Brevet FR2535457A1 — publié le 19840504

La présente invention concerne un dispositif desti- né à déterminer la charge de traction, de compression ou de flexion dans une pièce allongée telle qu'un barreau, un câble, une jambe de force ou une pièce analogue Pour placer l'invention dans un contexe particulier, on la décrira en considérant l'application à des arceaux de suspension pour des chaudières de centrale électrique mais, comme on le verra, ses applications s'étendent très au-delà de ce domaine particulier. Dans les centrales électriques classiques, il n'est pas rare que les chaudières soient suspendues au-dessus des lits de combustible par des centaines d'arceaux de sus- pension en acier, en forme de U Cette suspension, rendue nécessaire par des problèmes de dilatation thermique, utilise comme pièces d'ancrage des poutres dans le toit de la centra- le électrique, auxquelles les arceaux de suspension, qui peuvent avoir de 2 cm à 9 cm de diamètre, sont fixés par rangées, dans un état de tension, au moyen d'écrous ou de sections filetées à leurs extrémités supérieures. Il est essentiel que ces arceaux de suspension soient placés sous une tension correcte, de façon que le poids de la chaudière soit uniformément réparti, du fait-que si un arceau est soumis à un effort excessif entraînant sa rupture, la tension dans les autres augmente de façon corres- pondante, ce qui peut entraîner une série de ruptures con- suidant à un effondrement catastrophique de la chaudière. Divers procédés ont été proposés dans le passé pour contrôler la tension dans des arceaux de suspension individuels L'un des procédés les plus rapides, mais sans doute les plus pri mitifs, consiste à frapper chaque arceau avec un marteau et à écouter le son produit Ce procédé repose sur l'expérience et la qualification de l'opérateur, mais ne peut donner au mieux qu'une précision grossière. Un autre procédé consisterait à-fixer des extenso- mètres à chaque arceau de suspension, pour obtenir en sortie des mesures individuelles Bien qu'un tel système ait théori- quement une précision très souhaitable, sa réalisation prati- que est difficile et coûteuse, et il est presque impossible de l'entretenir correctement à cause du nombre de fils et des conditions de fonctionnement qui interviennent, en ce qui concerne la chaleur et les saletés. Un troisième procédé consiste à soulever l'extrémi- té de chaque arceau de suspension au moyen d'un vérin hydrau- lique, et à déterminer la charge de tension d'après la pression dans le vérin Ce procédé *est cependant malcommode et d'une précision médiocre. Le but de l'invention est donc de procurer un dis- positif par lequel on puisse mesurer la charge dans un arceau de suspension, de façon relativement rapide et commode, avec néanmoins une précision élevée Un tel dispositif con- forme à l'invention comprend une paire de brides mutuellement espacées qui sont reliées par une pièce de liaison, chaque bride comprenant une paire d'éléments de bride reliés de façon articulée, qui sont conçus de façon à recevoir entre eux le barreau, le câble, la jambe de force, etc, et qui sont montés de façon fixe sur celui-ci, d'une manière aisé- ment libérable; et un dispositif de détection de déplace- ment qui est monté sur un élément de bride d'une paire d'élé- ments et qui coopère avec-un élément correspondant de l'autre paire d'éléments, de façon à détecter la variation de distan- ce entre les brides et à fournir en réponse un signal de sor- tie représentatif de la variation de charge correspondante du barreau, du câble, de la jambe de force, etc. L'invention procure donc un dispositif qui peut être portable et qui peut être monté aisément sur la pièce à tester En utilisation, on le présente sur la pièce et on le fixe à celleci On règle de préférence le signal de sortie du dispositif de détection de façon à obtenir une référence, puis on supprime la charge qui s'exerce dans la pièce La dilatation ou la contraction résultante de la pièce produit une variation de la distance entre les brides qui est détec- tée par le transducteur, pour donner un signal de sortie représentatif de la charge qui existait précédemment dans la pièce sous test Ceci permet de régler les moyens de réglage de charge, c'est-à-dire l'écrou ou un autre accouplement fileté de l'arceau de suspension, pour obtenir la tension correcte On peut ensuite séparer aisément le dispositif de la pièce sous test et le transférer vers une autre. Le dispositif de détection de déplacement comprend de préférence un transducteur différentiel variable linéaire, bien que d'autres formes soient