Brevet FR2526941A1 — publié le 19831118

La présente invention concerne un récepteur de charge a parallélogramme déformable, destiné plus particulièrement à être utilisé dans les balances à usage commercial. Elle concerne plus particulièrement un récepteur de charge du type comprenant un montant fixe solidaire d'un bâti, un montant chargé solidaire d'un plateau porteur-charge et deux bras articulés sur les montants pour former avec eux un parallélogramme déformable, et dans lequel l'ensemble des deux montants et des deux bras est réalisé par une structure monobloc, munie d'étranglements qui définissent l'articulation du parallélogramme déformable, tandis qu'un transducteur de charge est prévu pour détecter la déformation du parallélogramme sous l'effet de la charge appliquée sur le plateau. Dans les récepteurs de charge connus de ce type, le transducteur de charge peut être constitué soit par un condensateur formé par deux électrodes montées solidaires respectivement du montant fixe et du montant chargé, soit par des jauges de contrainte convenablement disposées sur les étranglements du parallélogramme déformable. La présente invention vise exploiter les variations dimensionnelles du parallélogramme déformable en utilisant des fils de jauge tendus qui constitueront le transducteur de charge du récepteur de charge. Selon la caractéristique esSentielle de l'invention, le transducteur de charge comprend quatre séries d'enroulementsde fil de jauge pré-tendu disposées chacune obliquement entre les deux montants ou entre les deux bras du parallélogramme de manière à former deux séries d'enroulementsdont les brinsprincipaux sont tendus et deux séries d'enroulements dont les brins principaux sont comprimés sous l'effet de la charge appliquée, les quatre séries d'enroulements étant branchées dans un montage électrique en pont. Les expressions brins tendus" et "brins comprimés" sont utilisées ici a- des fins de simplification. En fait, compte tenu de la pré-tension du fil de jauge, les brins " tendus n sont soumis à une augmentation de tension, tandis que les brins "comprimés" sont détendus, en donnant ainsi le même effet résistif qu'une compression. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, les deux séries d'enroulements dont les brins principaux sont tendus croisent les deux séries d'enroulements dont les brins principaux sont comprimés. Dans ce premier mode de réalisation de l'invention, les séries d'enroulements se croisent avantageusement sensiblement suivant les diagonales du parallélogramme déformable. Toutefois, on peut également disposer les séries d'enroulements de façon qu'elles soient plus ou moins inclinées par rapport aux diagonales joignant les articulations du parallélogramme de manière à dégager celles-ci pour les réglages d'excentration et à obtenir un signal plus ou moins grand. Dans un second mode de réalisation de l'invention,les deux séries d'enroulements dont les brins principaux sont tendus et les deux séries d'enroulements dont les brins principaux sont comprimés spnt inclinés symétriquement de part et d'autre d'un axe de symétrie du parallélogramme en définissant une structure en V ou en V renversé. Le parallélogramme déformable du récepteur de charge de l'invention peut soit comprendre des montants et des bras rectilignes, soit avoir la forme générale d'un anneau circulaire dans la matière duquel sont usinées les articulations. L'utilisation d'un parallélogramme déformable en forme d'anneau circulaire est particulièrement avantageuse du fait que l'obliquité de chacune des séries 'd'enroulements par rapport à la face d'appui est pratiquement nu34 ce qui fait que le fil de jauge n'a pas tendance à glisser comme ce pourrait être le cas avec un parallélogramme avec des montants et des bras rectilignes. Chaque série d'enroulements comprendra au moins un enroulement qui comporte deux brins principaux paralléles dont les extrémités sont en contact avec les deux montants ou avec les deux bras du parallélogramme. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, chaque enroulement sera collé sur les deux montants ou les deux bras, et sur toutes les portions de l'enroulement en contact avec les montants ou les bras du parallélogramme. Selon une autre variante de réalisation, le récepteur de charge comprend quatre tige filetées traversant le parallélogramme en sorte que leurs deux extrémités dépassent de part et d'autre du parallélogramme pour fournir des zones d'ancrage aux séries d'enroulements de fil de jauge, deux séries d'enroulements étant situées d'un côté du parallélogramme et les deux autres séries d'enroulements étant situées de l'autre côté du parallélogramme. Le parallélogramme déformable du récepteur de charge de l'invention peut etre noyé totalement ou partiellement dans un fluide, notamment dans de l'huile. