Brevet FR2971843A1 — publié le 20120824

L'invention concerne un capteur de contraintes pour installation de pesage électronique. Dans une installation de pesage électronique, de véhicule, de silo ou autre, le récepteur de charge est en général constitué par un tablier reposant sur plusieurs capteurs verticaux, eux mêmes en appui sur une surface horizontale de référence. Chaque capteur est constitué par un barreau métallique massif et cylindrique, de préférence en alliage inoxydable, présentant des méplats. Des jauges de contraintes collées sur les méplats sont reliées par des conducteurs électriques sous isolant à des moyens électroniques de commande et de contrôle, portés par une carte avec circuit intégré. Ces moyens sont éloignés de la zone de mesure et eux même reliés par un circuit électrique approprié à des moyens de visualisation et d'enregistrement de la charge mesurée. Physiquement, chaque capteur supportant directement une partie de la charge est soumis à des contraintes de compression ou d'extension, qui sont converties en signaux électriques par les jauges. Ces signaux sont analysés par les moyens électroniques de la carte puis transmis à une centrale électronique qui analyse les signaux de tous les capteurs et déduit une valeur de charge qui est envoyée à des moyens de lecture et éventuellement à des moyens d'enregistrement. Pour préserver la fiabilité du système, la partie centrale de chaque barreau est enfermée dans un boîtier étanche résistant à l'agressivité de l'environnement et, en général, en alliage métallique inoxydable. Le boîtier est en forme de cylindre vertical et est muni d'un appendice radial qui est traversé longitudinalement par les conducteurs assurant l'alimentation électrique des jauges et par les conducteurs transmettant aux moyens externes les signaux électriques émis par les jauges. La sortie du boîtier s'effectue à travers un joint avec presse-étoupe garantissant l'étanchéité. Cette construction est utilisée depuis longtemps, mais présente des inconvénients constructifs et un manque de fiabilité. En effet, la réalisation de l'étanchéité entre les composants du boîtier, mais aussi entre ce boîtier et le barreau, tous les deux en alliage inoxydable, impose de réaliser des soudures qui, malgré l'utilisation de moyens de soudage sous gaz neutre et le recours à un personnel très spécialisé, parviennent à céder sous les vibrations ou sous les efforts alternés qui les sollicitent. De même, les vibrations et sollicitations s'exerçant dans la zone de mesure parviennent à désolidariser les jauges du barreau ou à rompre les conducteurs dans leurs zones de connexion aux jauges ou dans leurs zones de connexion à leurs moyens de contrôle portés par la carte électronique, en provoquant l'interruption de la mesure. L'objet de l'invention est de remédier à ces inconvénients en fournissant un capteur électronique facile à réaliser, moins onéreux en matière et temps de construction, insensible aux vibrations, sollicitations et agressions extérieures et présentant une plus grande fiabilité. Elle concerne plus particulièrement un capteur de contraintes pour installation de pesage électronique comprenant : - un barreau métallique vertical présentant des méplats, - des jauges de contraintes collées sur une partie des méplats du barreau, - des moyens électroniques de commande et de contrôle des jauges portés par une carte avec circuit intégré et reliés, par des conducteurs électriques, d'une part, aux jauges et, d'autre part, à des moyens de lecture et/ou d'enregistrement de la charge mesurée, - et un boîtier enveloppant le barreau et les jauges et présentant un appendice pour le passage de conducteurs, Dans le capteur selon l'invention, l'ensemble des composants des moyens de commande et de contrôle des jauges de contraintes collées sur le barreau est disposé sur une carte avec circuit électronique intégré, qui est elle même collée sur le barreau, tandis que les jauges et la carte à circuit intégré sont enfermés dans un boîtier en plusieurs parties en matière plastique moulée assemblées autour du barreau et sont noyées dans une résine synthétique viscoélastique remplissant l'intérieur du boîtier. Indépendamment de sa nouveauté, cette combinaison va à contre courant des habitudes de la profession selon lesquelles pour obtenir une fiabilité dans les mesures il fallait s'abstenir d'ajouter un élément quelconque contre l'un des méplats du barreau et, en particulier, contre les méplats portant une jauge de contraintes. Au contraire, les essais réalisés avec les capteurs selon la présente invention, ont montrés que le collage de la carte électronique contre l'un des méplats du barreau, non seulement n'affectait pas les conditions de mesure, mais permettait de les