Brevet FR2904110A1 — publié le 20080125

B.08121 APPAREIL ELECTRONIQUE DE PESEE La présente invention est relative à un appareil de pesée du genre pèse- personne, pèse-bébé ou balance de ménage, notamment du type électronique comportant des jauges d'extensométrie associées à un circuit électronique de mesure délivrant un signal qui est fonction du poids à mesurer et elle concerne plus particulièrement la structure d'un tel appareil. Un appareil de pesée comprend en principe un plateau susceptible de recevoir la charge dont le poids est à mesurer, au moins un capteur comportant des jauges d'extensométrie disposées sur un corps d'épreuve, l'une des extrémités de ce corps étant reliée au plateau et l'autre à un socle ou à un pied destiné à reposer sur une surface plane. Les deux extrémités de ce corps d'épreuve sont encastrées au plateau et au socle et elles délimitent une barre en un matériau élastique supportant les jauges de contrainte et déformable essentiellement par flexion sous l'effet de la charge appliquée. Les jauges de contrainte sont reliées à un circuit électronique apte à convertir les déformations subies par les jauges en signaux électriques et transformer ces derniers en valeurs numériques correspondant au poids mesuré affiché ensuite à l'écran de l'appareil. Un tel appareil est décrit dans le document WO 91/09286 où le pèse-personne comporte quatre capteurs plans comportant une base de fixation au socle de l'appareil, la base étant reliée par un barreau supportant les jauges de contrainte à une partie d'application de charge en provenance du plateau. La base du capteur est fixée par des vis aux quatre coins d'un socle rectangulaire, la partie d'application de charge recevant la charge appliquée par le plateau au niveau de deux points d'application situés de part et d'autre de l'axe médian du barreau. Ce document décrit, certes un plateau de pèse-personne plus économique, car reposant sur quatre capteurs indépendants, mais reliés électriquement ensemble pour mesurer la charge appliquée. Toutefois, leurs fixations au socle et au plateau doivent être rigides, ce qui rend les capteurs dépendants par le plateau et engendre des problèmes métrologiques. De 1 2904110 2 surcroît, une telle fixation à plusieurs vis ou rivets par capteur rend l'assemblage coûteux. Le document US 5 929 391 décrit un autre exemple de pèse-personne à quatre 5 capteurs supportant le plateau, mais où la charge est appliquée à chaque capteur par une structure de pied correspondante. Plus particulièrement, chaque structure de pied comporte un boîtier renfermant une interface rigide, des écarteurs, le capteur et un sous-ensemble d'application de force en provenance du pied. Le pied prend appui sur une, voire deux, protubérances 10 du capteur par l'intermédiaire dudit sous-ensemble comportant une pièce métallique protubérante au milieu d'un ressort. Une telle structure, certes, ayant des appuis plus souples, donne de meilleurs résultats métrologiques que celle du document précédent, mais au prix d'un assemblage de nombreux composants et, de ce fait, sa structure est complexe et de réalisation coûteuse, 15 le montage de tous ces composants se prêtant difficilement à une automatisation. Le but de l'invention est de proposer un appareil électronique de pesée de structure et montage simplifiés, facile à industrialiser, pour un faible coût, tout 20 en étant fiable en fonctionnement. Un autre but de l'invention est de proposer un appareil électronique de pesée à multipoints d'appui, intégrant des capteurs de poids de construction simplifiée, tout en étant aptes à réaliser des mesures précises. Un autre but de l'invention est un appareil électronique de pesée ayant un nombre réduit de composants, en étant plus économiques à fabriquer et à assembler, tout en offrant les caractéristiques métrologiques requises. 