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui suit et qui se réfère aux dessins annexés sur lesquels . la figure 1 est une vue en élévation d'un récepteur de charge conforme au premier mode de réalisation précité . la figure 2 est une vue de côté du récepteur de charge de la figure 1, montrant la disposition d'un enroulement de fils de jauge; . la figure 3 montre le montage électrique en pont du récepteur de charge des figures let 2 2 la figure 4 est une vue en élévation d'un récepteur de charge conforme au deuxième mode de réalisation précité;; la figure 5 est une vue en élévation d'un récepteur de charge conforme au premier mode de réalisation, dont la concavité des évidements est tournée vers l'extérieur pour faciliter la mise en place des séries d'enroulements ; la figure 6 est une vue en élévation d'un récepteur de charge conforme à une autre variante du premier mode de réalisation, dans lequel les series d'enroulements prennent appui sur des tiges filetées ; et la figure 7 est une vue de côté du récepteur de charge de la figure 6. On a représenté sur la figure 1 une balance, telle qu'une balance commerciale, comportant un récepteur de charge désigné globalement sous la référence numérique 10, comprenant un montant fixe 12 solidaire d'un bâti 14, un montant chargé 16 solidaire d'un plateau porte-charge 18, et deux bras 20 et 22 articulés sur les montants 12 et 16 pour former avec eux un parallélogramme déformable. Le plateau porte-charge 18 est destiné à supporter en un point quelconque une charge désignée par la lettre Q, ce plateau étant rendu solidaire du parallélogramme 10 par l'intermédiaire d'une colonne 24. L'ensemble des deux montants et des deux bras est réalisé par une structure monobloc, dans une matière élastiquement déformable, par exemple dans un alliage léger, de préférence anodisable. Cette structure monobloc est munie d'étranglements 26, 28, 30 et 32 qui définissent les articulations du parallélogramme déformable. Dans le mode de réalisation de la figure 1, les montants 12 et 16 et les bras 20 et 22 sont rectilignes. SOus l'effet de la charge Q appliquée sur le plateau 18, le parallélogramme se déforme et les diagonales de celuici changent de longueur linéairement. De façon générale, les variations de distance entre des points des bras 20 et 22 ou des montants 12 et 16 sont linéaires en première approximation et tout au moins réversibles-du fait de l'élasticité du récepteur de charge. Le récepteur de charge représenté sur la figure 1 comprend un transducteur de charge destiné à exploiter les variations de distance entre- des points des bras où des montants en fonction de la charge Q appliquée sur le plateau. Le transducteur de charge comprend quatre séries d'enroulements de fils de jauge pré-tendus, disposées chacune obliquement entre les deux montants 12 et 16 du paEllélogramme déformable. Ces quatre séries d'enroulements comprennent deux séries d'enroulements telles 34 (dont une seule a été représentée sur la figure 1) dont les brins principaux sont disposés pratiquement suivant la diagonale joignant les articulations 26 et 32. Sous l'effet de la charge Q appliquée, cette diagonale tend a s'allonger en sorte que les brins principaux des deux séries d'enroulements 34 constituent des brins tendus. Le transducteur comprend en outre deux séries d'enroulements telles 36 (dont une seule a été représentée sur la figure 1), dont les brins principaux sont disposés pratiquement suivant la diagonale joignant les articulations 28 et 30. Sous l'effet de la charge Q appliquée sur le plateau 18, cette diagonale tend à se raccourcir et les brins principaux des séries d'enroulements 36 constituent alors des brins comprimés. Les deux séries d'enroulements 34 et 36 se croisent ainsi pratiquement au meme endroit que les diagonales du parallélogramme déformable. Chacune des séries d'enroulements 34 ou 36 comprend au moins un enroulement qui comporte deux brins principaux parallèles dont les extrémités sont en contact avec les deux montants ou les deux bras du parallélogramme.Ainsi, comme représenté sur la figure 2, chaque série d'enroulements 34 comporte un brin secondaire 38 en contact avec le récepteur de charge au-dessus de la charnière 26, un brin principal 40 dont les extrémités sont en contact avec les montants 12 et 16, un autre brin secondaire 42 en contact avec le récepteur de charge sous la charnière 32, un autre brin principal 44 parallèle au brin 40, dont les extrémités sont en contact avec les deux montants 16 et 12, et un autre brin secondaire 46 disposé au-dessus de l'articulation 26. Les brins secondaires 38 et 46 aboutissent respectivement -aux bornes 48 et 50 de liaison électrique de la série d'enroulements 34 précitée. Bien entendu, chaque série d'enroulements 34 ou 36 peut comporter, si besoin est, plusieurs enroulements, au lieu d'un seul enroulement comme représenté sur la figure 2. Les quatre séries d'enroulements précitées sont branchées dans un montage électrique en pont, du type pont de Wheatstone, connu en soi, représente sur la figure 3. Les deux séries d'enroulements 34 qui constituent