Brevet FR2777994A1 — publié le 19991029

L'invention concerne un dispositif de mesure d'effort axial de traction ou compression sur une pièce. Dans la pratique courante la mesure de la tension ou de la compression axiale dans une tige, une barre, un tube, un câble ou un élément d'assemblage est réalisée au moyen de dispositifs placés, fixés ou collés à la surface de ces éléments, par exemple jauges de déformation, extensomètres mécaniques, etc.. Dans ce cas les efforts de tension ou de compression sont déduits par calcul des déformations mesurées en surface. De tels éléments se révèlent toujours soit encombrants, soit fragiles, soit peu fiables lors d'une utilisation prolongée dans le temps, notamment lorsque15 l'environnement sévère nécessite d'affronter des chocs, des vibrations, des températures élevées, l'humidité, l'irradiation etc.. L'objectif de l'invention est de permettre la mesure directe et permanente des efforts dans un élément utilisé pour la tension ou la compression en faisant appel à un dispositif robuste, stable dans le temps, insensible à l'ensemble des agressions extérieures. Le dispositif peut être très aisément démonté, vérifié et remplacé. Les applications possibles du dispositif sont par exemple la réalisation de tendeurs pour la mise sous tension de câbles et la surveillance continue ou périodique de cette tension, la mesure d'efforts de manoeuvre dans la tige de commande de robinets, la surveillance de colonnes mécaniques30 telles les colonnes de presses soumises aux sollicitations diverses au cours de leur fonctionnement, la mesure et la gestion des efforts développés dans les tiges de vérins, l'instrumentation des éléments utilisés pour l'assemblage mécanique, tels que tiges filetées, vis, goujons, pièces35 d'ancrage etc.. Le dispositif est composé sous sa forme la plus. générale d'une pièce tubulaire dans laquelle est fixée en son intérieur et à l'une de ses extrémités, l'extrémité d'une pièce dite de référence dont la longueur est sensiblement comparable à cette pièce tubulaire et dont la section de forme adaptée lui permet d'être libre et non solidaire de la pièce tubulaire. A l'extrémité restée libre de la pièce tubulaire, est fixé un capteur de mesure sans contact de distance visant l'extrémité libre de la pièce de référence installée à l'intérieur de cette pièce tubulaire, fixée à son extrémité opposée. L'effet d'une traction ou d'une compression axiale de la pièce tubulaire entraîne son allongement ou sa contraction, tandis que la pièce de référence installée à l'intérieur garde sa longueur initiale, le capteur solidaire de la pièce tubulaire et visant l'extrémité de la pièce de référence installée à l'intérieur, mesure à distance les15 variations dimensionnelles d'une pièce par rapport à l'autre. Ces variations de distance liées aux connaissances des lois de déformation élastique ou plastique des matériaux permettent d'être traduites en valeur d'effort.20 Les matériaux composant la pièce tubulaire et de la pièce axiale installée à l'intérieur et fixée à l'une de ses extrémités peuvent être choisis de telle sorte à éliminer ou minimiser les effets de dilatation différentielle due à la température: par exemple en réalisant la pièce tubulaire et25 la pièce de référence installée à l'intérieur avec le même matériau. Il est bien évidemment possible d'inverser la disposition décrite plus haut en fixant le capteur de mesure de distance sur la pièce de référence installée à l'intérieur de la pièce tubulaire et placé de telle sorte à viser une cible fixée à l'extrémité libre de la pièce tubulaire. Le capteur de mesure de distance sans contact peut être de nature diverse à condition d'être suffisamment sensible à la mesure de distance. Plusieurs technologies sont possibles: capteur de mesure par courants de Foucault, capteur capacitif, capteur magnétique par réluctance variable, capteur de mesure optique etc.. Ces capteurs sont suffisamment petits et miniaturisés pour être placés dans la pièce tubulaire et ne pas apparaître de l'extérieur autrement que par la connexion5 qui les relie à l'étage électronique de conditionnement et de traitement du signal. L'élément ainsi construit conserve une forme extérieure simple, robuste, intégrant totalement le dispositif de mesure sensible.10 L'invention est décrite plus en détail à l'aide des figures suivantes annexées à titre d'illustration et à titre non limitatif. Ces figures schématisent une réalisation préférée de l'invention. - La figure 1 est une vue du dispositif à l'état monté, selon