Brevet FR2540990A1 — publié le 19840817

L'invention est relative aux appareils de pesage du type a jauges de déformation, et elle s9applique en particulier aux pèse-personnes. Elle a pour but de fournir un appareil de ce type qui, tout en étant de conception et de structure simples, donc à faible prix de revient, soit néanmoins fiable et précis. A cet effet l'invention se propose de fournir un appareil de pesage du type à barreau ou élément sensible unique dont une extrémité est solidarisée avec un plateau de réception de la charge et dont l'autre extrémité est solidarisée avec une assise de support, le barreau portant au moins un ensemble à jauge de déformation sensible aux déformations du barreau sous l'effet de la charge Ces appareils à barreau unique présentent un avantage économique déterminant qui est lié à 19unicité du barreau Mais, du fait que le point d'application de la charge sur le plateau est variable, le barreau est soumis, de manière aléatoire, à des déformations en flexion, en torsion et en cisaillement dia à l'effort tranchant Les demandeurs ont proposé, dans leur demande de brevet français n 82 20040 du 30 Novembre 1982, , une solu- tion consistant à prévoir plusieurs ensembles a jauges de déformation disposées géométriquement sur le barreau et montées électriquement dans un pont de mesure de maniere à obtenir en sortie un signal représentatif de la seule flexion Cette solution donne pleinement satisfaction, tant an fabrication qu'en sensibilité et fidélité, mais elle nécessite la mesure de la flexion an deux points espacés du barreau Dans certains cas, notamment pour des relisons d'en- combrement et/ou de mise en place, il est difficile d'effectuer la mesure de flexion en deux points espacés ; par ailleurs, cette flexion, par son moment, varie le long du barreau alors que la torsion reste constante quelle qus soit la zone du barreau considérée La présente invention se propose de fournir un appareil dans lequel c'est non plus la flexion, mais le cisaillement du à l'effort tranchant qui est isolé sur le signal sortant A cet effet, l'appareil selon l'invention comportant, de façon connue, un barreau ou élément sensible unique qui est solidarisé à ses extrémités respectivement avec un plateau de réception de charge et avec une assise de support, et qui est équipé d'au moins trois ensembles à jauge de déformation fixes sur ledit barreau, est caracté risé par le fait qu'il comporte : un premier ensemble à jauge de déformation, sensible essentiellement à la flexion du barreau sous l'effet de la charge appliquée ; un deuxi ème ensemble à jauge de déformation sensible essentiellement à la torsion du barreau sous l'effet de la charge appliquée et situé de préférence dans 1 a même zone axiale du barreau que le premier ensemble ; un troisième ensemble à jauge de déformation sensible essentiellement à la torsion du barreau sous l' effet de la charge appliquée et à son cisail- lement dû à l'effort tranochant ; et un circuit du type à pont pour le traitement des signaux émis par les trois ensembles, comportant des moyens pour combiner lesdits signaux de manière à éliminer dans le signal sortant toute composante autre que celle résultant du cisaillement du à l'effort tranchant. De préférence, les trois ensembles sont dans la même sone axiale du barreau lequel peut alors être court. Le barreau peut entre de section et/ou de composition variables notamment à ses extrémités de fixation ou dans les zones de réception des ensembles jauge de déforma tion De préférence, cependant, le barreau est de section constante, par exemple polygonale (carrée, rectangulaire, ...) ou courbe (ronde, elliptique, ....) ou profilé (T, U, I, H,C ,L,O,-). Le barreau peut etre plein ou tubulaire Suivant un mode de réalisation préféré chaque ensem ble comporte une selue jauge, la jauge de l'ensemble sen sible à la flexion étant parallèle à la direction générale du barreau et les jauges des deux autres ensembles étant inclinées sur cette direction, par exemple