des brins tendus, désignés sous la lettre T,sont disposés dans les bras opposés du pont, de même les deux séries d'enroulements 36 qui constituent des brins comprimés, désignés sous la lettre 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 fils T (séries d'enroulements 34) et des fils C (séries d'enroulements 36) sont égales. Le montage de ces quatre séries d'enroulements de façon intercalée permet d'obtenir une sensibilité maximale lors de la mesure de la différence du potentiel VQ - VN qui doit être nulle au repos. Sa valeur, mesurée par exemple au moyen d'un voltmètre de précision V permet de mesurer les variations cumulées des résistances Cet T dues à la déformation induite par la charge appliquée. En pratique, on peut imposer une différence de potentiel de 12 volts aux bornes M et P du pont et l'on mesure la tension VQ - V afin d'en déduire, par étalonnage N préalable, la mesure de la force appliquée. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 4, le parallélogramme déformable à la forme générale d'un anneau circulaire obtenu soit par extrusion directe pour former en même temps les quatre articulations 26, 28, 30 et 32, soit à partir d'un tronçon de tube dans lequel les articulations 26, 28, 30 et 32 ont été ensuite usinées. I1 en résulte que les montants 12 et 16 et les bras 20 et 22 sont constitués par des arcs de cercle et que les faces d'appui aux séries d'enroulements ne sont plus linéaires mais incurvées ce qui annule pratiquement tout risque de glissement des enroulements de fils de jauge, surtout lorsque ces séries d'enroulements sont disposées suivant des diamètres de l'anneau Dans une première variante, les deux séries d'enroulements 34 et les deux séries d'enroulements 36 prennent appui sur les bras 20 et 22 et se croisent au centre de l'anneau constituant la structure du parallélogramme. Du fait que les séries d'enroulements 34 et 36 prennent appui sur les bras 20 et 22, ces séries se trouvent moins inclinées par rapport a l'horizontaleque les diagonales joignant les quatre articulations 26, 28, 30 et 32. Dans une deuxième variante, les deux séries d'enroulements 34' dont les brins principaux sont tendus et les deux séries d'enroulements 36' dont les brins principaux sont comprimés sont inclinées symétriquement de part et d'autre de l'axe vertical de symétrie XX du parallélogramme déformable, en défnissant ainsi une structure en V. Cette disposition est particulièrement avantageuse du fait que les fils de jauge ne se croisent pas et qu'ils ne peuvent donc ni se toucher ni se gêner. En Outre, les connexions des différents enroulements des séries d'enroulements 34 et 36 sont alors regroupées au niveau de l'angle du V, sous le bras 22 ce qui permet de simplifier la fabrication et le câblage du pont et de placer si besoin est un circuit imprimé souple sous le bras 22. La disposition de la structure en V peut être inversée, c'est-à-dire avec la pointe vers le haut. En variante, la structure en V peùt être disposée horizontalement, les séries d'enroulements étant alors inclinées symétriquement de part et d'autre de l'axe de symétrie horizontal du parallélogramme. L'ouverture plus ou moins grande de la structure en V ou l'inclinaison plus ou moins grande des séries d'enroulements sur l'horizontale aura pour effet d'agir sur la sensibilité du récepteur de charge ainsi constitué, ce qui permettra, a partir d'une dimension donnée du parallélogramme Le récepteur de charge représenté sur la figure 5 est sensiblement analogue à celui de la figure 1, si ce n'est que les étranglements 26, 28, 30 et 32 sont constitués par des évidements ayant leur concavité tournée vers l'extérieur au lieu d'être tournée vers ltérieur. Cette disposition facilite la mise en place des fils de jauge qui viennent ainsi prendre appui dans les étran glements du parallélogramme. Le récepteur de charge représenté sur les figureS 6 et 7 comprend un parallébgramme déformable dont les étranglements 26, 28, 30 et 32 sont constitués par des évidements en forme d'arc de cercle ayant leur concavité tournée vers l'intérieur. I1 comprend quatre tiges filetées -52, 54,56, et 58 paralléles qui traversent le parallélogramme en sorte que les deux extrémités de chacune de ces tiges dépassent de part et d'autre du parallélogramme. Ces quatre tiges filetées sont parallèles entre elles et aux axes d'articulation du parallélogramme, les tiges 52 et 54 traversant le bras 20 et les tiges 56 et 58 traversant les bras 22. Les extrémités dépassantes des tiges fournissent des zones d'ancrage pour les séries d'enroulements de fil de jauge, les deux séries d'enroulements 34 (brins principaux tendus) étant disposées d'un même côté du paralléogramme et les deux séries d'enroulements 36 (brins principaux comprimés) étant disposés de l'autre côté du parallélogramme (cf.Fig.7). La zone insensible du fil de jauge de chaque enroulement est ainsi réduite au demi-cercle de contact sur la tige filetée correspondante. Cette