30 Ces buts sont atteints avec un appareil électronique de pesée comportant un plateau de réception de charge et un socle, ainsi qu'au moins trois capteurs de force essentiellement plans, supportant le plateau et comportant des jauges de contrainte pour générer un signal électrique correspondant à la charge appliquée, 25 2904110 3 du fait que les capteurs sont directement montés entre le plateau et le socle et en ce que le plateau, ou le socle, ou le plateau et le socle intègrent des moyens d'orientation des capteurs ainsi que des protubérances d'application de charge, chaque protubérance coopérant avec un capteur pour concentrer en un seul 5 point la charge qui lui est appliquée. L'appareil comporte donc au moins trois capteurs de force essentiellement plans et indépendants, chaque capteur délivrant un signal correspondant à un pourcentage du poids mesuré. Un tel appareil à plusieurs capteurs, dit à 10 multipoints d'appui, peut déjà être fabriqué de manière plus économique, en utilisant moins de matière que pour un appareil équivalent à capteur unique. Par capteur essentiellement plan, on comprend un capteur qui est réalisé à partir d'une plaque plane, même si des surépaisseurs, par exemple de l'ordre de quelques mm venaient à être réalisées par des opérations ultérieures de 15 déformation de la matière de la plaque de base. Selon l'invention, ces capteurs sont montés directement entre le plateau et le socle, c'est-à-dire qu'ils viennent directement en contact avec le plateau et le socle, sans utiliser de pièces interposées, ce qui permet déjà de réduire le 20 nombre de pièces et d'en simplifier le montage. Selon l'invention également, le plateau ou le socle comportent, d'une part, des moyens d'orientation de chaque capteur plan, parallèlement au plateau et au socle, tout en assurant simultanément une mise en place correcte du capteur 25 par rapport au point d'application de la force. Le plateau ou le socle comportent, d'autre part, des protubérances d'application de la charge, une seule protubérance étant prévue pour chaque capteur. Les moyens d'orientation et les protubérances peuvent appartenir au plateau, ou au socle, ou à l'ensemble des deux (par exemple les protubérances peuvent appartenir 30 au socle et les moyens d'orientation au plateau). Par protubérance d'application de la charge, on comprend un relief orienté verticalement, en étant perpendiculaire à la surface interne du plateau ou du socle, et dont le sommet est soit ponctiforme, de préférence sphérique, conique ou cylindrique à faibles 2904110 4 dimensions (de l'ordre des mm) ou soit il forme une génératrice d'appui perpendiculaire au barreau des capteurs. Ainsi, le capteur peut être correctement installé à l'intérieur de l'appareil, par exemple en l'orientant par rapport à son contour externe. Compte tenu du fait que les jauges de contrainte 5 sont disposées à des emplacements prédéterminés, choisis en fonction de la géométrie du capteur, la bonne orientation du capteur par rapport au plateau ou au socle permet de lui appliquer la charge en un point précis par rapport aux jauges. Du fait que, grâce à la protubérance d'application de la charge, la charge est appliquée au capteur en un seul point d'application qui est, de plus, 10 déterminé grâce aux moyens d'orientation du capteur, celui-ci peut fonctionner de manière précise, en transmettant toujours un signal proportionnel à la force, même pour une géométrie simplifiée de ce dernier. Ainsi, le capteur pourrait être réduit à un simple barreau subissant une flexion, le barreau étant encastré à l'une des extrémités, l'autre extrémité recevant une charge verticale (le poids) 15 de manière ponctuelle, en provenance de la protubérance, ce qui neutralise les effets des éventuels moments parasites pouvant être dus à une application excentrée du poids sur le plateau. De préférence, ledit capteur a une forme générale en T, comportant au centre un 20 barreau déformable portant les jauges de contrainte, la protubérance d'application de la charge prenant appui à l'extrémité libre du barreau. Un tel capteur peut être réalisé facilement à partir d'une plaque plane en pratiquant, au centre, un découpage en U définissant un barreau au centre, les 25 parties latérales servant de fixation. Le barreau est déformable et porte les jauges de contrainte. La partie entourant le barreau permet, de par sa forme et ses dimensions, une bonne orientation du capteur par rapport à son logement à l'intérieur du plateau ou du socle, la protubérance d'application de charge prenant appui, elle, à l'extrémité libre du barreau. Un tel capteur dont le barreau central 30 porte les jauges de contrainte et reçoit en même temps l'application de la charge, présente une géométrie simplifiée et, par conséquent des dimensions réduites, ce qui a pour effet une économie de matière importante. 