Brevet FR2645640A1 — publié le 19901012

La présente invention a pour objet,une micro balance de précision fine électronique, qui n'est en aucun cas comparable aux diverses balances de ménage électroniques que l'on trouve actuellement sur le marché et qui n'ont qu'une précision tres approximative d'un ou plusieurs grammes. La micro balance offre une précision maximum du centigramme et est classée dans la catégorie "Précision Fines par le Service des Poids et mesures. De par ses dimensions,son mecanisme de haute précision sans pieces mobiles,elle est facilement transportable, puisqu'alimentée par pile ou batterie rechargeable. Sa destination est réservée entre autre ,aux transactions com merciales de métaux précieux, bijouteries, joailleries, prothese dentaire, numismatique, chimie, pharmacie, imerimerie, papeterie, centres de tir, armée, composants électroniques, et pour toutes branches industrielles et commerciales ou sont nécessaires des pesées de l'ordre du decigramme ou du centigramme,dans des échelles de mesure de e a se grammes, e à 100 grammes,e a 580 grammes maximum. L'originalité de l'invention réside dans la création d'un récepteur de charge particulierement réduit,mais qui ail le une grande sensibilité à à une robustesse suffisante pour supporter une charge de 500 grammes. Il est associé à une Jauge d'extensométrie spéciale,formant un module compact indépendant tres petit,qui i permi de réaliser un mécanisme de 52x52x23 millimetres. Le meme mécanisme permet de réaliser plusieurs types de balances, 9 a 50,100 et 500 grammes suivant le module de jauge employé,la preci- sion pour chaque échelle pouvant etre le décigramme ou le centigramme, Le principe adopté est celui du parallelogramne déformable classique qui agit sur le pont de Jauges d'extensométrie, importé de RFA sous la référence Z 11. La pesée se fait commue sur une balance normale en posant-la charge sur le plateau,et la lecture se fait sur un affichage à cristaux liquides,LCDrqui peut comporter 4 digits 1/2 ou 5 digits suivant la précision demandée. Un interrupteur permet la mise en marche et l'arret,deux potentio- metres permettent les réglages du zero et de la tare,celle ci dans un rapport quel conque suivant l'utilisation. Un bouton poussoir peut permettre eventuellement le calibrage de la balance en indiquant le chiffre maximum, ce qui permet de controler le bon fonctionnement de l'électronique. La figure I montre une élévation coupe longitudinale de la balance suivant AB de la figuré 2. Le boîtier se compose de deux partîes,inférieure (1) et supérieure t2) qui sont assemblées par quatre vis . La figure 2 montre une vue de dessus de la partie inférieure sans la partie supérieure, qui permet de situer l'implantation du mécanisme récepteur de charge et du circuit imprimé dans le boitier inférieur. Le boitier peut etre réalisé en matiere plastique rigide ou en métal léger injecté. Dans le cas du boitier en plastique, un enduit métallise intérieur sert de blindage contre les effets électrostatiques ou radio, EMI-RFI. La partie inférieure du boitiez (1) contient le recepteur de charge Sur la gauche se trouve le compartiment (7) de la pile SV ou de la. batterie rechargeable, Sur les quatre plots quatre vis TR (10), Le mini jack (11) permet l@alimentation secteur par transformateur séparé. La partie supérieure du boitier (2) présente au tiers de sa longueur, une partie inclinée à 24 degrés, qui porte à l'intérieur l'afficheur LCD (12) et qui offre une lecture facile de la mesure. Sur sa plage avant, à gauche, dans l'axe du point d'appui du recep- teur de charse,se trouve l'ouverture qui permet le montase du plateau C13 > .Plus avant se trouvent trois trous qui permettent le passage des axes des deux potentiometres de réglage du zéro (14) et de la tare ainsi que de l'interrupteur (16), visibles sur la figure Z. Dans le cas de transports frequents,un capot amovible en