disposition a pour avantage que les filets des tiges filetées favorisent la mise en-place du fil de jauge, que les fils se croisent sans se toucher et que les effetsde torsion se compensent. Les enroulements des séries d'enroulements seront avantageusement collés sur les deux montants ou les deux bras du parallélogramme déformable, sur toutes les portions de l'enroulement en contact avec les montants ou les bras du parallElogramme, ou bien sur les extrémités des tiges filetées servant, le cas échéant, d'appuis aux enroulements. On pourra utiliser a cet effet une colle durcissable à chaud, par exemple une colle du type époxy ou du type phénolique. Bien que l'utilisation d'un alliage léger anodisable pour la constitution du- paralléogramme déformable permettre d'utiliser un fil de jauge nu, il sera préférable, pour des raisons de sécurité, d'utiliser un fil de jauge émaillé, surtout dans le cas où les enroulements se croisent. il est également prévu, dans le cadre de l'invention, de noyer totalement ou partiellement le parallébgramme déformable dans un fluide, notamment dans de l'huile. Ceci favorise la dissipation thermique des enroulements de fil de jauge, permet d'augmenter l'intensité de courant, procure un certain amortissement et procure en outre une protection totale contre l'humidité. L'invention trouve une application toute particulière dans la réalisation de balances à usage commercial. REVENDICATIONS 1. Récepteur de charge du type comprenant un montant fixe (12) solidaire d'un bâti (14), un nontant chargé (16) solidaire d'un plateau porte-charge (îo) et deux bras (20, 22) articulés sur les montants pour former avec eux un parallélogramme déformable, et dans lequel l'ensemble des deux montants et des deux bras est réalisé par une structure monobloc, munie d'étranglements (26, 28, 30, 32) qui définissent les articulations du parallélogramme déformable, tandis qu'un transducteur de charge est prévu pour détecter la déformation du parallélogramme sous l'effet de la charge (Q) appliquée sur le plateau, caractérisé par le fait que le transducteur comprend quatre séries d'enroulements de fil de jauge pré-tendu disposées chacune obliquement entre les deux montants (12, 16) ou entre les deux bras (20, 22) du parallélogramme de manière à former deux séries d'enroulements (34) dont les brins principaux sont tendus et deux séries d'enroulements (36) dont les brins principaux sont comprimés sous l'effet de la charge appliquée, les quatre séries d'enroulements étant branchées dans un montage électrique en pont. 2. Récepteur de charge selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les deux séries d'enroulements (34) dont les brins principaux sont tendus croisent les deux séries d'enroulements (36) dont les brins principaux sont comprimés. 3. Récepteur de charge selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les quatre séries d'enroulements (34, 36) se croisent sensiblement suivant les diagonales du parallélogramme déformable. 4. Récepteur de charge selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les deux séries d'enroulements (34') dont les brins principaux sont tendus et les deux séries d'enroulements (36') dont les brins principaux sont comprimés sont inclinées symétriquement de part et d'autre d'un axe de symétrie vertical du parallélogramme en définissant une structure en V ou en V renversé. 5. Récepteur de charge selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le parallélogramme déformable comprend des montants (12,16) et des bras (20,22) rectilignes. 6. Récepteur de charge selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le parallélogramme a la forme générale d'un anneau circulaire dans la matière duquel sont usinées les articulations (26, 28, 30, 32). 7. Récepteur de charge selon la revendication.1, caractérisé par le fait que chaque série d'enroulement (34, 36) comprend au moins un enroulement qui comporte deux brins principaux parallèles dont les extrémités sont en contact avec les deux montants ou les deux bras du parallelogramme. 8. Récepteur de charge selon la revendication 7, caractérisé par le fait que chaque enroulement est collé sur les deux montants (12, 16) ou les deux bras (20, 22) sur toutes les portions de l'enroulement en contact avec les montants ou bras du parallélogramme. 9. Récepteur de charge selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend quatre tiges filetées (52,54,56,58) traversant le parallélogramme en sorte que leurs deux extrémités dépassent de part et d'autre du paralléogramme pour fournir des zones d'ancrage aux séries d'enroulements de fil de jauge, deux séries d'enroulements étant situées d'un côté du parallélogramme et les deux autres séries d'enroulements étant situées de l'autre côté du paralléogramme. 10. Récepteur de charge selon l'une des revendications 1 a 9, caractérisé par le fait que le parallélogramme déformable est noyé totalement ou partiellement dans un fluide, notamment dans de l'huile.