Brevet FR2532746A1 — publié le 19840309

La présente invention concerne un ressort de flexion pour une mesure de course ou de force notamment pour une utilisation dans des capteurs de force ou de pression, comportant une partie d'introduction de force et une partie de fixation, ces deux parties étant reliées entre elles par l'intermédiaire de voiles souples, qui sont munis d'un c 6 té d'éléments détec- teurs convertissant des flexions en signaux électriques. Dans un ressort de flexion connu de ce type (demande de brevet allemand DE-AS 26 08 381, figure 7), les voiles souples proprement dits constituent les éléments de liaison entre la partie d'introduction de force et la partie de fixation Ces voiles sont inflé- chis en service sur toute leur longueur de sorte que les éléments détecteurs placés sur les voiles ne sont soumis que comparativement faiblement à un allongement ou un tassement Il en résulte que les éléments détec- teurs produisent à leur sortie un signal comparativement faible, c'est-àdire qui procure un rendement de mesure réduit Dans le ressort de flexion connu, la zone de fixation est directement prolongée par les voiles flexibles Du fait que la déformation de flexion dans la zone de fixation a un comportement différent de celui se produisant à l'extérieur de cette zone, cela peut conduite à une falsification du résultat de mesure Enfin le ressort de flexion connu est d'une fabrication coûteuse. Dans un autre ressort de flexion connu (demande de brevet allemand DE-AS 22 42 222), une partie in- termédiaire monobloc est reliée, par l'intermédiaire d'au total deux voiles disposés suivant un axe de symétrie, avec la partie d'introduction de force ou avec la partie de fixation Lors d'une déviation de la partie d'application de force dans une direction perpendiculaire au plan du ressort de flexion, les voiles sont infléchis dans le même sens, c'est-àdire avec le même signe de la flèche Des éléments détecteurs sollicités d'un côté sur les voiles produisent pour cette raison, lors d'une sollicitation du ressort de flexion, des signaux de mesure de même signe Il est cependant souhaitable d'obtenir des signaux de mesure ayant des signes opposes, pour pouvoir réaliser un circuit de compensation, par exemple un circuit à pont dans lequel les éléments détecteurs sont branchés avec des signes opposés de manière à compenser des erreurs de mesure Lorsqu'on réalise un circuit de ce genre avec les ressorts de flexion connus, les éléments détecteurs peuvent être placés sur des côtés opposés du ressort de flexion Une telle disposition des élé- ments détecteurs présente des inconvénients en ce qui concerne la sensibilité et le coefficient de température. Surtout, ce mode de disposition des éléments détecteurs ne convient pas pour l'application des éléments dé- tecteurs suivant une technique à film mince qui, dans le cas d'une fabrication en série peu coûteuse, offre la possibilité d'une miniaturisation, ce qui suppose obligatoirement la mise en place des éléments détecteurs seulement sur un côté du ressort de flexion. En outre, le ressort de flexion connu est sensible à un basculement latéral du fait de la disposition de seulement deux voiles sur un axe de symétrie. L'invention a pour but de créer un ressort de flexion du type défini cidessus, de telle sorte qu'il évite les inconvénients mentionnés ci-dessus et garantisse une bonne efficacité de mesure sans le risque d'une falsification du résultat de mesure, tout en étant d'une fabrication simple. Egalement, avec un ressort de flexion conforme à l'invention, il doit être possible de mettre en place les éléments détecteurs sur un côté du ressort de flexion selon une conformation telle que les éléments détecteurs soient sollicités dans des di- rections opposées, ce qui permet de les brancher dans un circuit de compensation qui assure une com- pensation d'erreurs de mesure. Pour résoudre ce problème, il est prévu, conformément à l'invention, dans un ressort de flexion du type défini cidessus, qu'au moins deux portions indépendantes soient disposées sur les deux côtés d'un axe de symétrie du ressort de flexion, que chaque portion soit reliée par l'intermédiaire d'un premier voile à la partie d'application de force et par l'intermédiaire d'un second voile à la partie de fixation, que les voiles aient une même orientation respective et que les portions soient respectivement disposées entre un premier et un second voile. Dans le ressort de flexion conforme à l'in- vention, les voiles sont très courts Une flexion en cours d'utilisation provoque pour cetre raison un tassement ou un allongement très fort des fibres respectives de la section transversale et par consé- quent un grand signal de sortie des éléments détec- teurs Egalement les voiles peuvent être éloignés du voisinage immédiat de la partie de fixation de sorte qu'il ne peut pas se produire d'erreurs dans le ré- sultat de mesure sous l'effet d'un comportement à la flexion différent dans la zone de fixation. Dans le cas d'une déformation du ressort de flexion en cours d'utilisation par l'intermédiaire de la partie d'application de force, les voiles qui assurent la liaison de la partie d'application de force avec les deux portions précitées sont in- fléchis dans un sens opposé aux voiles qui relient les portions à la partie de fixation Des éléments détecteurs qui sont placés sur les voiles mentionnés en premier produisent pour