2904110 5 Avantageusement, ledit barreau comprend une saillie à son extrémité libre coopérant avec la protubérance d'application de charge. L'appareil peut fonctionner correctement même avec un barreau ne 5 comprenant pas de saillie ou protubérance à son extrémité libre, la protubérance du socle, respectivement celle du plateau, permettant à elle seule d'appliquer la force de manière précise au capteur. On préfère toutefois réaliser une telle protubérance à l'extrémité libre du barreau, car elle permet d'appliquer la charge de manière encore plus précise et plus ponctuelle, tout en garantissant 10 un bon fonctionnement de l'appareil au cours du temps, le capteur et donc sa protubérance étant réalisés en un matériau métallique, à faible usure dans le temps. De préférence, le plateau et/ou le socle comportent des surépaisseurs prenant 15 appui sur le pourtour du capteur Ces surépaisseurs assurent le débattement en fléchissement du barreau soumis à la charge appliquée et donc un fonctionnement correct de l'appareil. 20 Dans un mode avantageux de réalisation de l'invention, la protubérance d'application de la charge est réalisée à l'extrémité libre d'une lame découpée dans la surface du plateau ou du socle. Une telle lame découpée, tout en étant reliée par une attache au plateau ou au 25 socle, permet plus de flexibilité dans l'application de la charge, ayant pour effet de rendre indépendants les capteurs, pour une meilleure hystérésis, un meilleur retour à zéro de l'appareil et une excellente linéarité du signal mesuré. De préférence, ladite lame découpée appartient au socle de l'appareil et 30 comporte un bossage d'appui au sol. Le bossage d'appui au sol de la lame flexible assure le contact avec la surface de support de l'appareil, le bossage étant protubérant par rapport au socle, il 2904110 6 constitue alors une surépaisseur permettant un hors contact entre le sol et le socle de l'appareil. Par ailleurs, de par sa possibilité de rotation, la lame découpée assure un débattement plus important de l'ensemble de l'appareil, autour de son point d'articulation, sans faire appel à des surépaisseurs 5 importantes à l'intérieur de l'appareil, permettant de réaliser un appareil à profil encore plus mince. De préférence, les capteurs sont montés au plateau ou au socle en utilisant des moyens de fixation à enclenchement direct. De tels moyens à fixation par simple pression (par exemple en utilisant des clips ou crochets d'encliquetage, etc.) assurent une fixation rapide du capteur par rapport à son logement dans le plateau ou le socle, réduisant ainsi le temps et le coût de montage de l'appareil. 15 De préférence, les capteurs, le circuit électronique de l'appareil et leurs câbles de connexion électrique sont reliés ensemble et forment un module de pesée directement monté entre le plateau et le socle. 20 Les composants du circuit électrique de l'appareil sont connectés ensemble avant leur montage dans l'appareil, ce qui a pour avantage la possibilité d'automatiser leur assemblage, les soudures au niveau des connexions électriques pouvant également être réalisées alors de manière automatisée. Ceci simplifie par la suite le montage de l'appareil, un tel module pouvant être 25 mis en place lors d'une même manipulation de montage. Avantageusement, ledit plateau et/ou ledit socle sont réalisés en une matière plastique par une technique d'injection. 30 Les formes complexes du plateau et/ou du socle sont ainsi réalisées, de manière économique par injection d'une matière plastique, telle par exemple l'ABS ou le PS. 10 2904110 7 Dans une première variante de réalisation de l'invention, le plateau comporte des nervures internes coopérant avec des contre nervures internes du socle pour rigidifier l'ensemble. 5 Ceci permet de réaliser un pèse-personne très peu coûteux, facile à assembler, par exemple par simple encliquetage du plateau et du socle, ceux-ci étant suffisamment rigides pour supporter sans se déformer le poids à mesurer. Dans une deuxième variante de réalisation de l'invention, chaque capteur est 10 fixé au socle moyennant un volet rabattable. Un tel volet articulé sur le socle de l'appareil permet de renfermer le capteur dans son logement prévu à cet effet, le volet formant ensuite support pour une plaque de mesure ayant une rigidité adaptée au poids à mesurer. Tout en 15 comportant les surépaisseurs nécessaires au bon fonctionnement du capteur, un tel volet présente donc des dimensions réduites, correspondant à celle du capteur et permettant de supporter, en sa partie supérieure, un plateau d'application de charge. 