Brevet FR2581184A1 — publié le 19861031

Cette invention concerne un système de mesure de masse du type à plateau de pesée classique,comportant un mécanisme en porte-à-faux muni d'un berceau de pesée et d'un transducteur mécano-électrique pour détecter une contrainte dans le mécanisme en porte-à-faux afin de produire un signal indicateur de poids, pour mesurer la masse d'un objet sur le plateau de pesée, l'effet de la pesanteur sur ce dernier ayant été éliminé. Le brevet britannique n 2 128 329 décrit un exemple de réalisation d'un tel type de plateau de pesée. Ce plateau comprend deux fléaux élastiques en porte- à-faux, présentant des rigidités à la flexion différentes, et qui sont disposés parallèlement dans un plan vertical, un plateau de pesée fixé sur celui des fléaux élastiques qui présente la rigidité à la flexion la plus grande, un câble métal- lique étiré entre les extrémités libres des deux fléaux élastiques, un transduc- teur mécano-électrique pour transformer les vibrations mécaniques du fil métal- lique en une oscillation électrique ayant la même fréquence, et des moyens pour mesurer la fréquence et pour calculer, à partir de cette fréquence, le poids d'un objet sur le berceau de pesée. Comme cela est bien connu dans cette technique, de tels plateaux de pesée mesurent une force appliquée sur l'objet par la pesanteur, c'est-à-dire le produit de la masse de l'objet par l'accélération g due à la pe- santeur. Par conséquent, lorsqu'on utilise un plateau de pesée de ce type pour mesurer la masse, celle-ci doit être calculée à partir du poids mesuré et de l'ac- célération de la pesanteur à l'endroit o s'effectue la mesure. La demande de brevet japonais publiée sous le n 52-149 154 décrit un plateau de pesée qui utilise un poids de référence devant être additionnellement chargé et déchargé pour compenser l'écart du point zéro provoqué, par exemple, par des variations de l'accélération de la pesanteur. Cependant, le plateau de pesée décrit ci-dessus mesure également le poids des objets, mais il ne peut pas en fournir la masse. En conséquence, la présente invention se propose d'apporter un système de mesure de masse du type du plateau de pesée décrit dans le brevet anglais men- tionné ci-dessus, qui peut mesurer la masse d'un objet placé sur le berceau de pesée, sans influence due aux variations de l'accélération de la pesanteur. Cette invention a donc pour objet un système de mesure de masse qui com- prend: un élément élastique principal en porte-à-faux ayant un point à son ex- trémité sur lequel s'exerce une force; un élément élastique auxiliaire en porte-à-faux ayant une rigidité à la flexion inférieure à celle du premier élé- ment élastique et étant disposé parallèlement, dans un plan vertical commun, avec ledit premier élément; un élément de détection de force disposé entre les ex- trémités libres des deux éléments élastiques,de façon à coupler ceux-ci; des moyens pour transformer une force appliquée audit élément détecteur en signal 2.2 258 1 184 électrique, et des moyens de traitement dudit signal électrique, afin de calcule la force appliquée audit élément de détection, ce système de mesure de masse tant caractérisé en ce qu'il comprend: un poids de référence ayant une masse connue; des moyens pour charger sélectivement ledit poids de référence sur l'extrémité libre dudit élément élastique auxiliaire; une première mémoire pour stocker une valeur de sortie de force délivrée par lesdits moyens de traitement et de calcul lorsque ledit poids de référence est déchargé; une seconde mémoire pour stocker une valeur de sortie de force fournie par lesdits moyens de traite- ment et de calcul lorsque le poids de référence est chargé; un soustracteur pou: calculer une différence entre les contenus desdites première et seconde mémoires une troisième mémoire pour stocker une valeur de sortie de la différence dudit soustracteur; un diviseur pour diviser une valeur de sortie de force,délivrée par lesdits moyens de traitement et de calcul, par le contenu de ladite troisième mémoire, lorsqu'un poids d'un objet dont on veut mesurer la masse est appliqué au point de l'élément élastique principal o s'exerce la force, et un multiplica. teur pour multiplier ladite masse dudit poids de référence par la valeur de sor- tie dudit diviseur. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés, qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les dessins - la Figure 1 est-une vue en élévation latérale représentant une partie mécanique d'un exemple de réalisation d'un système de mesure selon cette inventit - la Figure 2 est un schéma par blocs illustrant la partie électrique et électronique du système de la Figure 1; et, - la Figure 3 est un schéma représentant un programme de fonctionnement exécuté par le système illustré par les Figures 1 et 2. Dans l'exemple de réalisation illustré par la Figure 1, le système com- prend un plateau de pesée, désigné dans son ensemble par la référence 1, qui comporte un élément élastique principal 2 en forme de bâti rectangulaire, et un élément élastique auxiliaire 4, en forme de fléau en porte-à-faux, ces deux éléments formant partie intégrante l'un de l'autre, afin d'être couplés par une extrémité qui est fixée sur un bâti fixe 8 du dispositif, à l'aide d'un support 6. Un câble métallique 10 est fixé, par ses extrémités, aux deux extrémités libres des éléments élastiques 2 et 4, ce câble étant étiré entre lesdites ex- trémités afin de constituer un élément de détection de force, comme décrit dans le brevet anglais mentionné ci-dessus. Un berceau de pesée 14 est fixé sur l'ex- trémité libre de l'élément classique principal 2, par l'intermédiaire d'un sup- port 12. L'élément de support principal élastique 2 et l'élément du support clas- sique auxiliaire 4 sont disposés parallèlement dans un plan vertical commun, 3 2 5 8 1184 l'élément 2 présentant une rigidité à la flexion plus importante que l'élément 4. Lorsqu'un objet à mesurer est placé sur le berceau 14, l'élément principal 2 subit une flexion verticale sous l'effet de la pesanteur appliquée sur l'objet, et l'élé- ment auxiliaire 4 le suit, en raison de la tension du câble 10. Cette tension du câble 10 présente une relation spécifique avec la force appliquée, c'est-à-dire avec le poids de l'objet. Comme décrit en détail dans le brevet anglais précité, la fréquence des vibrations du cable 10 est fonction de sa tension, et, par con- séquent, elle dépend du poids de l'objet. Selon une caractéristique de cette invention, un poids de référence 20, possédant une masse m connue, est couplé à un levier 16, pivotant sur un pivot 18, fixe par rapport au bâti fixe 8, ce poids de référence étant disposé immédiate- ment au-dessus du point o s'exerce la force de l'élément principal 2. Une roue de came excentrique 22, entraînée par un moteur 24, qui est contrôlé par un sys- tème de contr6le de chargement de poids de référence 26 (Figure 2), est disposée en-dessous du levier 16, de manière à permettre un chargement sélectif du poids de référence 20 sur l'élément élastique auxiliaire 4, pour les raisons décrites ci-après. On se réfère maintenant à la Figure 2. Les vibrations mécaniques du câble métallique 10 du système de plateau de pesée 1 sont transformées, par un transduc- teur mécano-électrique 28, en un signal électrique de même fréquence que le câble , et cette fréquence est mesurée, puis transformée dans un calculateur de poids , pour donner le poids de l'objet. On trouvera, dans le brevet anglais mention- né ci-dessus, une description détaillée de la structure et du fonctionnement du transducteur 28 et du calculateur 30, et on ne les décrira donc pas. Lorsque le poids de référence 20 est enlevé de l'élément auxiliaire 4, et qu'un objet est placé sur le berceau de pesée 14, le calculateur de poids 30 pro- duit un signal indicateur du poids de l'objet: W = M.g, M étant la masse de l'objet, et g l'accélération de la pesanteur. Cette valeur Mg est stockée dans une première mémoire 32. Ensuite, le moteur 24 est mis en marche, sous le contr8le et la commande du système de contr6le de chargement de poids de référence 26, pour abaisser le poids de référence 20, ayant la masse m, sur l'élément auxiliaire 4. Par conséquent, l'élément auxiliaire 4 subit encore une flexion, afin de