Brevet FR2603378A1 — publié le 19880304

La presente invention concerne un corps d épreuve servant a mesurer des forces, notamment pour un appareil de pesage. On a décrit dans le brevet français n 2 554 229 de la demanderesse un appareil de pesage comprenant un corps d'épreuve constitué par un barreau métallique dont l'une des extrémités est encastrée dans une partie fixe et l'autre extrémité est encastrée dans une partie mobile destinée å subir la force a mesurer. Sous l'effet de cette force, le barreau métallique subit des efforts de flexion etXou de torsion. L'une des faces de ce barreau métallique comprend un circuit électrique qui comporte des jauges d'extensométrie. Sous l'effet des déformations subies par le barreau, la résistance électrique des jauges d'extensometrie est modifiée et le circuit électrique associé a ces jauges engendre un signal électrique qui est proportionnel å la force à mesurer. Le circuit électrique y compris les jauges d'extensométrie peut Entre réaliste selon la technologie connue en microélectronique de fabrication de résistances hybrides en couches épaisses. Pour obtenir des résistances stables selon cette technologie, ces résistances doivent subir des cuissons a des tHpératures élevées de l'ordre de 900 C. De ce fait, on utilise habituellement comme support pour ces résistances des matériaux minéraux, tels l'alumine et le. céramiques qui ne subissent aucune transformation physique aux températures élevées précitées. Les capteurs de force réalisés selon cette technologie sont três performants, mais présentent une grande fragilité å l'égard des chocs mécaniques en raisons de la faible résilience des supports en alumine ou en ceramique. Dans l'article intitulé "5th European Hybrid Microelectronics Conference 1985, Stresa, Italy" par O. M. REYNOLDS et E. O. BROWNE, intitulé : Silicon, chrome. alumine, stainless steel : substrate for new product developement". on a decrit la fabrication d'un circuit hybride en couche épaisse sur un support en acier inoxydable renfermant du silicium, du chrome et de l'aluminium Un tel support en acier inoxydable présente une excellente résistance aux chocs mécaniques mais ne pourrait pas convenir dans la présente application car il ne possède pas les propriétés élastiques requises. En effet, lors du recuit a cnviron 900 C, un tel acier inoxydable subit une transformation physique qui lui fait perdre la quasitotalité de ses propriétés élastiques. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients des réalisations connues, en créant un corps d'épreuve constitué par un barreau métallique élastique comprenant sur l'une de ses faces un circuit électrique comportant des jauges d'extensométrie, qui soit a la fois performant et nettement moins sensible aux chocs mécaniques. Suivant I'invention, ce corps d'épreuve est caractérisé en ce que le circuit électrique comprenant les jauges d'extensométrie est déposé sous forme de couche sur une tale mince en acier dont les propriétés mécaniques restent sensiblement inchangées après un recuit å sensiblement 900C, cette tôle étant elle-même fixée sur une face du barreau métallique. La technologie utilisée pour réaliser le dépit du circuit électrique comprenant les jauges d'extensométrie peut etre celle décrite drns l'article de MM. REYNOLDS et BROWNE cité précédemment. Grtce a l'utilisation comme support de ce circuit d'une tale en acier dont les propriétés mécaniques restent inchangées après le recuit réalisé a sensiblement 900-C pour obtenir que les résistances, c'est-à-dire les jauges du circuit soient stables, cette tale d'acier une fois fixée sur le barreau est capable de suivre fidèlement et d'une manière parfaitement reproductible les déformations subies par le barreau métallique. Un acier pouvant convenir pour la tôle de support des jauges d'extensométrie répond avantageusement aux caractéristiques suivantes carbone 0,12 X, silicium t d 1,5 X, manganèse I Y., chrome 17 a 19 %, aluminium 0,7 å 1,2 %. Grace a ce support en tale d'acier les manipulations du circuit électrique comprenant les jauges d'extensométrie sont très aisées, compte tenu de la résistance aux chocs mécaniques de ce support Selon une version avantageuse de l'invention, la tôle d'acier est mince, son épaisseur étant inférieure ou égale a i mm. Ainsi, cette tale d'acier