Brevet FR2930989A1 — publié le 20091113

DISPOSITIF DE PESAGE � AU DÉFILÉ � Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif de mesures de charges mobiles � au défilé � se déplaçant sur une poutre horizontale reposant sur deux ou plusieurs appuis. Les charges verticales peuvent, sur cette poutre horizontale, se déplacer Soit, longitudinalement le long de cette poutre ; Soit, perpendiculairement à cette poutre. Le principe des mesures repose sur l'utilisation adaptée et particulière de la théorie de 10 la flexion des poutres avec des montages électriques utilisant des jauges à variation de résistance électrique placées à des endroits adéquats. Brève description de l'antériorité D'une façon générale, les charges roulantes sont mesurées à l'aide de ponts-bascules ou de systèmes équivalents de manière statique, ce qui implique, entre autres : 15 Des coûts importants, voire des itinéraires spécifiques pour accéder aux aires de pesage ; Des pertes de temps liées aux nécessités d'immobilisation sur l'aire de pesage pendant la pesée et des dépenses de personnel affecté à ce genre de mesures (non automatique) 2.0 Pour la mesure de charges mobiles sur une poutre horizontale utilisant la poutre comme transducteur de mesures, jusqu'à maintenant, aucun brevet n'a été déposé. Seul, pour la détection des charges verticales et non pour leur mesure, le brevet européen N°D324218B1 a été délivré le 15-01-1988. Cependant, depuis cette époque, les innovations dans le domaine des jauges à 25 variation de résistance permettent, aujourd'hui, de s'affranchir d'erreurs dues à leur manque de sensibilité (influence des changements de température, fatigue, vieillissement, changements et déplacements progressifs dus au manque d'efficacité du collage, etc.) A ce jour, il est possible d'utiliser ce genre de montages pour des mesures précises. De plus, le traitement électronique des données et des résultats a nettement 30 évolué. Ce qui a permis de mettre en oeuvre de manière optimale les montages électriques pour réaliser les pesées instantanées des charges mobiles. Avantageusement, le dispositif de mesure de charges à jauges de contraintes à variateur de résistance électrique selon l'invention dispose d'un moyen de mesure de charges ces dernières étant mobiles permettant de fournir dans chaque section de 35 mesure : 1 - soit des contraintes de compression et de traction égales mais de signes opposés, - soit des contraintes de cisaillement de signe opposé, ledit moyen est constitué d'un montage électrique en pont de Wheatstone permettant d'obtenir un signal d'une excellente sensibilité et est indépendant de la position de la charge à mesurer sur la poutre pourvu que la position de la charge se situe entre deux sections de mesure ; la valeur mesurée de la charge est indépendante de la position de la charge pourvu que la position de la charge se situe entre les deux sections de mesures. Préférentiellement, la distance entre les deux sections de mesure est supérieure à la distance séparant les roues d'un même essieu, permettant de mesurer la charge par essieu et la charge par véhicule constitué de la somme des charges des essieux mesurées au défilé. Selon un mode de réalisation, ledit dispositif est complété par un lecteur enregistreur connecté au signal de sortie du pont de mesures (pont de Wheatstone), ledit lecteur enregistreur comportant l'alimentation électrique, les filtres, les amplificateurs, le traitement du signal avec affichage de la charge maxi, l'enregistreur. Selon un autre mode de réalisation, lesdites poutres sont constituées de moyens de positionnement de ladite poutre en hauteur, permettant de mesurer au défilé des 20 charges suspendues. Selon un mode préféré de réalisation, ledit dispositif est constitué d'un moyen de détecter le seuil de la charge mesurée, permettant d'utiliser le dispositif à � effort tranchant � sur les voies de chemin de fer, en utilisant au moins un rail, pour servir d'avertisseur d'arrivée de trains à grande distance, avec un système amovible de jauges à 25 pose rapide fixé au niveau de la fibre neutre du rail. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, d'un exemple de réalisation selon l'invention en se référent aux dessins annexés (Planche 1 à 4).sur lesquels : 30 Planche 1 et 2 : Dispositif à � moment fléchissant � Utilisable pour le pesage des charges verticales mobiles se déplaçant sur une poutre posée sur deux appuis (poutre isostatique) Considérons une poutre AB situé sur deux appuis horizontaux A et B et sur laquelle se déplace une charge Q . 35 Soient deux secteurs de mesure a et f3 situés à égale distance des appuis A et B, Les moments fléchissant respectivement en a et G3 sont Ma et M p . 2 On démontre facilement que Ma + M p =Q lorsque la charge Q se déplace entre a et P. De ce fait, on applique les lois de l'extensométrie, avec un montage en � pont � complet (pont de Wheatstone) pour annuler les effets de variations de température et en doublant la mesure (avec des jauges de part et d'autre de la poutre pour annuler les effets éventuels de torsion) on obtient un signal proportionnel à Q que l'on traitera électroniquement ensuite pour obtenir exactement sa valeur en poids ou en masse (N ou kg) Planche 3 et 4 : Dispositif à � effort tranchant � Utilisable pour le pesage des charges verticales mobiles se déplaçant sur une posée sur plusieurs appuis (poutre hyperstatique) De même, considérons une poutre AB située sur plusieurs appuis horizontaux consécutifs Al, A2..., Ai, Ai+i..., An et supposons que la charge verticale Q se déplace 15 entre a et fi deux secteurs de mesure situés à une même distance "a" des appuis Ai et Ai+i. Les efforts tranchants respectivement en a et B sont Ta et Fo . On démontre aisément que r -Tp = Q lorsque la charge Q se déplace entre a et R. De ce fait, en appliquant les lois de l'extensométrie avec un montage en � pont complet � (pont de Wheatstone) pour annuler les efforts des variations de température 20 et en doublant la mesure (avec des jauges de part et d'autre de la poutre pour annuler les effets éventuels de torsion) on obtient un signal proportionnel à Q que l'on traitera ensuite électroniquement pour obtenir exactement sa valeur. 25 REMARQUE : Lorsque la charge Q se déplace perpendiculairement à la poutre, si on veut � linéariser � le signal afin d'obtenir exactement le maximum de Q, il convient d'utiliser une poutre de section rectangulaire à profil creux plutôt qu'une poutre de section en I. On peut mesurer plusieurs charges y compris leur somme à condition que les charges 30 se trouvent toutes entre les sections de mesure a et B. Dans cet exposé, la poutre horizontale utilisée comme transducteur de mesures est sur appuis mais cette poutre horizontale peut être suspendue. Les résultats sont identiques, L'étalonnage se fait à l'aide de charges de référence. 3 APPLICATIONS ; - Charges ferroviaires : On peut mesurer les charges par essieu en utilisant le rail comme poutre de mesures (dispositif à effort tranchant �) les sections de mesure a et (3 (planche 1 et 2) étant situées dans le même créneau entre deux traverses. - Charges routières : On peut mesurer les charges par essieu en utilisant une poutre incluse dans la chaussée sans contacts latéraux et appuyée aux deux extrémités de cette chaussée. Le dispositif à � moment fléchissant � avec une poutre à section rectangulaire creuse est particulièrement adaptée. - On peut également envisager des applications pour les charges supportées par les ponts roulants ou les systèmes suspendus (quartiers de viande dans les abattoirs, sacs de linge dans les grandes laveries, etc.) - Ce dispositif peut également servir à enregistrer une surcharge sur un pont roulant afin d'en conserver la traçabilité. - En sortie d'autoroute, pesage de véhicules et détection du poids des surcharges éventuelles, - Sur une voie de chemin de fer, pour avertir les équipes de maintenance travaillant sur la voie, on peut se servir du montage à � effort tranchant �. En effet, on peut l'installer sur le rail entre deux traverses en le reliant à un émetteur qui pourra déclencher à distance un récepteur sonore au niveau du chantier au passage d'une circulation à la distance nécessaire pour � dégager � le personnel et les machines de travail, 4 • REVENDICATIONS1) Dispositif