une coupe diamétrale de la pièce tubulaire. - La figure 2 représente en détail l'un des capteurs utilisés. - La figure 3 représente une variante de la mise en oeuvre du dispositif dans une pièce de dimension importante. Comme le montre la figure 1 la mesure des efforts axiaux est réalisée sur une pièce tubulaire (1) réalisée à partir d'un cylindre foré sur toute sa longueur. Cette pièce comporte aux deux extrémités deux parties filetées externes (6) et deux parties filetées (7) et (8) internes. Les parties filetées externes (6) permettent de fixer la pièce pour la placer en traction ou en compression à l'aide d'écrous, ou de pièces taraudées. La partie filetée (7) permet de fixer dans la pièce tubulaire (1) une tige cylindrique dont l'une des extrémités (9) est dressée et perpendiculaire à l'axe et l'autre extrémité comporte un renflement cylindrique fileté. Cette dernière partie est vissée dans la partie filetée (7) à l'aide d'une empreinte (11) de forme adaptée destinée à faciliter le montage de l'ensemble et éventuellement à régler la position en profondeur de la tige (2) dans la pièce tubulaire (1). La partie filetée (8) permet de recevoir un bouchon cylindrique (3) fileté sur sa surface extérieure cylindrique. Le bouchon est vissé dans la partie filetée (8) au moyen d'une clé à ergots en utilisant des empreintes diamétrales (12).10 Le bouchon (3) permet de recevoir le capteur de mesure de distance sans contact (4), ce dernier est collé ou vissé dans un logement approprié. Le capteur est connecté à une prise multibroches (5) afin de permettre sa liaison avec l'extérieur vers l'étage de mesure électronique. La face active du capteur (4) affleure la surface dressée (9) de la tige (2) qui fait office de cible pour la mesure. La distance (10) qui sépare la face active du capteur de la surface cible dressée (9) de la tige (2) est convenablement ajustée par positionnement en profondeur dans la pièce tubulaire (1) du bouchon (3) ou de la tige (2) en vue de permettre de mesurer un allongement ou une contraction de la pièce tubulaire (1) dans l'échelle de25 l'effort prévu pour l'utilisation. Une gorge circulaire (13) pratiquée sur la tige (2) permet de recevoir éventuellement un joint torique en matière élastique (14) pour être en appui sur la face interne de la pièce tubulaire (1) et d'éviter pour la tige30 (2) d'être soumise à un déplacement latéral et éventuellement être le siège de vibrations. Il est possible de décrire le capteur (4) dans une des versions possibles à l'aide de la figure 2 représentant un capteur de mesure de distance sans contact par méthode inductive, dont l'emploi est connu. Dans cette configuration l'élément sensible du capteur (4) est composé d'un circuit magnétique (15) sur lequel sont enroulées deux bobines, l'une constituant le circuit primaire (18) l'autre le circuit secondaire (19). Cet ensemble est généralement réalisé à l'aide d'un bloc de ferrite. Le circuit magnétique ainsi composé est disposé à une distance (17) de la cible magnétique (16) permettant aux lignes de champ (20) de se refermer dans l'ensemble circuit magnétique (15) et cible (16). La variation de l'entrefer (17) provoque naturellement la variation de la réluctance magnétique de cet ensemble. Le capteur est exploité à l'aide d'un ensemble électronique composé d'un oscillateur (21) et d'un convertisseur de tension en courant (22) connecté sur l'enroulement primaire (18) et d'un amplificateur et un15 filtre passe bande (23), un démodulateur (24) et un filtre passe bas (25) connectés sur l'enroulement secondaire (19). Le signal de sortie (26) dépend de la valeur de l'entrefer (17) et peut être utilisé pour déterminer la distance du capteur de la cible.20 D'une autre façon le dispositif peut être également mis en oeuvre localement dans une partie limitée d'une pièce, partie dans laquelle s'exerce un effort que l'on cherche à mesurer et à surveiller.25 Pour cela un trou borgne est foré dans cette partie de la pièce dans la direction o s'exerce l'effort à mesurer. Une tige de diamètre inférieur au diamètre du forage est insérée dans le trou borgne et fixée au fond par exemple par collage. Le capteur est placé au voisinage de30 l'ouverture du trou borgne pour viser l'extrémité libre de la tige de référence. La figure 3 montre cette disposition par exemple dans le cas d'une pièce (27) serrée au moyen d'écrous (31) et d'une barre très longue (28) dans laquelle le dispositif a été mis en oeuvre sur une partie de celle-ci sur l'une de ses extrémités, la tige de référence (29) a