20 Dans une autre variante de réalisation de l'invention, le plateau est une plaque rigide d'application de charge. Une telle plaque rigide d'application de charge comporte des surépaisseurs prenant appui sur le capteur et des moyens d'assemblage au socle de 25 l'appareil. L'invention sera mieux comprise à l'étude des modes de réalisation pris à titre nullement limitatif et illustrés dans les figures annexées dans lesquelles : la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un capteur de force utilisé 30 avec l'appareil de l'invention; la figure 2 est une vue en perspective d'un module de pesée; la figure 3a est une vue éclatée montrant les principaux composants d'un appareil selon un premier mode de réalisation de l'invention et la figure 3b 2904110 8 une vue en coupe de l'appareil de la figure 3a, ses composants étant assemblés; la figure 4a est une vue en perspective montrant le socle d'un appareil selon une première variante d'un deuxième mode de réalisation de 5 l'invention, la figure 4b une vue en perspective du socle de la figure 4a avec les capteurs mis en place et la figure 4c est une vue similaire à celle de la figure 4b, après la fixation des capteurs la figure 5a est une vue éclatée montrant les principaux composants d'un appareil selon une deuxième variante du deuxième mode de réalisation 10 de l'invention et la figure 5b une vue en coupe de l'appareil de la figure 5a, ses composants étant assemblés; la figure 6a est une vue éclatée montrant les principaux composants d'un appareil selon une troisième variante du deuxième mode de réalisation de l'invention et la figure 6b une vue en coupe de l'appareil de la figure 6a, 15 ses composants étant assemblés. Les figures 3 à 6 montrent des exemples de réalisation de l'appareil de l'invention, plus particulièrement des pèse-personnes, comprenant chacun un plateau 10 susceptible de recevoir le poids à mesurer, plateau 10 qui est 20 supporté par un socle 20 et renferme avec ce dernier plusieurs capteurs de force 1 (figure 2). Le capteur de force 1, tel que mieux visible à la figure 2, est réalisé à partir d'une plaque métallique plane d'une épaisseur comprise entre 1 et 5 mm, il a une 25 forme générale de T comportant un barreau central 2. L'une des extrémités du barreau 2 est reliée à une partie de fixation comportant deux bras 4 qui entourent le barreau 2, partie de fixation destinée à être encastrée dans le plateau ou dans le socle de l'appareil, alors que l'extrémité 5 opposée est libre, pouvant fléchir sous l'effet de la charge appliquée, notamment le poids P (figure 1). Le barreau 2 30 du capteur supporte des jauges de contrainte 3, par exemple, deux jauges montées en demi pont de Wheatstone reliées au circuit électronique de commande de l'appareil pour convertir les déformations subies par les jauges en signaux électriques, transformer ces derniers en valeurs numériques 2904110 9 correspondant au poids mesuré et les afficher. Les jauges de contrainte 3 sont, par exemple, déposées sur la surface d'une céramique par une technique de sérigraphie, cette céramique étant ensuite reportée par collage sur le barreau 2 par une technologie dite de couche épaisse. La figure 1 montre 5 schématiquement en coupe un capteur de force 1 dont l'une de ses extrémités est encastrée au plateau 10, alors que l'extrémité opposée 5 reçoit le poids P à mesurer. Selon un aspect avantageux de l'invention, le capteur reçoit la force de réaction 10 au niveau du socle 20 moyennant une protubérance 22 d'application de charge. Dans une réalisation préférée de l'invention, le capteur 1 comporte une saillie 6 au niveau de son extrémité libre 5, saillie destinée à coopérer avec la protubérance 22 du socle 20. Une telle saillie 6 peut être avantageusement réalisée par emboutissage pour une épaisseur d'environ 1 mm. La saillie 6 15 permet de dégager un espace entre le socle 20 et le barreau 2, en plus de celui dégagé par la protubérance 22. De surcroît, le capteur étant réalisé en acier, son usure dans le temps (et implicitement celle de la saillie 6) sera quasiment nulle, assurant ainsi un appui constant, en un même point du capteur. 