cette raison des signaux de mesure ayant un signe opposé à celui des éléments détecteurs qui sont placés sur les voiles assurant la liaison avec la partie de fixation. Le ressort de flexion a par conséquent une forme telle que les éléments détecteurs peuvent être mis en place sur un seul et même côté des voiles et peuvent être associés électriquement sous la forme d'un circuit à pont complet Cela permet une mise en place des éléments détecteurs sur le côté précité par une technique de collage ou de film mince, de sorte que l'application d'une miniaturisation devient possible dans un procédé de fabrication en série Le ressort de flexion proprement dit peut également être fabriqué en série, auquel cas des découpes complexes peuvent être obtenues, à partir du ressort de préférence circulaire, en vue de la formation des portions et des voiles, par gravure chimique, par électro-érosion ou par des procédés analogues, car le ressort de flexion, du fait de la forme revendiquée, peut être fabriqué à partir d'une ébauche plate, telle qu'un disque en tôle à ressort. De préférence, les voiles associés à chaque por- tion sont disposés de manière à être placés en ali- gnement mutuel Les voiles peuvent être dimensionnés et disposés de telle sorte que la partie d'application de force soit décalée, lors de l'application d'une force, essentiellement parallèlement à la partie de fixation. Une forme avantageuse du ressort de flexion conforme à l'invention est caractérisée en ce que la partie d'application de force comporte une languette centrale ainsi qu'une traverse se raccordant à celle-ci en son milieu et de laquelle les premiers voiles partent, symétriquement par rapport à la languette pour la liaison avec les portions; les premiers voiles et les portions pouvant être avantageusement disposés latéralement par rapport à la languette et parallèle- ment à celle-ci. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en plan d'un ressort de flexion conforme à l'invention, la figure 2 est une coupe faite suivant la ligne Il-II de la figure 1, le ressort de flexion étant représenté dans une position de travail o il a été déformé, la figure 3 est une vue en coupe et en pers- pective d'un ressort de flexion conforme aux figures 1 et 2, dans sa condition de montage dans un capteur de pression, la figure 4 représente un circuit à pont complet pour les éléments détecteurs mis en place d'un côté du ressort de flexion des figures 1 et 3, les figures 5 et 6 sont des vues en plan de deux variantes du ressort de flexion conforme à l'invention. Le ressort de flexion représenté sur les fi- gures 1 et 2 est formé à partir d'un disque plan en tôle élastique Il comporte une partie d'application de force 1 pourvue d'une languette centrale 2 et d'une traverse 3 se raccordant à celle-ci En outre, le ressort de flexion comporté une partie intermédiaire se présentant sous la forme de deux portions 4, 5 ainsi qu'une partie de fixation 6 Les portions 4,5 de la partie intermédiaire sont disposées symétri- quement par rapport à l'axe de symétrie S du ressort de flexion et elles sont reliées, par l'intermédiaire de voiles 10,11 orientés parallèlement à l'axe de symétrie S et placés à des distances égales de celui-ci, avec la partie d'application de force 1 et, par l'intermédiaire de voiles 12, 13 disposés de-la même manière, dans l'alignement des précédents, avec une zone 7 en forme de secteur circulaire de la partie de fixation 6 du ressort de flexion. Dans la zone 7 en forme de secteur circulaire et dans une zone 8 de la partie de fixation, zone 8 en forme de secteur circulaire et se raccordant à la zone précitée 7, il est prévu une couronne de trous 9 pour des vis à l'aide desquelles la partie de fixation est fixée à l'intérieur d'un bottier 15 d'un capteur de pression ou analogue (figure 3). La partie d'application de forces peut être sollicitée par l'intermédiaire d'une tige de poussée 14, qui agit au milieu du ressort de flexion sur la languette 2 et qui est fixée dans le trou 20 de la partie d'application de force 1. Si le ressort de flexion est infléchi par l'intermédiaire de la tige de poussée 14 de la manière indiquée sur la figure 2, les voiles 10,11 sont infléchis dans une direction et les voiles 12, 13 dans la direction opposée, ce qui est mis en évidence sur la figure 2 par le dessin des profils de flexion des voiles et à l'aide d'un signe négatif et d'un signe positif Des bandes de mesure d'allon- gement qui sont collées du même côté sur les voiles ont été représentées sur la figure 4 sous forme de résistances, la bande de mesure d'allongement Ri étant disposée sur le voile 13, la bande R 2 sur le voile 11, la bande R 3 sur le voile 10 et la bande R 4 sur le voile 12 Dans un circuit à pont, selon la figure 4, les quatre bandes de mesure d'allongement sont branchées les unes par rapport aux autres avec des signes opposés de manière à compenser des erreurs de mesure. A la place des bandes de mesure d'allongement, on peut également mettre en place des résistances sur les voiles 10 à 13 selon la technique des films minces, lesquelles résistances sont branchées par ailleurs de la même manière que sur la figure 4. La figure 3 représente le ressort de flexion- des figures 1 et 2 dans sa condition de montage dans un capteur de pression comportant un bottier 15, une membrane 16 pouvant être sollicitée par un fluide sous pression et une paroi de butée 17 