améliorer, par le fait que la carte, noyée dans la résine et protégée par le boîtier, était à l'abri des vibrations et des disfonctionnements qui pouvaient en résulter. Dans une forme d'exécution de l'invention, la carte avec circuit intégré comporte, au centre de sa zone de collage sur un méplat du barreau, une découpe entourant la jauge de contraintes collée sur le même méplat. Grâce à cet aménagement, la fixation de la carte sur le méplat du barreau ne génère aucune contrainte pouvant affecter la jauge et interférer sur les relevés effectués par celle-ci. Avantageusement, les connexions électriques entre les composants de la carte et les jauges de contraintes s'effectuent en passant par la découpe centrale de la carte, tandis que la liaison électrique des composants de la carte avec les moyens de lecture et/ou d'enregistrement s'effectue par des conducteurs électriques isolés traversant axialement l'appendice du boîtier et également noyés dans la résine synthétique viscoélastique contenue dans cet appendice. Dans une forme d'exécution préférée, le boîtier est réalisé par assemblage, autour du barreau et selon un plan de jonction contenant un plan diamétral de ce barreau, de deux coquilles identiques moulées en matière plastique, chaque coquille comprenant, débouchant dans le plan de jonction : - une partie en forme de boite ouverte de section rectangulaire dont les dimensions lui permettent d'accueillir la carte électronique, sans contact avec elle, - une partie en forme de couronne dont la paroi diamétrale porte une 20 ouverture circulaire apte à glisser sur le barreau, et - une partie en forme de boite tronconique couchée apte à contenir le faisceau de fils isolés provenant de la carte et les moyens assurant leur sortie étanche hors du boîtier. Le remplacement d'un boîtier en acier inoxydable, dont les composants 25 devaient être soudés entre eux et sur le barreau pour obtenir l'étanchéité des circuits électriques, par des coquilles en matière plastique assemblables autour du barreau et des jauges en formant conteneur d'une résine viscoélastique amortissante et isolante présente les avantages suivants : - réduction des coûts de matière, 30 - suppression des opérations de soudage et des risques de cassure des soudures, - protection des connexions électriques internes contre les vibrations et l'humidité, - suppression des altérations par la rouille 35 - conservation dans le temps des conditions de fonctionnement. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant une forme d'exécution du capteur et dans lequel : Figure 1 est une vue de coté, en élévation du barreau, lors de la mise en place sur lui de la carte électronique, représentée en coupe partielle ; Figure 2 est une vue de face en élévation du barreau avec la carte ; Figure 3 est une vue en coupe suivant III-III du barreau avec la carte, avant sa mise ne place dans le boîtier ; Figure 4 est une vue en perspective du capteur dans son boîtier, lorsque celui-ci est retourné pour faire voir les encoches de ses moyens de calage en rotation ; Figure 5 est une vue en perspective, de la coquille hermaphrodite 10 constituant le boîtier ; Figure 6 est une vue en coupe verticale du boîtier de figure 4 ; Figure 7 est une vue de coté avec coupe partielle montrant à échelle réduite le boîtier en fin de remplissage par de la résine viscoélastique ; Figure 8 est une vue en perspective d'une forme d'exécution de la 15 cuvette de réception du capteur ; Figure 9 est une vue de face du capteur avec coupe partielle de sa partie inférieure et lors de son engagement dans la cuvette ; Figure 10 est une vue partielle en coupe et à échelle agrandie de l'extrémité inférieure du barreau quand il est calé en rotation dans la cuvette. 20 Dans la description qui suit la référence numérique 2 désigne de manière générale le barreau, 3 la carte avec circuit intégré sur laquelle sont fixés des composants électroniques 4, 5 des jauges de contraintes et 6 (figure 6) le boîtier enveloppant la partie centrale du barreau. Selon l'invention, Le barreau 2 est réalisé dans un alliage aciéré 25 inoxydable, par exemple en X13 T6, présentant quatre méplats 2a répartis comme les quatre faces d'un carré régulier. Ces faces sont parfaitement planes et exemptes de toute courbure et défauts pouvant affecter leur liaison avec les jauges de contraintes 5 collées sur elles. Au moins dans la partie centrale du barreau, les méplats ont une largeur constante qui, par exemple 30 est de l'ordre de 15 à 20 millimètres pour un diamètre de barreau compris entre 34 et 38 millimètres. Les extrémités du barreau sont adaptées aux faces d'appui avec lesquelles il doit venir en contact et, par exemple, présentent une calotte sphérique de grand rayon R, montré à la figure 1. Les