamométrique et comporte deux trous 29 fa- cilitant le montage de la cellule dans l'appareillage con- sidéré Comme l'indiquent les figures, le couvercle externe 17 b est fixé au corps de mesure par quatre vis 30. Il est bien entendu que l'invention n'a été dé- crite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. Ainsi, le corps de mesure en forme de barreau peut avoir par exemple une section carrée et non circulaire, pourvu que ses régions externes d'extrémité comportent le palier incorporé En outre, il n'est pas nécessaire que le barreau soit creux, et il peut être plein; dans ce cas, les jauges de contrainte sont placées à la surface externe du barreau de mesure, dans les zones intermédiaires. REVENDICATIONS 1 Cellule dynamométrique mettant en oeuvre des for- ces transversales et comprenant un corps de mesure en forme de barreau supporté par ses régions externes d'extré- mité et recevant une forcedans sa région centrale, le corps ayant des jauges de contrainte montées dans des zones in- termédiaires entre les régions d'extrémité et la région centrale afin qu'elles soient affectées par les déforma- tions de la matière du barreau lorsque celui-ci fléchit sous l'action de la force constituant la charge, ladite cel- lule étant caractérisée en ce que les régions externes d'extrémité ( 2, 3) du corps de mesure ( 1) en forme de bar- reau comportent un palier incorporé ( 22, 23, 24, 25, 26). 2 Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps de mesure en forme de barreau est pra- tiquement cylindrique et comporte des régions externes d'extrémité ( 2, 3) et une région centrale ( 4) de forme an- nulaire, ayant un rayon qui dépasse le rayon des parties restantes du corps de mesure. 3 Cellule selon la revendication 2, caractériséeen ce que le palier incorporé comprend un palier coulissant placé entre un anneau externe ( 18) et un anneau cylindrique interne ( 19) formé directement à la face externe du corps de mesure. _ 4 Cellule selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'anneau externe ( 18) a une surface externe sphérique destinée à être au contact de la base de support. Cellule selon la revendication 3, caractérisée en ce que le palier coulissant ( 22) est formé d'une étoffe revê- tue dlaue matière qui facilite le glissement et placé à la surface de contact entre les anneaux externe et interne ( 18, 19). 6 Cellule selon la revendication 2, caractérisée en ce que le palier incorporé est un roulement à rouleaux ( 23) placé entre un anneau sphérique externe ( 18) et un anneau cylindrique interne ( 19) formé directement à la face externe du corps de mesure. 7 Cellule selon la revendication 2, caractérisée en ce que le palier incorporé est un roulement à aiguilles ( 24) placé entre un anneau externe sphérique ( 18) et un anneau cylindrique interne ( 19) formé directement à la face externe du corps de mesure. 8 Cellule selon la revendication 2, caractérisée en ce que le palier incorporé est un roulement à rouleaux ( 25) placé entre un anneau cylindrique externe ( 18) et un anneau cylindrique interne ( 19) formé directement à la face externe du corps de mesure. 9 Cellule selon la revendication 2, caractérisée en ce que lé palier incorporé est une partie sphérique de forme annulaire ( 26) formée directement à la face externe du corps de mesure et destinée à être au contact de la base de support. -