Brevet FR2598504A1 — publié le 19871113

La présente invention se rapporte à un capteur de forces à jauges de déformation pour la mesure directe d'efforts verticaux. Les capteurs de forces sont employés couramment dans les instruments et appareils de pesage en association avec un ensemble mécanique de démultiplication. C'est le cas, en particulier, pour la majorité des pèse-personnes dans lesquels le capteur de flexion est du type à simple encastrement. Or, les dimensions de ce type de capteur grandissent rapidement avec la valeur de la force appliquée. Ainsi, pour la gamme de forces utilisée, la prise de force en direct sur le capteur conduirait à des dimensions complètement disproportionnées avec les encombrements possibles des appareils. Cet inconvénient majeur a conduit les chercheurs à choisir les capteurs à double encastrement. En effet, dans ces capteurs, la lame travaillant en flexion peut supporter une force plus importante à section égale permettant ainsi d'augmenter la charge. Immobilisée par des moyens conventionnels, la lame de flexion montée directement sur un support, bâti ou châssis d'un appareil, présente les deux inconvénients majeurs suivants tendance à glissement en raison de l'immobilisation qui ne peut être parfaite : source d'hystérésis transmission des déformations du support à la lame de flexion : source d'erreurs de mesure. Or, les diverses réalisations suivantes ne donnent pas satisfaction. La lame de flexion bloquée directement à chacune de ses extrémités sur le -support de l'appareil se montre trop sensible aux déformations mécaniques dudit support pour fournir des informations exploitables en mesures de poids. Le mode de blocage ou de fixation par vis ou par bridage apporte en plus un cycle d'hystérésis et des inconvénients secondaires peu compatibles avec les exigences d'exploitation industrielle. Des modes plus élaborés de fixation directe sur le support ne permettraient pas de s'affranchir totalement des déformations dudit support. L'invention a précisément pour but de remédier aux inconvénients des précédents capteurs et de réaliser un capteur de forces à jauges de déformation dont la structure, le mode d'assemblage et de liaison au support, socle, bâti ou châssis de l'appareil, le rendent quasi insensible aux déformations dudit support. Elle vise de plus à obtenir les qualités suffisantes de stabilité et de fidélité dans les mesures, nécessaires aux applications envisagées. A cet effet, I'invention se rapporte à un capteur de forces à jauge de déformation caractérisé en ce que son corps est constitué d'une structure sandwich formée de pièces assemblées comprenant un corps de flexion inférieur, un corps de flexion supérieur séparés en extrémité par des pièces intercalaires symétriques et évidées, lesdits corps de flexion étant fixés à chacune de leurs extrémités sur les faces des pièces intercalaires par des éléments de fixation à travers les évidements des pièces intercalaires en contact d'appui sur les zones non évidées desdites pièces intercalaires jouant le rôle d'entretoise et en ce que les extrémités d'au moins un corps de flexion sont solidarisées aux pièces intercalaires au niveau des évidements par un moyen ou une matière de solidarisation. Le capteur de forces selon la présente invention offre de nombreux avantages dont on citera ci-après les principaux à titre d'exemple non limitatif. indépendance quasi totale de mouvements du corps de flexion par rapport à son support fidélité des mesures par stabilité dimensionnelle des appuis relatifs aux corps de flexion capteur économique, de prix de revient modéré compatible avec les exigences industriel les; encombrement réduit par rapport aux performances ; large étendue de capacité aucune opération coûteuse d'usinage n'entre dans sa fabrication relative insensibilité aux chocs la partie mobile transmettant l'effort se déplace le long d'une ligne et n'apporte par conséquent pas d'efforts latéraux sur ie point appui L'invention sera b;;en comprise a a lecture de la description qui suit, effectuée à titre d'exemple non limitatif sur un mode d'exécution de l'invention en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue en perspective du capteur à jauges de déformation selon l'invention la figure 2 est une vue en perspective dite éclatée du capteur à jauges de déformation selon l'invention; la figure 3 est une vue en coupe longitudinale avec figuration du socle ou du chasses et de 'appui inférieur sur le socle;; les figures de 4 à 6 sont des vues en perspective de différentes formes de découpes concernant les pièces intercalaires la figure 7 est une vue schématiq e d'une suite con tinue de pièces interca!aires par exemple conrc-rmes à la deuxième variante avant leur jndsdljçaon r sation les figures de 8 à 10 sont des vues en perspective de plusieurs types de pièces intercalaires à évidement réceptacle. On précise ici que les dimensions du capteur peuvent être adaptées à la charge dans une gamme très étendue de capacités, en particulier dans la gamme de charges difficiles à couvrir avec les capteurs utilisés couramment à savoir la piage de 10 à 10 k-q L'idée générale invent;ve cosiste ser un capteur de forces à double encastrement comprenant deux corps de flexion en structure sandwich symétrique dont le corps supérieur est monté par chacune ce ses