jauges de contraintes 5 sont collées sur chacun des méplats, 35 sensiblement à mi largeur de ce méplat et mi longueur du barreau. Chacune d'elle est portée par une platine 5a portant des plots de connexion 5b avec un circuit d'alimentation électrique et un circuit de transmission des signaux, schématisés en 7 et 8. Selon l'invention, la carte électronique 3 avec ses composants 4 se distingue de celles existantes par le fait qu'elle est aménagée pour pouvoir être collée sur l'un des méplats du barreau. A cette fin, sa partie dorsale 3a devant être collée ne comporte aucun composant électronique, présente une surface plane et est traversée par une découpe 9, dont la forme et les dimensions lui permettent d'entourer sans contact la platine 5a de la jauge 5 collée sur la même méplat. La liaison est assurée par une couche de colle 10 déposée sur le méplat 2a et par exemple de la colle composée de cyanoacrylate, telle que celle commercialisée sous la référence « Loctite gel 454 » par la société HENKEL. La figure 1 met en évidence que la découpe 9 ménagée dans la carte 3 permet aux conducteurs électriques isolés constituant les circuits 8 allant des jauges 5 au composants 4 portés par la carte de traverser cette carte sans avoir à la contourner, ce qui simplifie le montage et réduit les risques de pannes par rupture ou dessoudage. Grâce aux précautions prises sur la géométrie des méplats et sur la planéité de la carte et au mode de liaison par collage de la carte sur le barreau, ce collage n'influence pas de manière sensible et aléatoire les conditions de mesure des contraintes par les jauges. En d'autres termes, si la mesure des contraintes était affectée, ce ne pourrait être que dans une proportion faible et régulière, constante ou proportionnelle, aisément compensable par les moyens d'analyse portés par la carte électronique. Les figures 2 et 3 montrent que, ainsi assemblés, le barreau 2 et la carte 3 forment un ensemble monolithique pouvant être directement inséré dans un boîtier 6. Suivant une caractéristique importante de l'invention, le boîtier 6 est constitué par deux éléments moulés 12 en matière plastique, identiques et hermaphrodites, dont une forme d'exécution est montrée à la figure 5. La matière plastique du boîtier est choisie en fonction des moyens industriels de fabrication et des caractéristiques de protection recherchées. Elle peut ainsi être du PVC, du PEHD, ou toute autre matière bien connue de l'homme de métier. L'élément 12 est une coquille présentant plusieurs parties, débouchant de son plan de jonction P1 avec une coquille identique, à savoir : - une partie 12a en forme de boite ouverte de section rectangulaire et dont les dimensions permettent d'accueillir sans contact la carte électronique 3, - une partie 12b en forme de couronne cylindrique, dont la paroi diamétrale 12f porte une ouverture circulaire 12g apte à coulisser sur le barreau 2, c'est-à-dire à venir en contact glissant avec lui, - une partie 12c en forme de boite tronconique couchée, prolongée par un 5 embout 12d. La partie 12a communique avec l'extérieur du boîtier par une ouverture 13 de longueur H à la figure 7, formant une partie de fenêtre. Dans le plan de jonction P1, les différentes parties de la coquille se terminent par un bord 14 sétendant de chaque coté depuis l'ouverture 13 10 jusqu'à l'embout 12d. En outre, la coquille 12 comporte en saillie de son plan de jonction P1 et d'un coté de son plan médian longitudinal P2, par exemple à gauche à la figure 5, d'une part, une nervure 15a disposée sur l'extérieur de son bord de jonction 14 et, d'autre part, des tenons de positionnement 16a répartis le long 15 de ce bord. De l'autre coté de ce plan médian longitudinal P2, c'est à dire sur la partie droite de la coquille à la figure 5, la nervure 15b est disposée sur l'intérieur du bord de jonction 14 et est apte à s'emboiter avec celle extérieure 15a d'un élément lui faisant vis-à-vis, tandis que le bord 14 est 20 bordé par des puits de positionnement 16b ayant la même répartition que les tenons 16a et aptes à recevoir les tenons 16a d'un élément en vis-à-vis. Comme le montre la figure 6, pour terminer l'assemblage du capteur, il est d'abord procédé au regroupement en un faisceau 19 des conducteurs d'alimentation 20 et des conducteurs 21 transmettant les signaux vers des 25 moyens extérieurs de lecture et/ou d'enregistrement, non représentés, puis au positionnement de ce faisceau sensiblement radialement et dans le plan P1. Ensuite, les deux coquilles 12 sont amenées, avec leurs cavités se faisant vis-à-vis, de part et d'autre des extrémités du barreau de figure 2, de 30 manière que leurs ouvertures circulaires 12g s'engagent sur ces extrémités cylindriques et puissent coulisser sur elles. Lors