plastique rigide (17) protege les organes de réglage et le plateau. La figure 3 montre-une élévation avec coupes segmentaires du meca- nisme récepteur de charge. La figure 4 montre une vue de dessus sans le plateau. La piece de base (18) est fixée sur le fond du boitier (i) avec quatre vits TF (iS),par ses quatre pieds (20), Elle porte dans son axe longitudinal le module de jauges d'extensométrie Le parallelogramme est constitué de deux lames rectangulaires (22) et Les lames sont en bronze au au Bérylium et comportent h chaque extremit et à une distance déterminée, une ou plus leurs raynures transversales d'affaiblissement (27) qui leur donne la sensibilité requise en fonction de la precision demandée. Ces raynures peuvent etre plus ou moins larges et profondes, de section rectangulaire ou demi sphériques. La piece de base ainsi que la piece de renvoi de la pousséersont en métal antimagnétique usiné ou injecté sous pression. La piece de renvoi (25) qui porte le plateau (13), agit sur le module de jauges (21) par un axe de liaison (29) en acier inox trempé super fini qui est pris entre deux rubis sertis sur des vis (30). Détail fig.5 Le rubis côté jauge est fixe,mais le rubis de la piece de renvoi se visse dans un canon filete (31) et permet le réglage d'approche minimum d'action sur la jauge. Le montage sur rubis permet d'obtenir une fidélité parfaite du mouvement et une moindre usure dans le temps. Le mouvement est infime, de l'ordre de quelques centiemes de mm pour 58 grammes. et e quelques dixiemes de mm pour see grammes. Afin d'éviter les surcharges accidentelles,des butées, haute basse (33) limitent le mouvement verticaI du parallelogramme. Vers la partie fixe du parallelogramme, sous la lame supérieure, sont places deux vis e réglage permet d'obtenir une mesure égale en déplacant la charge à n'importe quel endroit du plateau. Le plateau (28) est réalisé en matiere pIastique rigide ou en métal léger, usiné ou injecté.Il est fixé à la piece de renvoi de la poussée A sa périphérie inférieure ,est ménagée une raynure demi ronde Sur son col 1 et central une gorge demi ronde reçoit une fine col lerette (37) en plastique tres souple qui rerme le jeu existant entre l'ouverture du boitier super leur et le collet du plateau, et qui assure l'étanchéité. Le plateau peut etre de diverses formes, circulaire, carré, rectangu- laire, ou toutes autres formes adaptées aux besoins. En dehors de l'application aux balances, ce récepteur de charges, peut etre adapté à de nombreux autres usages. Un axe quelconque peut etre monté au lieu et place du plateau et transmettre tout autre mouvement compatible avec le déplacement des jauges, comme par exemples non limitatifs ,mesure d'une pression,d'une force,d'une variation de flexion ou de dilatation d'un organe mécanique ou physique. Toutes autres unités de mesures peuvent etre obtenues par l'adapta- t ion de l'électronique grammes, carats, grains et mesures étrangeres. Une membranne barométrique adaptée permet la mesure en millimetres de Ho ou millibars. La Figure 5 montre le détail du systeme d'axe de liaison. L'axe 29 en acier inox trempé et super fini porte à chaque extre -mité un cône à 6e degrés et est pris entre les deux vis (30), qui portent chacune un rubis serti dont le cône en creux est a 96 degrés. La v is inférieure de la piece de renvoi de jauge La vis supérieure se visse dans le canon Elle est scellée apres réglage. L'axe est enveloppé par les canons sur une certain qu'en cas de choc violent,il n'ait-pas la possibilité de quitter les rubis. Le coefficient de frottement entre la pointe de l'axe et le rubis est pratiquement nul ce qui donne à ce systeme une parfaite fiabilité. l'électronique est étudiée pour ce type de balance et accordee avec le module de jauges d'extensométrie Z 11. L'alimentation se fait par pile 9 Volts alcaline ou batterie rechargeable.Pour ce cas,un mini JacK (11) est