réduire la tension du câble 10, et le calculateur de poids produit un signal qui indique un poids réduit W = Mg - mg. Cette valeur est stockée dans une seconde mémoire 34. Les contenus des mémoires 32 et 34 sont dé- livrés à un soustracteur 36, qui produit une différence de ces deux éléments: Mg - (Mg - mg) = mg Cette valeur est stockée dans une troisième mémoire 38. Puis, le moteur 24 est à nouveau mis en action pour enlever le poids de référence.20,afin d'ame- ner le calculateur de poids 30 à produire à nouveau le poids Mg. Cette valeur est 2 5 8 1184 appliquée à un diviseur 40, et elle est divisée par le contenu de la mémoire 38. Par conséquent, le diviseur 40 produit un signal donnant une indication de] quantité: Mg = = a mg m qui est indépendante de l'accélération de la pesanteur. La masse connue m du pois de référence 20 est préalablement stockée dans un registre de masse de référence 42, et elle est appliquée à un multiplicateur 44, pour y être multipliée par la valeur de sortie a du diviseur 40, afin d'obtenir: am= ( -)m = M m Par conséquent, la masse M de l'objet ainsi obtenue est indépendante des diffé- rences locales d'accélération de la pesanteur, et elle peut être affichée sur un dispositif d'affichage approprié (non représenté). Si l'endroit o s'effectue la mesure n'est pas modifié (c'est-à-dire si la valeur de l'accélération de la pe- santeur g n'est pas modifiée), la masse de tout objet peut être obtenue simple- ment en plaçant cet objet sur le plateau de la balance, sans décharger le poids de référence 20. La valeur mg du poids de référence 20 est choisie en relation avec le poids de l'objet et le rapport des rigidités à la flexion des premier et second éléments 2 et 4. Par exemple, si le poids de l'objet est d'environ 1000 grammes, et que le rapport de rigidité des éléments 2 et 4 est de 9, de préférence, la valeur du poids de référence 20 est de 100 grammes environ. Le fonctionnement des éléments 32 à 44 (Figure 2) peut être obtenu à l'ai( d'un micro-ordinateur 46, disponible dans le commerce, couplé de manière à rece- voir le signal de sortie W provenant du calculateur de poids 30, à afficher la masse désirée M, et également à délivrer un signal de commande au système de con- tr8le de chargement de poids de référence 26. Le procédé peut être exécuté selon le programme illustré par la Figure 3. Tout d'abord, en supposant qu'un objet de masse inconnue est placé sur le plateau 14, le poids de référence 20 est déchargé, et la valeur mg du poids de référence 20 est inscrite préalablement dans une troisième mémoire du micro- ordinateur, le poids W étant obtenu à partir du calculateur 30. Cette donné relative au poids est lue lors de l'étape 50, et, durant l'étape suivante 52, on recherche si le poids de référence a été chargé. La réponse est "NON", et l'on passe à l'étape 54. Lors de cette étape, le poids W = Mg est divisé par le contenu mg de la troisième mémoire, et le résultat est multiplié par la masse de référence m préalablement stockée. Le produit résultant est affiché, lors de l'étape 56, en tant que masse désirée. Lors de l'étape suivante 58, la donnée de poids W = Mg est inscrite dans une première mémoire du micro-ordinateur, et, au 2 5 8 1184 cours de l'étape 60, on délivre un signal de commande au système de chargement de poids de référence 26, pour charger le poids de référence 20. Ensuite, le pro- cédé revient à l'étape 50, et la donnée de poids W = Mg - mg est lue. Lors de l'étape 52, la réponse à la question est "OUI", et la donnée de poids Mg - mg est inscrite dans une seconde mémoire du micro-ordinateur, lors de l'étape 62. En- suite, un autre signal de commande est fourni au système de commande 26 pour dé- charger le poids de référence 20, lors de l'étape 64. Durant l'étape suivante 66, la donnée de poids W = Mg est lue à nouveau, et elle est comparée au contenu Mg de la première mémoire, et, durant l'étape 68, on recherche si ces deux valeurs sont mutuellement égales ou non. Si elles sont égales, cela signifie que l'objet n'a pas été modifié après l'étape 58, et qu'on peut donc utiliser le contenu de la seconde mémoire. Ensuite, la différence