de ce coulissement, les coquilles sont orientées manuellement de manière que les tenons 16a de l'une coïncident avec les puits 16b de l'autre, et que, par ce positionnement relatif, les nervures15a de l'une s'interpénètrent avec celles 15b de l'autre 35 coquille en formant une chicane d'étanchéité. En fin d'assemblage, le faisceau 19 est disposé radialement dans l'axe de l'appendice formé par la réunion des parties tronconiques 12c et traverse l'embout 12d, éventuellement équipé d'un système presse étoupe. A ce stade du montage, le boîtier est redressé verticalement de manière que l'appendice soit en bas et que la fenêtre 13 débouche vers le haut, puis est amené sous la buse d'un appareil d'injection débitant à l'état semi pâteux une résine synthétique viscoélastique 22. L'injection est arrêtée dès que la résine est sensiblement au niveau du bord de la fenêtre 13. Il faut remarquer que dans la forme d'exécution représentée, la longueur des méplats 2a sur le barreau 2 est inférieure à la hauteur du boîtier 6, formé par assemblage des deux coques 12, et que le barreau est positionné dans le boîtier de manière que les méplats soient en totalité à l'intérieur de ce boîtier. De cette façon ce sont les parties cylindriques du barreau qui sont en vis-à-vis des ouvertures circulaires 12 g et qui, par le léger serrage de leurs bords sur ce barreau, empêchent l'échappement de la résine 22 tant qu'elle n'est pas solidifiée. Avantageusement, la hauteur H de cette fenêtre 13 est au moins égale à la valeur du retrait S (visible figure 6) de la résine 22 lors de la solidification de celle-ci. Ainsi, en fin de montage, la totalité du boîtier contient la dite résine et tous les éléments que contient ce boîtier 6 sont noyés dans cette résine et protégés de tout contact avec l'air ambiant. A titre d'exemple, la résine utilisée est bi-composant et est constituée par un mélange polyuréthane comprenant 75 % du composant commercialisé par la société « VONROLL » sous la référence « Damival 13653 » et 25 % du composant commercialisé par la même société sous la référence « Damival 13500 ». Elle peut être remplacée par toute autre résine présentant, aux températures d'utilisation du capteur, une dureté shore de d'ordre de75 shore A et un pouvoir adhérent par contact avec le barreau et le boîtier. Grâce à cela, les composants électroniques fragiles et leurs diverses connexions sont protégés contre les agressions extérieures et contre les vibrations et chocs affectant le capteur, ce qui augmente sa fiabilité. La protection apportée par l'enveloppement par la résine permet de remplacer les liaisons par le faisceau 19 par une liaison intégrée dans le boîtier ainsi qu'une alimentation par batterie rechargeable intégrant, ou non, un dispositif de mise en veille. La figure 10 montre une forme d'exécution des moyens de calage en 35 rotation du barreau 2 et du capteur par rapport à son appui inférieur. Ces moyens comprennent : deux billes 30, une cuvette 31, liée à l'appui inférieur et présentant deux logements 32 aptes à contenir chacun l'une des billes, - et deux encoches longitudinales 33, ménagées sur l'extrémité inférieure de chaque barreau 2. Comme montré en détail à la figure 8, les logements 32 ménagés dans la cuvette 31 sont diamétralement opposés, sont parallèles au barreau, donc verticaux, et sécantent l'alésage 34 ménagé dans la cuvette pour recevoir le barreau. Quant aux encoches 33 ménagées dans le barreau, elles sont longitudinales, débouchent vers le bas, et ont une profondeur inférieure au diamètre de la bille que chacune d'elle doit recevoir. Grâce à cela, quand l'extrémité inférieure du barreau est engagée dans l'alésage 34 et vient s'appuyer sur le fond 34a de celui-ci, les billes 30 sont en partie dans les encoches 33 et en partie dans les logements 32 et assurent donc le calage en rotation du barreau par rapport à son appui. Il est évident que, selon les applications, les encoches peuvent être longitudinales, comme représenté à la figure 4, ou être transversales comme montré aux figures 6, 9 et 10. Ce mode de calage présente l'avantage de laisser au capteur ses autres libertés d'oscillation dans le plan vertical et d'éviter que des efforts violents anormaux puissent être à l'origine de détériorations. Il ressort de la description qui précède que le capteur selon l'invention présente de très nombreux avantages par rapport aux capteurs actuels, tant au niveau de sa fabrication, que de son utilisation, mais surtout présente une plus grande fiabilité, même dans des conditions d'exploitation particulièrement défavorables.25 REVENDICATIONS1.) Capteur de contraintes pour installation de pesage électronique comprenant : - un barreau métallique vertical (2) présentant des méplats (2a), - des