possède une inertie negligeable par rapport au barreau, ce qui lui permet de suivre avec une très grande précision les déformations de ce barreau. Selon une version préférée de l'invention, le circuit électrique comprenant les jauges d'extensométrie est déposé sur la tale d'acier par sérigraphie. Ce procede par sérigraphie consiste a appliquer une pate renfermant les constituants de la couche du circuit å deposer sur la tale d'acier au travers d'un masque reproduisant les contours du circuit a déposer Selon une version préférée de l'invention, le barreau métallique et la tale sont en acier présentant des coefficients de dilatation sensibl-ment graux Ainsi, on obtient un dispositif dont les caractéristiques restent insensibles aux variations de la température. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ciaprès. Aux dessins annexés donnés a titre d'exemples non limitatifs - la figure 1 est une vue en perspective d'un corps d'épreuve conforme a l'invention dont l'une des extrémites est encastrée dans un corps fixe - la figure 2 est une vue en perspective d'une variante de réalisation d'un corps d'épreuve, - la figure 3 est une vue en perspective d'une autre variante de réalisation d'un corps d'épreuve. Dans la réalisation de la figure 1, le corps d'épreuve servant å mesurer des forces est destine notamment a un appareil de pesage tel que icelui décrit dans le brevet français 2 554 229 de la demanderesse. Ce corps d'épreuve est constitué par un barreau métallique élastique 1 de forme parallélépipèdique comprenant sur une de ses faces un circuit électrique qui comporte des jauges d'extensométrie 2, 3, 4, 5, 6, 7. Ces jauges font partie d'un circuit electrique comportant un pont de Wheatsone comme décrit dans le brevet français précité. Pour ne pas trop compliquer la figure 1, le circuit électrique associé aux jauges 2 à 7 n'est pas figuré.Conformément a l'invention, le circuit électrique comprenant les jauges 2, 3, 4, 5, b, 7 est déposé sous forme de couche épaisse sur une tôle mince en acier 8 dont les propriétés mécaniques restent sensiblement inchangées après un recuit a sensiblement 900)C Cette tôle 8 est elle-mEme fixée sur l'une des faces d barreau métallique 1. La tôle 9 peut Entre par exemple en un acier répondant a la composition détaillée plus haut. La tôle mince d'acier 8 a de préférence une épaisseur inférieure ou égale a 1 mm pour que son inertie soit faible par rapport a celle du barreau i. Le dépôt de la couche formant le circuit électrique contenant les jauges 2 b 7 peut Entre réalisé conformément au procédé décrit dans l'article de MM.REYNOLDS et BROWNE cité dans l'introduction de la présente description. Dans le cas des figures 1 et 2, la tôle d'acier S recouvre entièrement une face du barreau 1. Les extrémités opposées la, lb du barreau 1 représentées hachures sur les figures sont destinées a être encastrées, l'une dans une partie fixe 9, et l'autre dans une partie mobile non représentée qui est destinée a subir la force a mesurer. Dans la réalisation de la figure i, l'une des extrémités de la tôle d'acier 8 est prise dans l'encastrement de la partie fixe 9 prévue pour l'extrémité lb du barreau 1. Il en est de meme pour l'autre extrémiste de la tôle d'acier 8. Cet encastrement des extrémités de la tôle d'acier 8 permet å celle-ci de suivre fidèlement les déformations flexion et/ou en torsion du barreau 1. On voit de plus sur la figure 1 qu'a chaque extrémité du barreau 1, ce dernier est séparé de la tôle d'acier 8 par une mince plaque 10a, 10b en matière rigide de quelques dixièmes de millimètres d'épaisseur, par exemple en acier. Grâce à ces plaques minces, il existe entre la tôle 8 et le barreau 1 une lamc d'air il qui permet d'éviter tout frottement entre la tôle 8 et le barreau 1 lorsque celui-ci subit des flexions et/ou des torsions. Dans la variante représentée sur la figure 2, la tôle d'acier 8 est fixée sur l'une des faces du barreau 1 par une couche de colle 12, telle qu'une résine époxy qui résiste aux efforts de cisaillement engendrés sous l'effet des contraintes appliquées sur le barreau 1. De préférence, le barreau 1 et la tôle 8 sont tous deux en acier présentant des coefficients de dilatation thermique sensiblement égaux. Ainsi, la tale B portant les jauges d'extensométrie ne risque pas entre soumise a des