DEVICE FOR MEASURING TORQUE OR A TORSION-ANGLE

Abstract: 1. A device for measuring a torque or a torsion angle, comprising : a shaft (11) for receiving and transmitting a torque to be measured (Me, Ms), at least a pair of disc-shaped screening elements (3, 4; 3', 4') facing each other and arranged concentrically to the shaft (11), one of the elements (3, 3') of said pair being connected to an extremity of the shaft (11), the other element (4, 4') at the other extremity of said shaft, characterized in that each of the screening elements comprises a plurality of electrically conductive zones (5) separated by electrically non conducting zones (6) of identical configuration, the number of said zones (5, 6) being the same on both screening elements, (3, 4; 3', 4'), said zones extending between an external diameter and an internal diameter of the screening elements, said elements being angularly mutually shifted in response to said torque for providing a variable electromagnetic screening, and at least two coils (1, 2) of the same average diameter arranged concentrically to said shaft (11), mounted at immediate vicinity and besides the screening elements (3, 4; 3', 4') and separated by said elements, one of said coils (1) being a primary coil emitting an electromagnetic signal, the other coil (2) being a secondary coil receiving said signal, delivering an output signal the amplitude of which depending directly on the relative angular shift between said screening elements determined by the applied torque (Me, Ms).

Description: DISPOSITIF DE MESURE D'UN COUPLE OU D'UN ANGLE DE TORSION La presente invention concerne un dispositif de mesure d'un couple ou d'un angle de torsion avec au moins une paire d'éléments de blindage disposés face à face concentriquement à un arbre transmetteur de couple, chaque element comprenant une pluralité de zones conductrices, l'un des elements de ladite paire etant relié à une extrémité de l'arbre, l'autre element à l'autre extrémité dudit arbre et au moins deux bobines concentriques à l'arbre montees à proximité des elements et separees par ceux-ci. Le docuinent "Measurement "Technique", Vol.21, No.7, juillet 1978, New York (US), p.930-934 decrit un convertisseur d'angle de torsion d'un arbre en un code digital, comprenant une paire d'elements de blindage avec des zones conductrices disposes face à face concentri quement à un arbre transmetteur de couple et deux bobines concentriques à l'arbre montées à proximité des 6le'ments et separees par ceux-ci. Cependant, les élé- ments de blindage d'une paire ont un nombre different de zones conductrices et le dispositif fait appel au déplacement de franges de moire dans le but d'obtenir un signal de sortie digital. On connaît du brevet GB 2 097 131 un transducteur de couple comportant deux paires d'ailes, les ailes d'une paire se faisant face et ayant un decalage angulaire relatif déterminé. Les deux paires d'ailes permettent une mesure differentielle. A chaque paire d'ailes est associée une bobine en contact intime avec une de ces ailes. Cependant, le decalage relatif des ailes d'une paire se traduit par une variation d'impédance de la bobine associée, de sorte que malgré l'effet différen- tiel, la précision de la mesure est limitée. On connait aussi du brevet US 4 356 732 un dispositif dans lequel les zones des deux elements sont alignes pour un couple initial donne. Les bobines sont alimentees par un signal de haute fréquence et elles induisent des courants de Foucault dans les zones conductrices des elements. L'énergie nécessaire à la creation de ces courant de Foucault est fournie par les bobines, ce qui se traduit par une variation d'impédance de celles-ci. La formation des courants de Foucault est influencée à son tour par le déplacement angulaire relatif des elements sous l'effet d'un couple de torsion appliqué à l'arbre, c1est-a'-dire par l'ouverture ou la fermeture des espaces non conducteurs entre les zones conductrices des elements. I1 en resulte que la mesure de la variation d'impédance des bobines permet de connaitre le déplacement angulaire relatif des elements et en conséquence le couple appliqué à l'arbre. Cependant, comme dans le document précédent, dans un tel dispositif, la précision de la mesure est limitee par le fait que la variation d'impédance des bobines est relativement faible, meme pour un angle de torsion relativement élevé, par