jauges de contraintes (5) collées sur tout ou partie des méplats du barreau, - des moyens électroniques (4) de commande et de contrôle des jauges portés par une carte (3) avec circuit intégré et reliés par des conducteurs électriques(7, 8 et 20, 21) d'une part, aux jauges(5) et, d'autre part, à des moyens extérieurs de lecture et/ou d'enregistrement de la charge mesurée, - et un boîtier (6) enveloppant le barreau (2) et les jauges (5), et présentant un appendice radial pour le passage de conducteurs, caractérisé en ce que l'ensemble des composants des moyens (4) de commande et de contrôle des jauges de contraintes (5) collées sur le barreau (2) est disposé sur une carte (3) avec circuit intégré , qui est elle même collée sur le barreau (2), tandis que les jauges (5) et la carte (3) à circuit intégré sont enfermés dans un boîtier (6) en plusieurs parties (12) en matière plastique moulée assemblées autour du barreau (2) et sont noyées dans une résine synthétique viscoélastique (22) remplissant l'intérieur du boîtier. 2.) Capteur de contraintes pour installation de pesage électronique selon la revendication 1 caractérisé en ce que la carte avec circuit intégré (3) comporte, au centre de sa zone de collage sur un méplat (2a) du barreau (2), une découpe (9) entourant la jauge de contraintes (5) collée sur le même méplat (2a). 3.) Capteur de contraintes pour installation de pesage électronique selon les revendications 1 et 2, prises ensemble, caractérisé en ce que les connexions électriques entre les composants (4) de la carte (3) et les jauges de contraintes (5) s'effectuent en passant par la découpe (9) de la carte (3), tandis que la liaison électrique des composants (4) de la carte avec les moyens de lecture et/ou d'enregistrement extérieurs au boîtier s'effectue par des conducteurs électriques isolés (20, 21) traversant axialement l'appendice (12c) du boîtier et également noyés dans la résine synthétique viscoélastique (22). 4.) Capteur de contraintes pour installation de pesage électronique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le boîtier (6) est réalisé par assemblage, autour du barreau (2) et selon un plan de jonction P1 contenant un plan diamétral de ce barreau, de deux coquilles identiques (12), mouléesen matière plastique, chaque coquille comprenant débouchant dans son plan de jonction P1: - une partie (12a) en forme de boite ouverte de section rectangulaire, dont les dimensions lui permettent d'accueillir la carte électronique (3) sans 5 venir en contact avec elle, - une partie (12a) en forme de couronne cylindrique dont la paroi diamétrale (12f) porte une ouverture circulaire (12g) apte à glisser sur le barreau (2), - et une partie (12c) en forme de boite tronconique couchée, apte à 10 contenir le faisceau (19) de fils isolés provenant de et allant à la carte (3) et les moyens assurant leur sortie étanche hors du boîtier. 5.) Capteur de contraintes pour installation de pesage électronique selon les revendications 1 et 4 prises ensemble caractérisée en ce que la partie (12a) en forme de boite ouverte de section rectangulaire de chaque 15 coquille (12) communique avec l'extérieur par une ouverture (13) dont la hauteur du bord correspond au moins à la valeur du retrait (S) de la matière viscoélastique (22) injectée dans le boîtier (6) par cette ouverture (13). 6.) Capteur de contraintes pour installation de pesage électronique selon les revendications 1 et 4 prises ensemble caractérisée en ce que les 20 deux coquilles (12) formant un boîtier (6) sont identiques et hermaphrodites et comportent chacune, en saillie du plan de jonction P1 : - d'un coté de leur plan médian longitudinal P2, d'une part, une nervure (15a) disposée sur l'extérieur de leur bord de jonction (14) et, d'autre part, des tenons de positionnement(16a) répartis le long de ce bord (14), 25 - et, de l'autre coté de ce plan médian longitudinal P2, d'une part, une nervure (15b) disposée sur l'intérieur du bord de jonction 14 et apte à s'emboiter avec celle extérieure (15a) d'une coquille en vis-à-vis, et, dautre part, des puits de positionnement (16b) ayant la même répartition que les tenons (16a) et aptes à recevoir les tenons d'une coquille (12) en vis-à-vis. 30 7.) Capteur de contraintes pour installation de pesage électronique selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'extrémité inférieure du barreau (2) est munie d'encoches longitudinales (33) aptes chacune à recevoir en partie une bille (30) faisant partie de moyens de calage en rotation, les dits moyens comprenant aussi des logements verticaux (32) qui, 35 aptes à recevoir en partie les dites billes, sont ménagés dans un cuvette (31) de réception du barreau (2) et de manière à sécanter l'alésage (34) de réception du barreau.