de mesure de charges à jauges de contraintes à variateur de résistance électrique caractérisé en ce que les jauges de contraintes équipent directement une poutre horizontale (P) sur laquelle se déplacent les charges verticales (Q) à mesurer, ledit dispositif permet de mesurer lesdites charges ces dernières étant mobiles, il suffit d'effectuer la somme des moments fléchissant au niveau de 2 sections de mesures situées à égale distance des deux points d'appuis (A) et (B) sur une poutre horizontale isostatique, également ; il suffit d'effectuer la différence des efforts tranchants au niveau de 2 sections de mesures (a) et (13) situées à égale distance de deux points d'appuis sur une poutre horizontale hyperstatique ; la charge verticale (Q) à mesurer devant se situer entre les 2 sections de mesures. 2) Dispositif de mesure de charges à jauges de contraintes à variateur de résistance électrique selon la revendication 1 caractérisé par le fait que ledit dispositif comprend un circuit électrique en pont � complet � (pont de Wheatstone), les jauges de contraintes étant raccordées aux branches du pont � complet � de manière que l'on obtienne quelle que soit la méthode utilisée un signal proportionnel à la mesure de la charge se déplaçant sur la poutre. 3) Dispositif de mesure de charges à jauges de contraintes à variateur de résistance électrique selon la revendication 2 caractérisé par le fait qu'il dispose d'un moyen de mesure de charges ces dernières étant mobiles permettant de fournir dans chaque section de mesure : - soit des contraintes de compression et de traction égales mais de signes opposés, soit des contraintes de cisaillement de signe opposé, ledit moyen est constitué d'un montage électrique en pont de Wheatstone permettant d'obtenir un signal d'une excellente sensibilité et est indépendant de la position de la charge à mesurer sur la poutre pourvu que la position de la charge se situe entre deux sections de mesure ; la valeur mesurée de la charge est indépendante de la position de la charge pourvu que la position de la charge se situe entre les deux sections de mesures. 4) Le dispositif de mesure de charges à jauges de contraintes à variateur de résistance électrique suivant les revendications 2 ou 3 est caractérisé par le fait qu'il est constitué d'un pont � complet � (pont de Wheatstone) permet de s'affranchir des 5conditions parasites comme les variations de température ou les phénomènes de torsion de la poutre. 5) Le dispositif de mesure de charges à jauges de contraintes à variateur de résistance électrique suivant la revendication 1 est caractérisé par le fait que la distance entre les deux sections de mesure est supérieure à la distance séparant les roues d'un même essieu, permettant de mesurer la charge par essieu et la charge par véhicule constitué de la somme des charges des essieux mesurées au défilé. 6) Le dispositif de mesure de charges à jauges de contraintes à variateur de résistance électrique suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ledit dispositif est complété par un lecteur enregistreur connecté au signal de sortie du pont de mesures (pont de Wheatstone), ledit lecteur enregistreur comportant l'alimentation électrique, les filtres, les amplificateurs, le traitement du signal avec affichage de la charge maxi, l'enregistreur. 7) Le dispositifs' de mesure de charges à jauges de contraintes à variateur de résistance électrique suivant la revendication 1 caractérisé en ce que lesdites poutres sont constituées de moyens de positionnement de ladite poutre en hauteur, permettant de mesurer au défilé des charges suspendues. 8) Le dispositif de mesure de charges à jauges de contraintes à variateur de résistance électrique suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ledit dispositif est constitué d'un moyen de détecter le seuil de la charge mesurée, permettant d'utiliser le dispositif à � effort tranchant � sur les voies de chemin de fer, en utilisant au moins un rail, pour servir d'avertisseur d'arrivée de trains à grande distance, avec un système amovible de jauges à pose rapide fixé au niveau de la fibre neutre du rail. 6