contraintes parasites dues a une différence des coefficients de dilatation thermique de cette tôle e et du barreau 1. Comme dans le cas de la réalisation selon la figure 1, les extrémités opposées la, lb du barreau représentées sur la figure 2 sont destinées a Entre encastrées respectivement dans un corps mobile et dans un corps fixe. Dans le cas où la tôle 8 est en acier suffisamment souple et élastique ou bien si les efforts de cisaillement sont faibles entre le barreau 1 et cette tôle 8, la surface de cette tale 8 peut etre inférieure a celle de la face adjacente du barreau i, comme indiqué sur la figure 3. Dans ce cas, il est inutile que les extrémités de la tale 8 soient encastrées conjointement avec les extrémités opposées du barreau dans les corps fixe et mobile. Les principaux avantages techniques de l'invention sont les suivants - étant donné que le support des jauges d'extensometrie 2 a 7 est m acier, ce support ne risque pas entre abîmé lors des manipulations ; - étant donne que cette tôle est réalisée dans un acier dont les propriétés mécaniques sont conservées mgme après un traitement v haute température, que cette tôle a une inertie négligeable par rapport à celle du barreau et qu'elle est intimement liée å ce barreau, cette tôle peut suivre très fidèlement les déformations du barreau, de sorte que le circuit électrique associé aux jauges d'extensométrie émet dans tous les cas un signal électrique qui est proportionnel å la force appliquée sur le barreau ; - du fait que la tale d'acier et le barreau présentent des coefficients de dilatation thermique sensiblement égaux, tout risque de fausse mesure due simplement à des écarts de températures est évité. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation que l'on vient de décrire et on peut apporter a ceux-ci de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, la tôle d'acier 8 peut titre fixée sur le barreau 1 par d'autres moyens que ceux décrits, tels que soudure, vissage ou rivetage, l'essentiel étant que la tale d'acier 8 puisse suivre très fidèlement les déformations du barreau 1 REVENDICATIONS 1. Corps d'épreuve servant à mesurer des forces, notamment pour appareil de pesage. ce corps d'épreuve etant constitué par un barreau métallique élastique (1) comprenant sur l'une de ses faces un circuit electrique comportant des jauges d'extensométrie (2 å 7s, caractérisé en ce que ce circuit électrique est dépose sous forme de couche sur une tale mince en acier (8) dont les proprietes mécaniques restent sensiblement inchangees après un recuit a sensiblement 900 C, cette tôle (8) étant elle-mEme fixée sur ladite face du barreau métallique (1) 2.Corps d'épreuve conforme a la revendication 1, caractérisé en ce que la tôle mince d'acier (B) a une épaisseur inferieure ou égale à 1 mm. 3. Corps d'épreuve conforme a l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit électrique comprenant les jauges d'extensométrie (2 a 7) est dépose sur la tôle d'acier (8) par sérigraphie. 4. Corps d'épreuve conforme a l'une des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que la tôle d'acier (8) recouvre sensiblement entièrement ladite face du barreau (1) 5. Corps d'épreuve conforme a la revendication 4, les extrémités opposées (la, lb) du barreau (1) étant destinées å etre encastrées, l'une dans une partie fixe (9) et l'autre dans une partie mobile destinée a subir la force à mesurer, caractérisé en ce que les extrémités opposées de la tôle d'acier (B) sont prise. dans les encastrements prévus pour le barreau (1) 6. Corps d'épreuve conforme å la revendication 5, caractérisé en ce qu'a chaque extrémité (la, lb) du barreau (1), ce dernicr est séparé de la tôle d'acier (8) par une mince plaque (lOa, lOb) en matière rigide de manière å réserver une lame d'air entre les deux éléments précites å l'extérieur des parties encastrées. 7. Corps d'épreuve conforme a l'une des revendications 1 a 4, caractérisé en ce que la tôle d'acier (8) est fixée sur ladite face du barreau (1) par une couche de colle (12) résistant aux efforts de cisaillement engendrés sur l'effet des contraintes appliquées sur le barreau. 8 Corps d'épreuve conforme a l'une des revendications 1 a 7, caracterise en ce que le barreau (1) et la tôle (8) sont en acier presentant des coefficients de dilatation sensiblement égaux.