de 450 Dans la pratique, chacun des trois ensembles à jauge de déformation est en fait sensible à la fois à la flexion, à la torsion et au cisaillement, mais pour des parts différentes, la correction se faisant par l'élimination des composantes, autres que celle de cisaillement dû à l'effort tranchant, dans le signal sortant. On comprendra bien l'invention à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux dessins annexés dans lesquels: Fig 1 est une coupe verticale d'un appareil selon l'in- vention, cette coupe étant faite par l'axe lu barreau; Fig 2 est une vue en plan de l'appareil de la fig 19 Fig 3 montre,en perspective, un exemple d'agencement de jauges, selon le mode de réalisation de base de l'inven- tion; Fig 4 et 5 montrent.deux ponts extensométriques constitués avec les jauges de la Fig 3, Fig 6 est une vue analogue à la fig 3 et relative à une variante ; et Fig 7 montre le pont extensométrique constitué avec les jauges de la fig 5. L'appareil de pesage, notamment un pèse-personne, représenté aux fig 1 et 2 , comporte un élément sensible 1 constitué par un barreau unique cylindrique, c7est-å-dire de section constante; de préférence, comme représenté, le barreau 1 est de section rectangulaire, mais cette section pourrait être d'une autre forme courbe, par exemple ellipti- que ou circulaire, ou encore d'une autre forme courbe, par exemple carrée , ou encore profilée (T,H,I,U,C,L,O A une extrémité 2, la barreau n est solidarisé, par exemple par bridage à l'aide de vis 3 et d'une bride de serage 4, avec un plateau 5 de support de charge constitue par un plateau proprement dit 6 et par une structure de support 7 en forme de H,de ou de cadre,àlaquelle est fixe le plateau 6 et qui est immobilisée directement sur l'extrémi- té 2. A son extrémité 3, le barreau n est solidarisé, par exemple également par bridage à l'aide de vis 8 et d'une bride 9, avec une embase 10 par laquelle l'appareil repose sur son support, par exemple le sol. L'embase peut rece- voir un habillage latéral 11 dont le bord supérieur est recouvert par la jupe -latérale/du plateau 6. L'embase 10 est également en forme de H, de C ou de cadre pour fournir un appui stable. Le plateau 6 et l'habillage 11 ont été supprimés à la fig 2 pour la clarté du dessin. La barreau 1 est généralement horizontal, de même que la structure 7 et l'embase 10. Le barreau 1 peut s'étendre parallèlement à un coté de l'appareil 9 par exemple suivant un axe médian, ou, le cas échéant, suivant une diagonale ou encore suivant un diamètre si l'appareil est circulaire. Quand une charge à peser est placée sur le plateau 6, elle soumet le barreau 1 à des contraintes de flexion, de torsion et de cisaillement dû à l'effort tranchant, et ce, de manière aléatoire selon la position du peut d'application de la charge sur le plateau. Pour mesurer ces contraintes, on fixe sur le barreau 1, généralement par collage, au moins trois ensembles à jauge de déformation et, on combine les signaux émis par ces jau- ges pour ne conserver dans le signal sortant que la compo- sante représentative du cisaillement da à l'éffort tran chant, les autres composantes, c'est-à-dire celles de tor sion et de flexion,étant éliminées. Pour cela (Fig 3) l'un de ces ensembles est constitué par une jauge longitudinale de déformation 12 sensible es sentiellement à la flexion du barreau; cette jauge est de préférence située, pour la zone axiale choisie, dans une partie à déformation maximale, par exemple, comme représen- té, suivant l'axe longitudinal 13 de la face supérieure 14 du barreau qui est perpendiculaire à la direction de la for- ce F exercée par la charge. Le second ensemble est constitué par une jauge 15 sen sible essentiellement à la torsion du barreau due à la for ce F quand celle-ci n'est pas située dans le plan vertical médian du barreau. Cette jauge 15, de façon connue, présen- te la plus grande sensibilité à la torsion quand elle est inclinée à 450 sur l'axe longitudinal 16 du barreau, position pour laquelle