20 Selon un autre aspect avantageux de l'invention, les capteurs 1, le circuit électronique 7 et leurs câbles 8 de connexion forment un module de pesée 9. Un tel module est réalisé en alimentant une chaîne de montage, de préférence automatisée, en capteurs 1 et en circuits électroniques 7 et en réalisant les soudures au niveau des connexions des quatre capteurs 1 avec un circuit 25 électronique 7 au niveau des extrémités des câbles 8. Un tel module de pesée 9 peut par la suite être rapidement assemblé à l'intérieur d'un appareil, tel que représenté aux figures 3 à 6 et expliqué par la suite. Les figures 3a et 3b illustrent un appareil de pesée selon un premier mode de 30 réalisation de l'invention où le module de pesée 9 est directement placé entre un plateau 10 et un socle 20. Plus particulièrement, la surface interne du plateau 10 comprend deux crochets 14 élastiques ou clips de fixation venant se fixer autour des bras 4 de fixation du capteur 1. Des surépaisseurs 11,12 sont également 2904110 10 formées sur la surface interne du plateau 10, entre les crochets 14 et sont destinées à prendre appui sur la partie de fixation du capteur 1 lorsqu'il est monté entre le plateau et le socle et permettre ainsi le fléchissement du barreau 2 en direction du plateau 10. Le socle 20 possède un fond complet, sans pieds, tout 5 en étant muni de protubérances 22 d'application de charge au capteur 1. Chaque protubérance 22 est alignée sur une protubérance 6 du capteur 1 et lui transmet une charge ponctuelle, dans un emplacement prédéterminé. Ainsi, même si la surface d'appui du socle présente des irrégularités, la charge est toujours appliquée de manière ponctuelle au capteur, ce qui assure une bonne précision 10 de mesure. Ce type de structure convient parfaitement à des balances de ménage exigeant une résolution très fine et donc peu d'erreurs de mesure. Le bord du socle est écarté de la surface interne du plateau pour éviter tout contact avec celui-ci, le bord du plateau pouvant recouvrir celui du socle. Pour maintenir la cohésion de l'ensemble plateau 10, socle 20 et module de pesée 9 le plateau 15 10 et le socle 20 peuvent être reliés entre eux à l'aide d'un ou plusieurs ressorts. Les figures 4 à 6 illustrent un appareil de pesée selon un deuxième mode de réalisation de l'invention où des lames 21 sont découpées aux quatre coins du socle 20, chaque lame 21 comportant une protubérance 22 d'application de 20 charge au capteur 1. Tel que mieux visible à la figure 4a, une lame 21 a une forme générale rectangulaire comportant une attache 24 la reliant au socle 20 et une extrémité libre 25. La protubérance 22 est réalisée dans la proximité de son extrémité libre 25. Deux surépaisseurs 26 sont réalisées de part et d'autre, parallèlement à la lame 21, sur la surface interne du socle 20 et assurent le bon 25 placement et le bon fonctionnement des capteurs 1. La lame 21 prend avantageusement appui sur le sol au moyen d'un bossage 23 (fig. 5a,5b et 6a, 6b) réalisé en une même pièce et un même matériau que la lame 21 ou, dans une variante le bossage 23 est un tampon en caoutchouc à propriétés antidérapantes. 30 Dans une première variante du deuxième mode de réalisation de l'invention illustrée aux figures 4a à 4c, chaque capteur 1 est agencé sur le socle 20 à l'intérieur d'un logement 19 fermé par un volet rabattable 18 moyennant un 2904110 11 crochet 17. La surface interne du volet 18 comporte des surépaisseurs 11,12 prenant appui sur les bras 4 du capteur 1. Lors du montage (fig. 4b), un module de pesée 9 est placé sur le socle 20, chaque capteur 1 prenant place dans un logement 19, leurs bras 4 reposant sur des surépaisseurs 26 et l'extrémité libre 5 5 du barreau 2 sur la protubérance 22 à l'extrémité d'une lame 21. Une fois les volets rabattables 18 refermés (fig.4c), les surépaisseurs 11,12 forment contre-appuis en venant au contact des surfaces supérieures des bras 4 des capteurs 1. La structure ainsi constituée peut recevoir une plaque rigide prenant appui sur la surface supérieure des volets rabattables. La géométrie et le matériau d'une telle 10 plaque sont choisis de manière à pouvoir supporter le poids à peser. Une telle plaque pourrait être un plateau nervuré en une matière plastique, une plaque de verre, de bois, de métal, etc. Dans une deuxième variante simplifiée du deuxième mode de réalisation de 15 l'invention, mieux visible aux figures 5a et 5b, les capteurs 1 d'un module de pesée 9 sont directement pris en sandwich entre les surépaisseurs 11,12 d'un plateau rigide et celles 26 d'un socle 20, l'assemblage du plateau et du socle se faisant à l'aide des vis 28, comme représenté, voire par collage. 