possibles,, comme par exemple un potentiomètre utilisant une matière plastique conductri- ce, ou un transducteur inductif linéaire Selon une variante, le dispositif de détection de déplacement peut faire appel à l'utilisation de fibres optiques Dans un tel dispositif connu, de la lumière est émise vers le dispositif par un seul câble à fibre optique d'entrée, et cette lumière est divisée en deux faisceaux au moyen d'un système de prismes. Les deux faisceaux sont renvoyés vers un détecteur approprié par des câbles de sortie séparés, et des variations relati- ves des intensités lumineuses dans les câbles de sortie indi- quent des mouvements relatifs entre les câbles d'entrée et de sortie Un tel dispositif a l'avantage d'être insensible aux effets de température et aux perturbations électriques Le reste de la description portera cependant sur la forme préfé- rée du dispositif. La pièce de liaison doit réunir les deux brides l'une à l'autre pour former un seul ensemble, et elle doit également maintenir l'écartement entre les brides On voit clairement qu'un mouvement des brides est nécessaire au fonctionnement du dispositif, mais, d'autre part, les brides doivent pouvoir être maintenues dans des positions relatives fixes pendant la manipulation du dispositif, pour maintenir dans une certaine mesure le réglage du transducteur et pour empêcher qu'il soit soumis à des efforts non définis suscep- tibles de l'endommager Pour obtenir les deux possibilités, dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la pièce de liaison peut être bloquée manuellement et sélectivement pour le transport, ou libérée pour permettre une extension, pour l'utilisation. Les barreaux, câbles, jambes de force, etc, qu'il peut être nécessaire de tester peuvent avoir des tailles variables, comme par exemple de 2 cm à 9 cm d'épaisseur, comme on l'a indiqué Pour accepter des pièces sous test de différentes tailles, les liaisons articulées des brides offrent de préférence une possibilité d'extension, pour fai- re varier la distance entre les parties articulées des élé- ments de bride Un moyen préféré pour réaliser ceci consiste à faire en sorte que chaque articulation comprenne une tige filetée accouplée de façon pivotante à un élément de bride et traversant une ouverture dans l'autre élément de bride, cette dernière étant retenue sur la tige par un bouton réglable ou un élément analogue vissé sur la tige. Il peut se faire que du fait d'un affaissement ou- du fait d'écrous supportés de façon dissymétrique, le barreau, la jambe de force ou un élément analogue soit sou- mis non seulement à une charge de traction ou de compression, mais également à une charge de flexion Du fait que le point d'action du transducteur est nécessairement distant de l'axe neutre du barreau, de la jambe de force ou d'un élément ana- logue, ceci peut introduire une erreur dans la mesure faite à partir d'un seul côté de la pièce sous test Dans la forme particulièrement préférée de l'invention, on surmonte cette difficulté-en utilisant un second transducteur différentiel variable linéaire monté sur l'autre élément d'une paire, et coopérant avec un élément correspondant de l'autre paire, pour détecter une variation de distance entre les brides de l'autre côté de la pièce sous test, et pour fournir en répon- se un signal de sortie représentatif de la variation corres- pondante de la charge Ainsi, en combinant les mesures obte- nues par les deux transducteurs, on peut annuler les effets de flexion et obtenir un résultat exact. Le signal de-sortie des transducteurs peut être visuel, mais un signal de sortie électrique pouvant être appliqué à une unité de commande à distance est préféré Une telle unité peut être conçue de façon à donner directement des mesures en tonnes, et elle peut être conçue de façon à recevoir des signaux de sortie provenant non seulement des deux transducteurs, de préférence, d'un seul dispositif, mais également d'un ensemble de dispositifs Si'par exemple on teste trois arceaux de suspension en même temps, on peut mesurer l'effet que la mise en tension ou la suppression de la tension d'un arceau sélectionné exerce sur des arceaux adjacents. Par-dessus tout, le dispositif de l'invention peut être rendu entièrement portable L'unité de commande préci- tée peut être montée dans une mallette de transport qui est également conçue de façon à recevoir le dispositif de mesure et des conducteurs amovibles pour connecter l'un à l'autre. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue en perspective du disposi- tif dans sa configuration ouverte, La figure 2 montre le dispositif bloqué sur un barreau à tester, La figure 3 est une coupe partielle arrachée mon- trant le point d'action du transducteur,-et La figure 4 est un schéma synoptique du circuit électrique. En considérant les figures 1 et 2, on voit que le dispositif comprend une paire de brides 1, 2, reliées par des pièces de liaison ou entretoises 3 Une tige filetée 5 est reliée de façon pivotante à un élément de bride 4 de chaque bride, et cette tige traverse une ouverture en coinci- 253545 ? dence dans l'autre élément de bride 6 qui est retenu sur la tige par un écrou moleté 7 pour former une articulation réglable. Une autre tige filetée 8 est accouplée de façon fixe à chaque élément de bride 4, de façon à pouvoir se loger dans l'encoche 9 au moment de la fermeture des brides, et ces dernières peuvent être serrées au moyen d'écrous de blocage manuels 10 qui sont vissés sur les tiges 8 On voit que les écrous 7 permettent de régler la taille générale des brides, l'action de serrage finaleétant effectuée par les écrous de blocage 10 On peut accepter de cette manière diverses tailles différentes pour les pièces à tester, comme celle représentée en 11. Un transducteur différentiel variable linéaire est monté sur chaque élément de bride supérieur 4, 6 et coopère avec un barreau 13 (un seul est visible) qui est-monté de façon fixe sur l'élément de bride inférieur opposé 4, 6 La figure 3 montre mieux la nature de cette coopération Une pièce de réglage 16 est vissée dans un trou taraudé 14 formé au sommet du barreau 13, et cette pièce vient en contact avec le doigt mobile 15 du transducteur De cette manière, le transducteur peut être mis à zéro par une rotation appro- priée de la pièce de réglage 16. En retournant aux figures 1 et 2, on note que les pièces de-liaison 3 sont logées de façon coulissante dans des alésages formés dans les éléments de bride supérieurs 4, 6, dans lesquels elles peuvent être bloquées par des vis, pour le transport du dispositif, au moyen de boutons de blo- cage moletés 17 Le signal de sortie électrique des transduc- teurs est obtenu par l'intermédiaire de connecteurs 18 qui sont couverts par des capots protecteurs en mode de stockage et de transport. En considérant maintenant la figure 4, on voit que lalimentation du dispositif est assurée par une batterie 19 qui alimente les transducteurs par l'intermédiaire d'un régu- lateur de tension stable 20, pour maintenir une tension constante Ces éléments sont logés dans une unité de commande et de transport portable (non représentée), et ils sont connectés aux transducteurs 12 par des conducteurs électri- ques amovibles 21 dont les extrémités éloignées portent des fiches pouvant être branchées aux connecteurs 18 Les conduc- teurs comprennent également des fils de retour qui sont connectés à l'unité de commande. Le circuit de retour passe par un sélecteur de dia- mètre de barreau 22 qui permet à l'utilisateur de régler l'unité de commande pour l'utilisation avec des tailles dis- crètes de la pièce sous test, allant par exemple de 2 cm à 9 cm de diamètre, par une rotation appropriée d'un bouton de sélection Le dispositif peut également accepter des pièces sous test en différents métaux, grâce à un sélecteur simi- laire 23 pour la sélection de valeurs de module d'Young variant par exemple entre celle de l'acier doux et celle d'un alliage léger d'aluminium Ceci n'est cependant pas essentiel, car le dispositif peut être réglé en usine pour l'utilisation avec des barreaux d'acier seulement Ce réglage est obtenu au moyen de l'atténuateur d'étalonnage 24. L'afficheur 25 du dispositif peut prendre n'impor- te quelle forme appropriée, mais, pour la facilité d'utilisa- tion, il est préférable d'employer un afficheur à diodes électroluminescentes qui indique directement des valeurs en tonnes. Au moment de l'utilisation, on bloque les brides supérieure et inférieure 1, 2 sur la pièce sous test 11, après avoir réglé les articulations de façon appropriée On libère ensuite les pièces de liaison 3, avec les boutons de libération 17, et on met l'afficheur à zéro au moyen de l'élément de réglage 16 On supprime ensuite la charge dans la pièce sous test, et on relève la moyenne des deux valeurs indiquées par les transducteurs respectifs, pour éliminer les effets de charges de flexion, comme on l'a expliqué précé- demment Ceci donne alors la charge initiale présente dans la pièce sous test, et on peut maintenant appliquer à nou- veau la charge jusqu'à l'affichage d'une valeur égale à zéro, si la charge mesurée était la charge désirée, ou bien on peut effectuer une correction pour obtenir la char- ge