elle admet le maximum de déformation en torsion mais n'induit pas de signal du à la flexion La jauge est elle aussi collée sur la face supérieure 14 du barreau, de préférence dans la même zone axiale du barreau que la jauge 12, pour des raisons qui apparaîtront plus loin. Le troisième ensemble est constitué par une jauge 17 sensible essentiellement à la torsion du barreau, mais aussi au cisaillement dû à l'effort tranchant parallèlement à la direction de la force F. La torsion est constante en tout point du barreau: de préférence, la jauge 17 est plan cée dans la même zone axiale que les jauges 12 et 15. Cette jauge 17 est placée sur une face latérale verticale 18 du barreau, parallèle à la directlom. de la force F. Pour la même raison que précédemment, elle est collée sur la face 18 à 45 sur l'axe longitudinal 19 de cette face et orientée de manière à fournir la même mesure en torsion que la jauge 15. Théoriquement, la jauge 15 n'est sensible qu'à la torsion. En effet, son inclinaison à 450 sur l' axe 13 la rend en principe insensible à la flexion et, du fait qu'elle est située sur une face perpendiculaire à la direction de la force F, elle est insensible au cisaillement du à l'ef- fort tranchant, parallèle à cette direction. Théoriquement encore, la jauge 17 est sensible à la torsion et au cisaillement dû à l'effort tranchant,mais elle est insensible à la flexion. Enfin, la jauge 12 est théoriquement in sensible à la torsion et au cisaillement dû à l'effort tranchant. Dans la pratique, cependant, on ne peur se contenter d'une seule ou des deux jauges 15, 17, car pour des raisons de construction et/ou de montage, elles induisent des mesures parasites, notamment de flexion, qui sontéliminées grâce à l'utilisation de la jauge longitudinale 12. D'ailleurs, celle-ci peut également induire une mesure parasite, la quelle doit être éliminée. Pour cela, les jauges 12, 15 et 17 sont montées dans un pont extensométrique agencé comme montré à la fig 4 ou 5. Sur la fig 4, aux bornes de la source d'alimentation 8 est montée une première branche série constituée par la jauge 17 et une résistance d'équilibrage 20, une deuxième branche série constituée par deux résistances 21 22, une troisième branche série constituée par la jauge 12 et une résistance d'équilibrage 24, et une quatrième branche constituée par la jauge 15 et une résistance d'équilibrage 23. Comme on le voit sur la ig 4, du fait que les jau- ges 15, 17 sont sensibles à la torsion dans le même sens et que la jauge 12 travaille en flexion , les jauges 12, 15 17, ont une borne commune reliée à un même pôle de la source S, l'autre pôle de la source étant relié à la borne commune des résistances 20, 22, 23, 24. Sur chacun des points intermédiaire s des branches contenant les jauges 12 et 15 est montée une borne d'une résistence d'atténuation ou de correction 25, 26 dont l'autre borne C, D est reliée au point intermédiaire A, B de l'urne OU l'autre des branches contenant la résistance 21 et la jauge 17. Ces branchements se font, une fois pour toutes, au montage du pont et a son équilibrage. La variante de pont de la fig 5 diffère du ont de le fig 4 par la permutation des branches séries 15, 23 -21, 22, la résistance 26 étant branchée sur le point commun des résistances 21 et 22 et la borne A étant prise sur le point commun de la jauge 15 et de la résistance 23. Pour le reste, le pont de la fig 5 est @dentique à celui de la fig 4, à la description duquel on pourra se référer. Comme dans la fig 4, la borne C, D de chaque résistance d'atténuation 25, 26 est branchée, une fois pour toutes, lors du montage lu pon@ et i or équilibrage, sur l'une ou l'autre des bornes A, B. Dans les deux ponts, la mesure du signal sortant @@ fait @ntre @e@ bornes A et B. l@ cas échéant, on peut monter une résistance de correction ( non représentèe) en série ou en parallèle avec leune au moins des jauges 12, 15, 17 Avec de tels montages de pont, les composantes dues à la torsion et à la flexion sont éliminées du signal