pour la mem- brane 16, laquelle paroi 17 est traversée au centre et avec du jeu par la tige de poussée 14 en vue de la liaison de la membrane 16 avec la languette 2 Lors- que la membrane est sollicitée par une pression, la partie d'application de force 1 est déviée de ce-fait par l'intermédiaire de la tige de poussée 14, comme le montre la figure 2 On obtient avec le circuit à pont de la figure 4 un signal de sortie qui est ca- ractéristique de la pression agissant sur la membrane 16. La variante de ressort de flexion représentée sur la figure 5 se différencie de celle de la figure 1 en ce que les voiles 12, 13 sont décalés de distances égales x par rapport aux voiles 10, 11, c&est-à-dire qu'ils ne s'alignent pas avec ceux-ci suivant des lignes parallèles à l'axe de symétrie S - Une autre différence de construction par rapport à l'agencement de-la figure 1 consiste en ce que la traverse 3 est constituée par une barre droite à la place d'une partie en forme de secteur circulaire. Le mode de réalisation du ressort de flexion représenté sur la figure 6 se différencie des modes de réalisation des figures 1 et 5 en ce que les deux portions 4,5 ne sont reliées que par un seul voile 12 ', à la place de deux voiles 12,13, avec la partie de fixation 6 Egalement dans ce cas, deux éléments détecteurs peuvent être placés-l'un à côté de l'autre sur le voile unique 12 ', et notamment comme dans les modes de réalisation précédents sur le côté du ressort de flexion o sont également placés les éléments dé- tecteurs associés aux voiles 10, 11 Le circuit compre- nant les éléments détecteurs est conforme à ce qui a été indiqué sur la figure 4 A la place de deux élé- ments détecteurs, on peut également placer un seul élé- ment détecteur sur le voile 12 ', son signal de sortie étant reproduit en double de manière-à pouvoir créer à nouveau un circuit conforme à la figure 4. Dans tous les modes de réalisation décrits, le ressort de flexion est réalisé à partir d'un dis- que élastique plan en formant les différentes parties décrites ci-dessus par gravure chimique ou bien par usinage par électro-érosion, auquel cas on crée à chaque fois deux évidements 18,19 contigus dont la forme relativement compliquée peut être réalisée d'une manière simple avec les procédés de fabrication indiqués ci-dessus. Le comportement de déviation mis en évidence sur la figure 2 est le même pour toutes les formes de réalisation représentées et il a été expliqué en référence à cette figure, c'est-à-dire notamment une déformation par flexion en sens opposés des voiles ,11 et 12,13 ( 12 ') Il est ainsi possible de créer un circuit de compensation selon la figure 4 pour les éléments détecteurs mis en place sur un même côté. REVENDICATIONS 1 Ressort de flexion pour une mesure de course ou de force notamment pour une utilisation dans des capteurs de force ou de pression, compor- tant une partie d'introduction de force et une partie de fixation, ces deux parties étant reliées entre elles par l'intermédiaire de voiles souples, qui sont munis d'un côté d'éléments détecteurs convertissant des flexions en signaux électriques, caractérisé en ce qu'au moins deux portions indépendantes ( 4,5) sont disposées sur les deux côtés d'un axe de symétrie (S) du ressort de flexion, en ce que chaque portion est reliée par l'intermédiaire d'un premier voile ( 10,11) à la partie d'application de_ force ( 1) et par l'intermédiaire d'un second voile ( 12,13) à la partie de fixation ( 6), en ce que les voiles ( 10,12 et 11, 13) ont une même orientation respective et en ce que les portions ( 4,5) sont respectivement disposées entre un premier et un se- cond voile ( 10, 12; 11,13). 2 Ressort de flexion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les voiles ( 10,12; 11,13) associés à chaque portion ( 4,5) sont disposés en alignement mutuel. 3 Ressort de flexion selon l'une des revendi- cations 1 et 2, caractérisé en ce que les voiles ( 10 à 13) sont dimensionnés de telle sorte que la partie d'application de force ( 1) soit décalée, lors de l'application d'une force, essentiellement parallè- lement à la partie de fixation ( 6) 4 Ressort de flexion selon l'une des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que la partie d'appli- cation de force ( 1) comporte une languette centrale ( 2) et une traverse ( 3) se raccordant centralement à celle-ci et de laquelle les premiers voiles ( 10,11) partent symétriquement par rapport à la languette ( 2) en vue d'une liaison avec lesdites portions ( 4,5). Ressort de flexion selon la revendication 4, caractérisé en ce que les premiers voiles ( 10,11) et les portions ( 4,5) sont disposés latéralement par rapport à la languette et parallèlement à celle-ci. 6 Ressort de flexion selon l'une des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que les éléments détecteurs (Ri, R 4) sont mis en place sur un seul et même côté des voiles ( 10 à 13) et sont reliés électriquement entre eux pour former un circuit à pont complet. 7 Ressort de flexion selon l'une des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que toutes les parties ou portions sont formées par usinage de surface (gravure chimique, électro-érosion ou ana- logues) d'une, tôle élastique. 8 Ressort de flexion selon l'une des re- vendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'un second voile unique ( 12 ') relie les deux portions ( 4,5) en commun avec la partie de fixation ( 6).