extrémités sur le corps inférieur à travers de- pièces intercalaires symétriques d'extrémité sur lesquelles les corps de flexion sont appliqués en appui flottant, rendant l'ensemble du capteur en relative indépendance de mouvements par rapport au support porteur. On décrira ci-après un capteur dont les corps de flexion sont formés de lames. II est bien entendu que l'invention s' étend à des corps de flexion de formes différentes, notamment à des profilés à face(s) bombée(s), rainurée(s) ou toutes autres formes à contact plan suffisant avec les pièces intercalaires. Le capteur selon l'invention présente un corps rectiligne 1 de forme générale parallélépipèdique selon une structure sandwich à trois niveaux assemblés selon deux plaquettes métailiques superposées, inférieure 2 et supérieure 3, formant lames de flexion, séparées en extrémité par des pièces intercalaires 4 et 5 également métalliques jouant le rôle d'entretoises pour délimiter entre les deux lames de flexion un espace de débattement 6. On choisira comme matière de préférence l'aluminium qui présente des garanties d'anticorrosion suffisantes. La plaquette inférieure ou lame de flexion inférieure 2 communique avec le support 7 de l'appareil, châssis ou bâti, par un élément d'appui 8 en partie inférieure médiane. Elle porte, par exemple, au-dessus de l'élément d'appui 8 une pièce de butée 9 destinée à délimiter les mouvements de débattement des deux lames de flexion 2 et 3 en rapprochement l'une vers l'autre. La plaquette supérieure 3 est une lame de flexion susceptible de déformations suite à un appui transversal à son plan donné par une pièce de pression 10 en mouvements rectilignes, représentée schématiquement par un pointeau. Les pièces intercalaires d'extrémité 4 et 5 sont de petite longueur par rapport à la longueur totale des lames de flexion, inférieure et supérieure. Comme indiqué, elles jouent le rôle d'entretoise entre les lames 2 et 3, formant en partie centrale entre celles-ci un intervalle suffisant pour permettre le débattement consécutif à la déformation en flexion des lames. On a constitué ainsi une structure sandwich parfaitement symétrique permettant de s s'affranchir pratiquement totalement des mouvements du support sur lequel elle est en contact. La lame de flexion supérieure 3 reçoit la force ou la pression sur sa face supérieure. Elle possède à cet effet un léger creux 11, formant cuvette, par exemple conique, situé en partie centrale, qui marque la position du point d'appui donné par la pièce de pression 10, pointeau ou autre, de transmission mécanique de la force rectiligne d'appui à partir de la surface soumise à la pression qui n'apporte pas d'efforts latéraux sur le point d'appui. Une ou plusieurs jauges de déformation 12 convenablement disposées sur l'une ou l'autre des lames de flexion 2 ou 3, sont reliées électriquement à un circuit de mesure. A titre de variante, on peut découper la lame de flexion au niveau de son appui sur les pièces intercalaires selon des zones symétriques telles que 13 et 14, de manière à constituer une surface d'isoflexion ou de concentration des contraintes 15 évitant de devoir placer la ou les jauges 12 avec précision. Afin d'assurer la stabilité et la fidélité des mesures, les pièces intercalaires présentent les caractéristiques suivantes. Les faces sont planes et parallèles, de manière à garantir un bon contact de surface, métal sur métal, avec les volumes de flexion plaquettes ou lames adjacentes. Par ailleurs, les pièces intermédiaires présentent un évidement 16 de forme appropriée, ouvert au moins à l'une des extrémités des pièces intermédiaires, appelé à contenir la matière de solidarisation, par exemple un mastic, une colle et notamment une colle à faible retrait à base de résines époxy injectée par les ouvertures après assemblage mécanique du capteur. Comme représenté sur les figures, les évidements 16 sont de deux types : les ouvertures ou passages 17 constituées par de véritables découpes dans l'épaisseur des pièces intermédiaires et les cavités 18 formant volume-réceptacle pour la col le sur chacune des faces des pièces intermédiaires. Les formes générales présentent -une zone intérieure de réception de la colle délimitée par un périmètre ouvert selon un côté transversal d'extrémité 19. L'extrémité opposée est décalée par rapport au bord transversal adjacent de manière à former une zone transversale d'appui 20 métal sur métal qui se poursuit le long des côtés longitudinaux pour constituer une véritable bordure d'appui 21. Les éléments de sol idarisation, vis ou autres, tels que 22 et 23 sont noyés dans le volume de colle permettant de les sceller parfaitement pour éviter tout microdéplacement au niveau des vis. Un des éléments, par exemple 22, est disposé en extrémité à proximité de la zone transversale d'appui 20. L'ouverture du périmètre en extrémité procure toute la facilité nécessaire à l'insertion de la colle qui est injectée après assemblage des lames de flexion sur les pièces intermédiaires d'extrémité. Diverses formes de découpes et de volume réceptacle en creux prévus dans les pièzes interZ calaires sont possibles. 