exemple de ltordre de 200. En outre, les bobines sont sensibles aux variations de la tempéra- ture, de sorte que la variation d'impédance produite par le déplacement angulaire relatif des elements depend aussi de la température. En conséquence, le but de l'invention est de réaliser un dispositif de mesure d'un couple ou d'un angle de torsion ne présentant pas les désavantages mentionnés ci-dessus. En outre, le dispositif doit etre de construction électrique simple. Pour atteindre ce but, le dispositif selon l'invention est réalisé comme decrit dans la revendication 1. Par le fait que le dispositif comprend une bobine émettrice et une ou des bobines réceptrices, séparées par des elements de blindage variable, la transmision du signal entre la bobine émettrice et la ou les bobines réceptrices se fait par voie inductive. La paire d'élé- ments interposée entre la bobine émettrice et la bobine réceptrice se comporte comme un blindage dont l'effet est variable selon le déplacement angulaire relatif des elements. Ceci montre que le principe de fonctionnement du dispositif selon l'invention ne fait pas appel à des courants de Foucault produisant une variation d'impé- dance d'une bobine. La bobine émettrice est alimentée par un courant constant de haute fréquence, de sorte que l'effet de la température sur cette bobine ntinfluence pas la mesure. De meme, la bobine réceptrice est inseree dans un circuit redresseur à haute impedance et le signal délivré par ce circuit est pratiquement independant de la température. On obtient ainsi une excellente stabilité en température, même sans arrangement differentiel. En outre, le signal utile de sortie n'est pas une variation d'un signal de base mais il est variable dans un large domaine, par exemple d'un facteur de 1 à 10 entre une position relative des elements telle que les espaces transparents entre les zones non transparentes d'un element sont recouverts par les zones non transparentes de l'autre element et une position relative des elements telle que les zones non transparentes des deux elements se recouvrent. Le signal utile délivré par le dispositif varie donc dans de grandes limites et il peut atteindre des valeurs élevées. L'invention va être decrite ci-apres à titre d'exemple et à l'aide du dessin dans lequel: La figure 1 montre le schema électrique de principe du dispositif, la figure 2 montre une forme d'exécution du dispositif de la figure 1, la figure 3 montre un exemple des disques du dispositif de la figure 1, la figure 4 montre schematiquement une disposition du dispositif permettant une mesure différentielle, la figure 5 montre les relations entre les sec teurs des disques du dispositif de la figure 4, et la figure 6 montre le schema électrique du bran chement des bobines du dispositif de la figure 4. La figure 1 est le schema de principe du dispositif. Ce dernier comprend un ensemble T avec une bobine émettrice 1 et une bobine réceptrice 2. Les bobines sont separees par des disques 3 et 4 montes face à face à une faible distance l'un de l'autre. L'un des disques est relie à une extrémité d'un arbre de torsion ou transmetteur du couple à mesurer et l'autre disque à l'autre extrémité du meme arbre. Chaque disque comprend une pluralité de secteurs non transparents pour les ondes electromagneti- ques 5 separes par des secteurs transparents 6, ces secteurs etant disposes selon une configuration regulie- re à la surface laterale intérieure des disques, comme indiqué en figure 3 montrant les secteurs non transparents 5 et les secteurs transparents 6 separant les premiers. Les secteurs peuvent former un motif de moire sur le disque. Dans l'exemple de la figure 1, les disques peuvent etre disposes de maniere qu'en l'absence de couple sur l'arbre, les secteurs non transparents 5 d'un disque recouvrent les secteurs transparents 6 de l'autre disque. Dans ce cas, lteffet de blindage de l'ensemble est maximum et le signal transmis à la bobine réceptrice 2 est minimum. La bobine émettrice 1 est alimentée par un générateur de haute fréguence 7 à travers une résistance 8 de valeur élevée, ce qui indique que la bobine est en réalité alimentée par un générateur de courant constant de haute fréquence. En conséquence, le courant dans la bobine émettrice n'est pas influencé par les variations de cette bobine en fonction de la température et le champ électgromagnétique transmis à la bobine