sortant prélevé aux bornes A, B, ce signal ne comportant que la composante correspondant au cisaillement dû à l'ef- fort tranchant mesuré par la jauge 17. On a montré à la fig 6 une variante d'installation de jauges et, sur la fig 7, le pont extensométrique correspondant. Dans cet agencement, on retrouve les jauges de base 12, 15, 17 disposées sur le barreau de la même manière que précédemment. Ces jauges sont complétées par des jauges qui augmentent le nombre de mesures effectuées et rendent l'ensemble plus précis. Une première jauge 27 est placée sur la face supérieure 14, perpendiculairement à la jauge 15;une deuxième jauge 28 est placée axialement sur la face inférieu- re 29 du barreau; une troisième jauge 30 est placée sur lau tre face latérale verticale 31 du barreau, parallèlement à la jauge 17; une quatrième jauge 32 est placée sur la face latérale 18, perpendiculairement à la jauge 17, et une cinquième jauge 33 est placée sur la face latérale 319 parallèlement à la jauge 32. Ces cinq jauges complémentaires sont situées de préférence dans la même zone axiale que les jauges 12, 15, 17 . Théoriquement, la jauge 27 n'est sensible qu'à la torsion , la jauge 28 n'est sensible qu'à la flexion et les jauges 30, 32 et 33 ne sont sensibles qu'à la torsion et au cisaillement dû à l'effort tranchant; mais dans la pratique pour les raisons indiquées ci-dessus, elles induisent des signaux parasites qu'il faut éliminer Le circuit de pont comportant les jauges de la fig 5 est montré à la fig 7.Il se déduit de celui de la fig 4 par le remplacement des résistances d'équilibrage 20, 21,22, 23 et 24 respectivement par les jauges 32, 33, 30, 27 et 28. Pour le reste, les deux ponts sont identiques; la description n'en sera pas donc répétée. On pourrait aussi, avec l'agencement géOmétrique des jauges de la fig 6, établir un pont obtenu à partir de celui de la fig 5 en remplaçant dans celui-ci les ré sistances d'équilibrage 20, 21, 22, 23, 24 par les jauges correspondantes L'avantage décculant du placement de la ou des jauges de flexion 12, 28 dans la mime zone axiale que les jauges de torsion et de cisaillement dû à l'effort tran chant réside en ce que, la flexion étant variable le long du barreau, on n'a pas à compenser le décalage axial , et en ce que on peut avoir un barreau court, ou même très court. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode d'application, non plus qu'aux modes de réalisation qui ont été décrits. On pourrait, au contraire, concevoir d'autres applications dans le domaine du pesage, donner au barreau une autre forme, par exemple de section circulaire, et concevoir d'autres agencements de jauges sur le barreau et/ou d'autres circuits de pont. REVENDICATIONS 1. Appareil de mesure à jauges de déformation, notamment pèse-personnes, comportant un barreau ou élément sensible (l) unique qui est solidarisé à ses extremités respectivement avec un plateau de réception de charge (59 6, 7) et avec une assise de support (10), et qui est équipé dGau moins trois ensembles à jauge de déformation fixés sur ledit barreau, caractérisé par le fait qu'il comporte o un premier ensemble (12, 28) à jauge de déformation, sensible essentiellement à la flexion du barreau sous l'effet de la charge appliquée ; un deuxième ensemble (159 27) à jauge de déformation sensible essentiellement a la torsion du barreau sous l'effet de la charge appliquée et situé de préférence dans la même zone axiale du barreau que le premier en- semble 9 un troisième ensemble (17, 30, 32, 33) à jauge de déformation sensible essentiellement à la torsion du barreau sous l'effet de la charge appliquée et à son cisaillement dû à l'effort tranchant 9 et un circuit du type à pont pour le traitement des signaux émis par les trois ensembles, comportant des moyens pour combiner lesdits signaux de manière a éliminer dans le signal sortant toute composante autre que celle résultant du cisaillement dû à lteffort tranchant 2.Appareil selon la revendication 1, caractérise par le fait que les trois ensembles sont situés dans la mAme zone axiale 3. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le deuxième ensemble est placé dans une zone (14) perpendiculaire à la direction de la force (F). 4. Appareil selon l'une des revendications 1a 3, caractérisé par le fait que le troisième ensemble est placé dans une zone (l8) parallèle à la direction de la force (F). 5. Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le barreau (l) est de section constante, par exemple polygonale (carrée, rectangulaire, ...) ou courbe ( circulaire, elliptique...) ou profilée ( T, H, I, U, C, L,O....), le barreau étant plein ou creux. 6. Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que chaque ènseble comporte une Jauge unique, la jauge (12) du premier ensemble étant parallèle à la direction générale du barreau et les jauges (159 17) des deuxième et troisième ensembles étant incli nes à 450 sur cette direction. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le circuit de traitement des signaux émis par les jauges (12, 15, 17) comporte, montées en parallèle aux bornes dune source (S)9 une première branche série comportant la troisième Jauge (17) et une résistance d'é- quilibrage (20), une deuxième branche série comportant deux résistances d'équilibrage (21, 22), une troisième branche le comportant la première jauge (12) et une résistance d'équilibrage (24), et une quatrième branche série compor- tant la deuxième Jauge (15) et une résistance d'équil@bra- ge (23), la mesure se faisant entre les points intermédisi res (A, B) Ces premiers et deuxième branches série, et les points intermédialres des tr@isième et quatrième branches série tant reliés, par des résistances d'atténuation respectives (25, 26) à l'une et/ou l'autre des bornes de mesure (A, B). E. Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le circuit de traitement des signaux émis par les jauges (12, 15, 17) comporte, montées en parallèle aux bornes d'une source (S), une première branche série comportant la troisième jauge (17) et une résistance d'é- quilibrage (20), une deuxième branche série comportant la deuxième jauge(15) et une résistance d'équilibrage (23), une troisième branche série comportant la première jauge (12) et une résistance déquilibrage (24), et une quatrième branche sari comportant deux résistances déquilibrage(21, 2), la mesure se faisant entre les points intermédiaires (A, B) de@ première et deuxième branches série, et les points intertédiaires des troisième et quatrième branches série étant reliés, par des résistances d'atténuation respectives (25, 26) à l'une etdou l'autre des bornes de mesure (A, B). 9. Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le premier ensemble comporte deux jauges (12, 28) sensibles à la flexion et placées dans la même zone axiale, que le deuxième ensemble comporte deu jauges (159 27) inclinées à 450 sur la direction générale (16) du barreau et perpendicalaires l'une à l'autre, et que le troisième ensemble comporte quatre Jauges ( 17-9 32, 30 33) réparties par paires de jauges croisées perpendiculaires et inclinées chacune à 450 sur la direction générale (16) du barreau. 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le circuit de traitement des signaux émis par les jauges comporte, montées en parallèle aux bornes d' une source (S), une première branche série comportant les deux jauges croisées (17, 32) de l'une des pairès du troisième ensemble, une deuxième branche série comportant les deux jauges croisées (30, 33) de l'autre paire du troisième sensemble, une troisième branche série comportant les deux jauges du premier ensemble, et une quatrième branche série comportant les deux jauges (15, 27) du deuxième ensemble,la mesure se faisant entre les points intermédiaires (A, B)des première et deuxième branches série, les points intermé diaires des troisième et quatrième branches série étant reliés, par des résistances d'atténuation respectives (25 26), à l'une et/ou l'autre des bornes de mesure (A, B).