'e Fa non 9imitativeS certaines formes caractéristiques sont représentées a titre d'exemple sur les figures de 4 à 10 On peut envisager ainsi i ns des formes en trapèze 24 à petite base située côté extérieur ouvert s9 dont la grande base se poursuit en partie médiane vers l'autre extrémité par un décrochement rectangulaire 25 pour le passage de la vis 22 (figure 4). On peut aussi envisager des formes J i ver- gentes 26 à base ouverte côté extérieur 19 dont le sommet est prolongé par un espace circulaire 27 autour de la vis 22 voisine de l'extrémité fermée réalisant une découpe de forme dite en trou de serrure 28 (figure 5). On peut envisager également des formes rectangulaires 29 légèrement arrondies en extrémité 30 ou en ogive du côté transversal fermé (figure 6). Ces découpes pourront avantageusement êre faites par poinçonnage dans une bande continue de métal formant ainsi une suite continue linéaire de pièces juxtaposées à individualiser ensuite par fractionnement le long de lignes transversales de sectionnement 31 (figure 7). Cette technique de confection des pièces intercalaires conduit à des formes de pièces présentant des saillies latérales 32 et 33 en extrémité délimitant avec les bords longitudinaux et les lames des cavités supplémentaires 34 et 35 pour l' l'injection de la colle (cas représenté en figure 6). Des formes analogues sont prévues par Mes évidements doubles ou cavItés 15 pratiqués sur chaque face par érosion chimique ou électroérosion ou tout autre technique analogue. La matière de liaison ou de scellement appelée matière de solidarisation pourra dans certaines applications être remplacée par un apport de métal et être constituée par le métal meme des lames supérieure et inférieure, et former ainsi l'équivalent d'un capteur monobloc de mêmes formes techniques. On peut ainsi fondre les pieces intermédiaires qui serviront de liaison pour la réalisation d'un capteur monobloc. Ce type de capteur est alors fabriqué d'une seule pièce par moulage. La présente invention est susceptible de variations, d'adaptations et de variantes par modifications, substitutions de moyens équivalents, adjonction d'éléments inopérants et autres changements non inventifs sans pour autant sortir du cadre de la présente protection. REVENDICATIONS 1. Capteur de forces à double encastrement pourvu de jauges de déformation pour la mesure directe d'efforts verticaux caractérisé en ce que son corps (1) est constitué d'une structure sandwich formée de pièces assemblées comprenant un corps de flexion inférieur (2), un corps de flexion supérieur (3) séparés en extrémité par des pièces intercalaires symétriques (4) et (5) présentant des évidements (16), lesdits corps de flexion étant fixés à chacune de leurs extrémités sur les faces des pièces intercalaires par des éléments de fixation à travers les évidements (16) des pièces intercalaires en contact d'appui sur les zones évidées desdites pièces intercalaires jouant le rôle d'entretoises et en ce que les extrémités d'au moins un corps de flexion sont solidarisées aux pièces intercalaires au niveau des évidements (16) par un moyen ou une matière de solidarisation. 2. Capteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les volumes de flexion sont des lames métalliques dont une des faces de chaque lame ou une partie de celles-ci est solidarisée aux pièces intercalaires (4) et (5) par une matière de solidairisation. 3. Capteur selon es revendications t et 2 caractérisé en ce que la matière de solidarisation est une col le. 4. Capteur selon es revendications i et 2 caractérisé en çe que la matière de solidarisation est un-apport de métal. 5. Capteur selon les revendications 1 et 4 caractérisé en ce que les pièces intermédiaires sont fondues et réalisent une liaison monobloc entre les lames. 6. Capteur selon les revendications 1 et 5 caractérisé en ce qu'il est fabriqué par moulage. 7. Capteur selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les évidements (16) des pièces intercalaires d'extrémité (4) et (5) sont des ouvertures ou passages (17) au travers de chaque pièce. 8. Capteur selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les évidements (16) des pièces intercalaires d'extrémité (4) et (5) sont des cavités (18) présentes sur et dans les faces supérieure et inférieure formant volume réceptacle pour la colle. 9. Capteur selon les revendications 1, 2, 4 et 5 prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que les formes générales des contours des évidements présentent un côté ouvert (19) situé en extrémité de la lame de flexion correspondante et une extrémité opposée décalée par rapport au bord transversal extérieur de manière à former une zone transversale d'appui (20), métal sur métal, qui se poursuit par une bordure (21) le long des côtés longitudinaux. 10. Capteur selon la revendication 4 caractérisé en ce que la forme de l'ouverture (17) est un trapèze (24) à petite base située côté extérieur dont la grande base se poursuit en partie médiane vers l'autre extrémité par un décrochement rectangulaire (25) pour le passage de l'élément de fixation. 11. Capteur selon la revendication 4 caractérisé en ce que la forme de l'ouverture (17) est du type en trou de serrure (28). 12. Capteur selon la revendication 4 caractérisé en ce que la forme de l'ouverture (17) est sensiblement rectangulaire arrondie en extrémité (27) du côté transversal fermé. 13. Capteur selon les revendications 7 et 8 caractérisé en ce que les formes des ouvertures (17) sont celles des contours des cavités (18).