nécessaire. L'unité de commande peut comporter autant d'affi- cheurs qu'on le désire Dans l'exemple ci-dessus, il serait préférable qu'il y ait deux afficheurs, pour pouvoir lire les valeurs instantanées des deux transducteurs Cependant, six afficheurs permettraient d'accepter trois dispositifs de ce type s'il était nécessaire de contrôler des arceaux de suspension adjacents On pourrait naturellement utiliser un plus grand nombre d'afficheurs: L'unité de commande peut naturellement comporter également des moyens de mémorisation, en utilisant par exemple un microprocesseur et une mémoire, pour augmenter la gamme de ses possibilités On peut ainsi enregistrer la tension dans tous les arceaux de suspension, en vue de calculs et de présentations analogiques ultérieurs. Comme indiqué ci-dessus, on a décrit l'invention en considérant spécialement des arceaux de suspension pour des chaudières On-pourrait cependant utiliser un dispositif con- forme à l'invention pour tester d'autres éléments structu- raux, par'exemple dans des ponts, des tours de forage pétro- lier ou des échafaudages en acier, autour d'immeubles ou de coffrages pour béton, ou même n'importe quel élément de support ou d'accouplement portant une charge, comme un support de puits de mine de charbon La mesure de la charge dans les piliers d'un silo, par exemple, permet de détermi- ner par un calcul approprié-le poids du contenu de ce silo. = Outre sa fonction principale décrite ci-dessus, le dispositif pourrait être utilisé pour des utilisations secon- daires Si par exemple on désirait déterminer avec précision l'état d'extension de deux pièces emboîtées de façon téles- copique, on pourrait le faire en montant chaque bride sur une pièce respective et en contrôlant la valeur de l'exten- sion ou de la rétraction à partir d'une référence appropriée, au moyen de l'afficheur du dispositif. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif de mesure de charge caractirisé es ce qu'il comprend une paire de brides mutuellement espacées qui sont reliées par une pièce de liaison, chaque bride cem- prenant une paire d'éléments de bride reliés de façmn articu- lée, qui sont conçus de façon à recevoir entre eux un barreau, un câble, une jambe de force ou une pièce analgue, et qui sont montés de façon fixe sur celuici, d'une manière aisément libérable; et un dispositif de détection de dpla- cement qui est monté sur un élément de bride d'une paire dtéléments et qui coopère avec un élément correspondant de l'autre paire d'éléments, pour détecter la variatinn de la distance entre les brides et pour fournir en réponse un signal de sortie représentatif de la variation correspcndante de la charge dans le barreau, le câble, la jambe de muire ua un élément analogue. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérise en ce qu'il comprend en outre des moyens destinés à rgler e signal de sortie du dispositif de détection pour donner iune référence. 3 Dispositif selon l'une quelconque des re-endi- cations 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de détez- tion consiste en un dispositif de mesure de déplacement à fibres optiques. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de d-te- tion consiste en un transducteur différentiel variable 17 ni- aire. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce que la pièce de liaison peut être bloquée manuellement et sélectivement pour le transport en étant librement extensible pour l'utilisation. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisé en ce que les brides sont extensi- bles pour faire varier la distance entre les parties articu- lées des éléments de bride. 7 Dispositif selon la revendication 6, caracté- risé en ce que chaque articulation comprend une tige filetée qui est accouplée de façon pivotante à un élément de bride et qui traverse une ouverture dans l'autre élément, ce der- nier étant retenu sur la tige par un bouton réglable ou une pièce analogue qui est vissé sur la tige. 48 Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un second dispositif de détection de déplacement monté sur l'autre élément d'une paire et coopérant avec l'élément correspondant de l'autre paire, pour détecter la variation de distance entre les brides de l'autre côté de la pièce sous test, et pour fournir en réponse un signal dé sortie représentatif de la variation correspondante de la charge. 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 8, caractérisé en ce que le dispositif de détection de déplacement, ou chacun d'eux, est connecté à une unité de commande conçue de façon à fournir une indica- tion de variations de charge.