entre les contenus de la première et de la seconde mémoire est calculée, et elle est inscrite dans la troisième mé- moire à la place du contenu précédent, lors de l'étape 70. Puis, le procédé passe par les étapes 50, 52 et 54, et la masse désirée est encore affichée: étape 58. Cependant, si l'on n'obtient pas d'égalité, lors de l'étape 68, on recommence les mêmes étapes jusqu'à l'obtention de cette égalité. Selon le schéma de la Figure 3, on notera que ce programme est répété sans fin par le chargement et le déchargement du poids de référence 20. Un tel fonc- tionnement contribue à éliminer des erreurs de mesure provoquées par un change- ment relativement rapide des conditions de la mesure. Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit et représenté, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. Par exemple, les opérations de chargement et de déchargement de poids de réfé- rence 20 peuvent être effectuées manuellement, plut8t qu'automatiquement. La forme, le mécanisme de chargement, et le mécanisme de chargement/déchargement du poids de référence, peuvent être modifiés de façon arbitraire. En pratique, il n'est pas possible d'obtenir une lecture correcte tant que le système de pesée n'a pas atteint son équilibre ou un état stable. Par con- séquent, il est préférable de prévoir une étape permettant de s'assurer que cet équilibre est bien atteint, après chaque étape de chargement ou de déchargement de l'objet ou du poids de référence, afin d'éviter une lecture incorrecte du poids. Dans l'exemple décrit ici, l'élément de détection de la force a été réalisé sous la forme d'un câble vibrant 10; cependant, en variante, on peut utiliser un élé- ment piézo-électrique. 6 2 5 8 1 184 REVENDICATIONS i - Système de mesure de masse qui comprend: un élément élastique prin- cipal en porte-à-faux ayant un point à son extrémité sur lequel s'exerce une force; un élément élastique auxiliaire en porte-à-faux ayant une rigidité à la flexion inférieure à celle du premier élément élastique et étant disposé paral- lèlement, dans un plan vertical commun, avec ledit premier élément; un élément de détection de force disposé entre les extrémités libres des deux éléments élas- tiques, de façon à coupler ceux-ci; des moyens pour transformer une force appli- quée audit élément détecteur en signal électrique, et des moyens de traitement du dit signal électrique afin de calculer la force appliquée audit élément de détec- tion, ce système de mesure de masse étant caractérisé en ce qu'il comprend: un poids de référence (20) ayant une masse connue (m); des moyens (22, 24, 26) pour charger sélectivement ledit poids de référence sur l'extrémité libre dudit élé- ment élastique auxiliaire (4); une première mémoire (32) pour stocker une valeur de sortie de force délivrée par les moyens de traitement et de calcul (28, 30), lorsque ledit poids de référence est déchargé; une seconde mémoire (34) pour stocker une valeur de sortie de force fournie par lesdits moyens de traitement et de calcul lorsque le poids de référence est chargé; un soustracteur (36) pour calculer une différence entre les contenus desdites première et seconde mémoires une troisième mémoire (38) pour stocker une valeur de sortie de la différence du- dit soustracteur; un diviseur (40) pour diviser une valeur de sortie de force, délivrée par lesdits moyens de traitement et de calcul, par le contenu de ladite troisième mémoire, lorsqu'un poids d'un objet dont on veut mesurer la masse est appliqué au point de l'élément élastique principal (2) o s'exerce la force, et un multiplicateur (44) pour multiplier ladite masse dudit poids de référence par la valeur de sortie dudit diviseur. 2 - Système de mesure de masse selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens permettant de répéter les opérations de charge- ment et de déchargmeent dudit poids de référence (20), et des moyens pour compa- rer la valeur de sortie de force desdits moyens de traitement et de calcul, à l'état non chargé dudit poids de référence, au contenu de ladite première mé- moire, et pour permettre ladite soustraction lorsque la coincidence a été obtenue