réceptrice est indépendant de la température. La bobine réceptrice est relief par une résistance 9 de forte valeur à un circuit détecteur 10 habituel. Lc circuit est donc à haute impedance et la variation en elle-meme relativement faible de la bobine 2 en fonction de la température n'a aucune influence pratique sur le signal de sortie du détecteur. La figure 2 montre un exemple de realisation du dispositif de la figure 1. Celui-ci comprend un arbre de torsion 11 monté à chaque extrémité dans un roulement à billes 12. Le couple à transmettre et à mesurer est appliqué à une extrémité de l'arbre, par exemple en Me et il est transmis à l'autre extrémité, en Ms. Les disques 3 et 4 sont montés respectivement sur des tubes de liaison 13 et 14. Le tube 13 est fixe à l'extrémité d'entrée de couple Me de l'arbre 11 et le tube 14 à l'extrémité de sortie de couple Ms du meme arbre. Les paliers 12 supportant l'arbre 11 sont fixes dans un support en deux parties 15A, 15B en matiere isolante. Ces parties sont reliefs par une piece métallique cylindrique 16 formant blindage contre les influences électro- magnétiques extérieures. La bobine émettrice 1 est montée dans un logement de la face laterale intérieure du support 15A, immédiatement devant le disque 3, le rayon central de la bobine correspondant au rayon central du disque. La bobine réceptrice 2 est montée dans un logement de la face laterale intérieure du support 15B, immédiatement en face du disque 4. Les bobines 1 et 2 sont montees vis-à-vis l'une de l'autre et elles sont centrees sur l'arbre 11, de meme que les disques 3 et 4. Le tout est monté dans un bati non représenté. La configuration du dispositif selon figures 1 et 2 est stable relativement aux influences de l'environnement. Les criteres importants pour la conception de l'arbre 11 sont la rigidité et la surcharge admissible. Une rotation relative de 0,50 sous charge normale donne un bon compromis entre une grande rigidité, C'est a-dire une faible oscillation de torsion de ltensemble et un signal de sortie suffisant. En augmentant le nombre des secteurs des disques, on peut en principe obtenir un signal de sortie utilisable pour un déplace- ment angulaire relatif plus faible. La figure 4 montre une forme d'exécution du dispositif permettant une mesure differentielle. Une telle mesure permet d'améliorer la stabilité en température et par rapport aux influences de l'environnement. Dans ce cas, on utilise deux paires de disques à secteurs 3,4 et 3',4'. Les disques 3 et 3' sont relies par un tube de liaison 13' à l'extrémité d'entrée de couple Me de l'arbre 11 et les disques 4 et 4' sont relies par un tube de liaison 14' à l'extrémité de sortie de couple Ms de l'arbre 11. Une bobine émettrice 17 est montée au centre, entre les paires de disques 3,4 et 3',4'. Des bobines réceptrices 18 et 19 sont montés vis-a-vis de la bobine émettrice, du cote extérieur des disques 3 et 4'. Les bobines 17, 18 et 19 sont concentriques à l'arbre 11. La figure 5 montre que les secteurs des disques 3 et 4 sont décalés les uns par rapport aux autres d'un quart de pas p, de même que les secteurs des disques 3' et 4'. De meme, les secteurs 3 et 3' ainsi que les secteurs 4 et 4' sont décalés entre eux d'un quart de pas. Dans ces conditions, et lorsqu'un couple est appliqué à l'arbre 11, les déplacements angulaires relatifs des secteurs des paires de disques, représentés par des flaches, sont tels que les secteurs 3 et 4 s'écartent l'un de l'autre, tandis que les secteurs 3' et 4' de l'autre paire se rapprochent l'un de l'autre, et inversément si le couple est applique dans l'autre direction. Cette disposition permet donc la mesure differentielle des déplacements angulaires relatifs des disques. La figure 6 montre le schema en pont utilise pour cette mesure differentielle. Les bobines réceptrices 18 et 19 forment un pont de mesure avec les résistances R1 et R2, un instrument de mesure M etant place dans la diagonale de ce pont. Un générateur de signal de haute frequence 20 alimente la bobine emet trice 17 à travers une résistance 8 de valeur élevée. IL est visible de ce qui precede que le dispositif selon l'invention est de conception simple et qu'il presente l'avantage d'etre particulie'rement stable en température et peu sensible aux influences de l'environnement. En outre, il délivre un signal utile de sortie variant dans une large plage de valeurs.