été usinée pour comporter une extrémité renflée ajustée au diamètre du trou et pour être collée au fond de celui-ci (30). Cette disposition est particulièrement avantageuse dans le cas o la pièce ne présente pas une forme régulière. A titre d'exemple il est possible de citer le cas de pièces d'ancrages qui présentent sur l'une des extrémités une partie filetée destinée à l'opération de mise sous tension et une partie fendue ou recourbée à l'autre extrémité. Dans ce cas le dispositif peut être placé du côté o l'extrémité est droite et filetée. Enfin le dispositif peut recevoir un perfectionnement consistant à placer dans l'espace libre autour de la pièce de référence un fil conducteur de l'électricité, isolé par une gaine. Les deux extrémités de ce fil sont ressorties à l'extérieur par un passage approprié, par exemple en bout de l'ensemble afin de pouvoir être connectées sur une source de courant électrique. Le fil fonctionne alors comme une résistance chauffante et permet d'élever la température de l'ensemble de la pièce et de ce fait, d'entraîner sa dilatation. Il est ainsi possible de profiter de l'allongement de la pièce pour positionner à chaque extrémité des éléments de fixation complémentaires, tels par exemple des écrous sur l'ensemble qui est à serrer ou à comprimer.25 Le refroidissement de l'ensemble entraîne sa contraction en longueur et permet de réaliser le serrage ou la compression. A température ambiante normale il est possible de connaître à l'aide du capteur de mesure l'allongement résiduel dû au serrage, donc l'effort de compression obtenu. LEGENDES DES FIGURES Fiqure 1 1 Pièce tubulaire 2 Tige interne 3 Bouchon support du capteur 4 Capteur de mesure de distance Prise de raccordement 6 Filetage externe 7 Filetage Interne 1 8 Filetage interne 2 9 Cible de mesure Distance mesurée 11 Empreinte de montage 12 Empreintes diamétrales 13 Gorge circulaire 14 Joint torique Fiqure 2 4 Capteur de mesure de distance Circuit magnétique 16 Cible magnétique 17 Distance mesurée 18 Circuit primaire 19 Circuit secondaire Lignes de champ magnétique 21 Oscillateur 22 Convertisseur de tension en courant 23 Amplificateur et filtre passe bande 24 Démodulateur Filtre passe bas 26 Signal de sortie Fiqure 3 27 Pièce serrée 28 Barre 29 Tige de référence Fond de forage 31 Ecrous REVENDICATIONS Revendication 1 Dispositif pour la mesure des efforts de tension ou de compression par détermination de l'allongement ou de la contraction à l'aide d'un capteur de mesure de distance sans contact, fixé à l'une des extrémités d'une pièce creuse tubulaire de section appropriée et ledit capteur visant l'extrémité libre d'une pièce de référence placée à l'intérieur de la pièce creuse tubulaire. Cette pièce de référence est fixée à son autre extrémité à l'extrémité opposée de la pièce creuse tubulaire, de telle sorte à pouvoir mesurer l'allongement de la pièce creuse tubulaire soumise à l'effort par rapport à la pièce de référence qui elle, est non soumise à l'effort. Revendication 2 Dispositif de mesure selon la revendication 1 caractérisé en ce que dans celui-ci le capteur au lieu d'être solidaire de la pièce creuse tubulaire, est solidaire de la pièce de référence, dans ce cas il est fixé à l'extrémité de la pièce de référence et vise une cible installée à l'extrémité de la pièce creuse tubulaire. Revendication 3 Dispositif de mesure selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte le capteur de mesure sans contact utilisant un principe de mesure magnétique, électromagnétique, capacitif ou optique. Revendication 4 Dispositif de mesure selon la revendication 1 caractérisé en ce que dans celui-ci la sortie des fils de connexion peut être pratiquée par l'extrémité de la pièce35 creuse tubulaire ou au travers du corps de celle-ci par un trou pratiqué dans la paroi tubulaire. Revendication 5 Dispositif de mesure selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est utilisé pour mesurer l'allongement d'une partie d'une pièce de grande dimension de forme complexe, par un forage local de cette pièce et la mise en place dans ce forage de la pièce de référence.5 Revendication 6 Dispositif de mesure selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il y soit installé un dispositif chauffant pouvant être relié à une source d'énergie10 électrique extérieure capable de permettre par dilatation thermique d'entraîner l'allongement de la pièce creuse tubulaire et d'exploiter ensuite lors de son refroidissement la contraction correspondante pour effectuer le serrage de pièces.