prévu a l'arriere du boîtier inférieur, Fig 2,qui permet la recharge de la batterie par transformateur et diode classique. La Figure 6 montre un schéma de principe de base, non 1 imitatif, qui est utilisé dans la micro balance. La tension est régulée par le circuit intégré (33) LM 2950 en + ou - S volts et un fnverseur de tension (34) LMC 7660 fournit par rapport au e volt, du - 5 volts pour le convertisseur analogique digital (35) ICL 7123 Le pont de jauges (36) est alimente en + 5 volts. Le signal sortant du pont de jauges å 2 mV/V, est amplifié par le montage amplificateur d'instrumentation haute performante classique comprenant les amplificateurs opérationnels (37) Ai AE A3. Les deux potentiometres 10 tours (38) Ti et (39) T2 permettent d'ajouter ou de soustraire la tare a + ou - 30 grammes et de régler le zéro s'il y a lieu.Tl réalise le réglage grossier et Ta le réglage fin.Le signal obtenu est appliqué & å l'entrée du convertisseur A/D (40) ICL 7129 de 20.000 points, avet pour unité le centigramme,et une valeur maximale de 99,99 grammes. Un détecteur de tension trop faible est incorpore dans l'ICL 7129 et commande l'indication "Batt" qui signale que la pile doit etre charge ou la batterie rechargée.Dans ce cas l'afficheur n'est plus activé pour éviter de fausses mesures L'affichage est un compteur LCD multiplexé a 4 digits 1/2 ou 5 digits suivant la précison voulue. La correction de température est assurée de + 10 a + 3e degrés C, par les éléments correcteurs intégrés dans les jauges, Fig.7, ainsi que les correcteurs des erreurs de flexion. Oes éléments complémemtaires peuvent etre ajoutés pour des écarts de températures différents Un filtrage tres élaboré annule les fréquences basses ,chocs ou vibrations intempestives de puissances normales. Un blindage intérieur du boitier par pulvérisation d'enduit metal- lisé,d'envinon 50 miorons d'épaisseur, protese l'électronique des perturbations électrostatiques et fréquences radio, RMI et- RFI, avec une efficacité de 38 a 4e dB pour des fréquences de 10 KHz å 1 GHz. La durée d'utilisation par pile est d'environ 200 heures. REVENDICATIONS 1) Micro Balance électronique portable-de précision, caracterisée en ce que malgré ses dimensions réduites, et son alimentation par pile ou betterie rechargeable, permet d'apprécier le centigramme. 2) micro balance électronique portable de précision selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle contient un microméca- nisme récepteur de charge (4) basé sur le principe classique du parallelogramme déformable formé de deux lames en bronze au Bérilyum (22 > assembles par une piece de renvoi (25) qui agit sur un capteur a jauges d'extensométrie L'électronique Fig.6 amplifie le signal du capteur et le transpose sur l'affichage LCD (12). Se Micro Balance électronique portable de précision,selon reven diction I et 2 caractérisée en ce que les lames du parallelogramme (22) (23) sont réalisées en bronze de Béryllium 4) Micro Balance électronique portable de précision,selon reven diction I et 2 caractérisée en ce que le systeme de liaison entre la piece de renvoi (25) et le capteur (6) est un axe biconique (29) pris entre deux rubis (30) 5) Micro Balance électronique portable de précision,selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractér isée en ce que le meme type de capteur,mais de sensibilité différente permet trois echelles de pesage,50,100,500 gr et précision de 0,1 ou e1ei gr. 6)Micro Balance électronique portable de précision selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisée en ce que l'électnonique adaptée permet de mesurer en Carat en Gr-ain ou tout autre systeme de mesure. 7 > Micro Balance électronique portable de précision selon -l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que, a la place du plateau (13) tout autre systeme peut etre adapté pour d'autres mesures Une membrane barométrique permet de mesurer en