Claims: REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure d'un couple ou d'un angle de torsion avec au moins une paire d'elements de blindage (3,4;3',4') disposes face à face concentriquement à un arbre transmetteur de couple (11), chaque element comprenant une pluralité de zones conductrices (5), l'un des elements (3,3') de ladite paire etant relie à une extrémité de l'arbre (11), l'autre element (4,4') à l'autre extrémité dudit arbre et au moins deux bobines concentriques à l'arbre montees à proximité des elements (3,4;3',4') et separees par ceux-ci, caractérisé en ce qu'une des bobines est une bobine émettrice (1,17 ) o la ou les autres bobines etant des bobines réceptrices (2; ;18,19) délivrant un signal dont l'amplitude depend de l'écart angulaire relatif des elements de blindage produit par un couple de torsion (Me,Ms) applique à l'arbre (11). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les elements de blindage (3,4;3',4') interposés entre la bobine émettrice (1,17) et la ou les bobines réceptrices (2;18,19) forment un blindage à effet variable selon la position angulaire relative des elements. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément de blindage (3,3',4,4') comprend une pluralité de zones non transparentes pour les ondes électromagnétiques (5) et de zones transparentes pour ces ondes (6), lesdites zones etant disposees à la surface de l'élément selon une configuration angulaire reguliere, les zones non transparentes (5) de l'un des elements (3) recouvrant les zones transparentes (6) de l'autre element (4) de la paire d'elements en l'absence d'un couple de torsion applique à l'arbre (11). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les elements sont des disques circulaires et que les zones sont des secteurs à la surface laterale des disques. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les secteurs (5,6) disposes à la surface des disques (3,4;3',4') forment un motif moire. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre transmetteur de couple (11) est monte entre des paliers (12) et en ce que des moyens de liaison (13,14) relient chaque element de blindage (3,4) à 1' extremite respective de l'arbre, lesdits paliers etant tenus dans des supports (15A,15B) separes par les elements de blindage et relies entre eux par une piece cylindrique formant blindage, les bobines emettrice (1) et réceptrice (2) etant montees vis-a-vis l'une de l'autre dans des logements des faces laterales interieu- res des supports (15A,15B), de part et d'autre de la paire d'elements et à proximite de ceux-ci. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bobine emettrice (1,17) est alimentée par un générateur (7) de courant constant de haute fréquence. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou les bobines réceptrices sont connectées à un circuit comprenant un redresseur (10). 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux paires d'elements de blindage (3,4;3',4') separant une bobine émettrice (17) disposee entre lesdites paires d'éléments des bobines réceptrices (18,19) disposees respectivement à l'extérieur des paires d'éléments, vis-à-vis de la bobine émettrice (17), les premiers elements (3,3') de chaque paire etant relies à une extremite de l'arbre (11), les seconds elements de chaque paire (4,4') etant relies à l'autre extremite de l'arbre, cette disposition permettant une mesure differentielle du déplacement angulaire relatif des premiers et seconds elements de blindage. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les zones (5,6) des premiers (3,4) et seconds (3',4') elements de blindage de chaque paire ont un decalage angulaire relatif d'un quart de pas, les zones des elements de la premiere paire (3,4) etant decales d'un quart de pas par rapport aux zones des elements de la seconde paire (3'.4'). 11. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caracte- rise en ce que la bobine emettrice (17) est alimentée par un générateur de courant constant de haute fréquence (20), les bobines réceptrices (18,19) formant deux branches d'un pont de mesure.

Inventors: LUSTENBERGER, MARTIN
Applicants: VIBRO-METER SA
Application year: 1985
Main classification: G01L3
IPC codes: G01L3