20 Dans une troisième variante du deuxième mode de réalisation de l'invention, mieux visible aux figures 6a et 6b, le plateau 10 et le socle 20 sont réalisés en une matière plastique, par exemple de l' ABS, mais en étant munis chacun de nervures permettant de rigidifier leur structure. Ainsi, le plateau 10 comporte, à au moins deux emplacements de sa surface interne, des nervures 30 venant au 25 contact de contre nervures 31 de la surface interne du socle 20. Une telle construction permet de garantir une bonne rigidité de l'ensemble, tout en étant réalisée de manière très économique, par une technique d'injection de matière plastique. L'assemblage du plateau et du socle peut se faire à l'aide des vis 28 de fixation ou par simple emboîtement en utilisant des crochets de fixation. 30 D'autres variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être envisagés sans sortir du cadre de ces revendications. REVENDICATIONS 1. Appareil électronique de pesée comportant un plateau (10) de réception de charge et un socle (20), ainsi qu'au moins trois capteurs (1) de force essentiellement plans, supportant le plateau (10) et comportant des jauges de contrainte (3) pour générer un signal électrique correspondant à la charge appliquée, caractérisé en ce que les capteurs (1) sont directement montés entre le plateau (10) et le socle (20) et que le plateau (10), ou le socle (20), ou le plateau (10) et le socle (20) intègrent des moyens d'orientation des capteurs (1) ainsi que des protubérances (22) d'application de charge, chaque protubérance (22) coopérant avec un capteur (1) pour concentrer en un seul point la charge qui lui est appliquée. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit capteur (1) a une forme générale en T, comportant au centre un barreau (2) déformable portant les jauges de contrainte (3), la protubérance (22) d'application de charge prenant appui à l'extrémité libre (5) du barreau (2). 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit barreau (2) comprend une saillie (6) à son extrémité libre (5) coopérant avec la protubérance (22) d'application de charge. 4. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le plateau (10) et/ou le socle (20) comportent des surépaisseurs (11,12; 26) prenant appui sur le pourtour du capteur. 30 5. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la protubérance (22) d'application de charge est réalisée à l'extrémité libre (25) d'une lame (21) découpée dans la surface du plateau (10) ou du socle (20). 2904110 13 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite lame (21) découpée appartient au socle (20) de l'appareil et comporte un bossage (23) d'appui au sol. 7. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les capteurs (1) sont montés au plateau (10) ou au socle (20) en utilisant des moyens de fixation à enclenchement direct. 10 8. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les capteurs (1), le circuit électronique (7) de l'appareil et leurs câbles (8) de connexion électrique sont reliés ensemble et forment un module de pesée (9) directement monté entre le plateau et le socle. 15 9. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit plateau (10) et/ou ledit socle (20) sont réalisés en une matière plastique par une technique d'injection. 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que le plateau (10) 20 comporte des nervures(30) internes coopérant avec des contre nervures (31) internes du socle pour rigidifier l'ensemble. 11. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque capteur (1) est fixé au socle (20) moyennant un volet rabattable (18). 12. Appareil selon l'une des revendications 9 ou 11, caractérisé en ce que le plateau (10) est une plaque rigide d'application de charge. 5 2530