Dispositif de mesure d'effort axial

La présente invention concerne un dispositif de mesure d'effort axial.

Le domaine de l'invention est donc celui de la mesure des forces de toute nature. Au nombre de ces mesures figure la pesée, auquel cas la force concernée engendrée par la pesanteur est appliquée selon un axe vertical de haut en bas.

Un dispositif de pesée est généralement constitué par l'empilement selon un axe de référence d'une embase, d'un capteur de force coaxial à l'axe de référence, d'un plateau de charge en appui sur ce capteur pour lui transmettre l'effort auquel il est soumis, et d'un organe de liaison pour réunir le plateau de charge et l'embase.

La manutention ou le maintien d'une charge sur le plateau de charge engendre de nombreuses forces parasites telles que des efforts, des phénomènes de basculement ou des tendances à l'arrachement. Il faut donc prévoir quantité d'organes de limitation d'effort pour annihiler ces forces parasites.

Ces organes appartiennent souvent à l'une des trois familles suivantes :

- les butées de choc (mises en contact de deux pièces lors d'un effort latéral),

- les tirants ou lames de contraintes (éléments mécaniques reliant le plateau de charge à l'embase), et

- les senseurs de pesage (prévus pour bloquer les efforts latéraux). Une butée de choc est très délicate à régler. Elle comporte une partie mobile et une partie fixe séparée par un espacement très réduit lorsqu'elle n'est pas sollicitée. Cet espacement est le siège d'une accumulation de poussière ou de salissures si bien que, à plus ou moins brève échéance, les parties fixe et mobile se solidarisent. Il s'ensuit une dégradation de la mesure. De plus, cet espacement est soumis à des variations dimensionnelles dues à la dilatation thermique des différents composants.

Un tirant présente un encombrement très conséquent. En effet, cet élément qui relie le plateau de charge à l'embase doit être d'autant plus long que la force parasite latérale est importante.

Un senseur de pesage est un élément relativement coûteux et peu précis. Son montage doit être fait avec précaution.

La présente invention a ainsi pour objet un dispositif de mesure d'effort axial dont la structure est considérablement simplifiée.

Selon l'invention, un dispositif de mesure d'effort comprend, empilés selon un axe de référence : - une embase,

- un organe de conversion en appui sur cette embase muni d'au moins un capteur de force coaxial à l'axe de référence,

- un plateau de charge en appui sur cet organe de conversion pour lui transmettre l'effort auquel il est soumis, comprend encore un organe de liaison pour réunir le plateau de charge et l'embase ; de plus, l'organe de liaison interdit tout mouvement du plateau de charge relativement à l'embase à l'exception d'une translation selon l'axe de référence.

Avantageusement, l'organe de conversion comporte une tête de charge dont la face supérieure est en appui sur le plateau de charge et qui présente une face de contact convexe dont le sommet est au contact du centre du capteur.

De préférence, le capteur est précontraint par un accessoire de réglage incorporé au plateau de charge.

Eventuellement, cet accessoire de réglage, outre une possibilité de translation selon l'axe de référence, a également une possibilité de pivoter selon un axe de pivotement perpendiculaire à cet axe de référence.

Suivant une caractéristique additionnelle de l'invention, l'organe de conversion comprend au moins un capteur additionnel.

Parallèlement, cet organe de conversion peut comprendre au moins une cale de compensation.

Par ailleurs, l'organe de liaison comprend un module de centrage pour guider le plateau de charge selon l'axe de référence.

A titre d'exemple, ce module de centrage comporte :

- un premier corps cylindrique solidaire du plateau de charge, - un deuxième corps cylindrique solidaire de l'embase, et

- un moyen de connexion entre ces deux corps ; l'un de ces corps étant un corps interne et l'autre un corps externe.

Suivant un premier mode de réalisation, les sections des deux corps cylindriques étant ajustées l'une à l'autre, le moyen de connexion consiste dans le coulissement du type piston-cylindre du corps interne dans le corps externe.

Suivant un deuxième mode de réalisation, le moyen de connexion comporte une armature inférieure et une armature supérieure qui sont coplanaires et perpendiculaires à l'axe de référence, chacune de ces armatures reliant au moins trois points du corps externe répartis sur plus de 180° à au moins trois points du corps interne répartis sur plus de 180°.

Préférentiellement, l'armature supérieure est une rondelle supérieure dont l'évidement central est emprisonné dans le corps interne et dont la périphérie est maintenue dans le corps externe.

De même, l'armature inférieure est une rondelle inférieure dont l'évidement central est emprisonné dans le corps interne et dont la périphérie est maintenue dans le corps externe.

Il est souhaitable que le plan médian de ces armatures coïncide avec le plan d'appui du capteur.

Avantageusement, le dispositif comporte un moyen anti-arrachement pour limiter le déplacement du plateau de charge dans le sens de son éloignement de l'embase.

De même, le dispositif comporte un moyen anti-écrasement pour limiter le déplacement du plateau de charge dans le sens de son rapprochement de l'embase. Lorsque cela s'avère pertinent, l'armature supérieure reste dans sa limite d'élasticité pour tout déplacement autorisé du plateau de charge.

D'autre part, le dispositif est étanche.

Il trouve une application particulièrement intéressante dans la pesée.

La présente invention apparaîtra maintenant avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en se référant aux figures qui représentent :

- la figure 1 , un schéma de principe d'un mode de réalisation basique d'un dispositif de mesure d'effort et plus précisément :

- la figure 1a, une vue de dessus de ce dispositif, - la figure 1b une vue en coupe de ce dispositif selon le plan AA de la figure 1a ;

- la figure 2, un schéma d'un mode de réalisation privilégié du dispositif objet de l'invention qui présente une symétrie de révolution et plus précisément : - la figure 2a, une vue de dessus de ce dispositif,

- la figure 2b une vue en coupe diamétrale de ce dispositif ;

- la figure 3, une vue partielle d'un dispositif muni d'un organe de conversion comportant deux capteurs et une cale de compensation.

Les éléments identiques présents dans plusieurs figures sont affectés d'une seule et même référence. En référence aux figures 1a et 1b, un mode de réalisation basique du dispositif est présenté.

L'organe de conversion se réduit ici à un capteur 100 de force qui présente une symétrie axiale selon l'axe de référence REF. Ce capteur repose sur l'embase 130. Le plateau de charge 120 a la forme d'un premier cylindre à section carrée fermé sur sa face supérieure. Le fond 121 de ce premier cylindre est au contact de la face supérieure du capteur 100.

Un deuxième cylindre 150 disposé autour du capteur 100 est solidaire de l'embase 130. La section externe du deuxième cylindre 150 est ajusté à la section interne du premier cylindre 120 de sorte que celui-ci puisse coulisser le long de celui-là.

Un organe de centrage qui participe à la liaison embase-plateau est donc maintenant défini qui comporte : - un premier corps cylindrique solidaire du plateau de charge 120 formé par le premier cylindre,

- un deuxième corps cylindrique solidaire de l'embase 130 constitué par le deuxième cylindre 150, et

- un moyen de connexion entre ces deux corps cylindriques constitués par le coulissement du premier cylindre autour du deuxième cylindre.

Il apparaît ainsi que le seul déplacement possible du plateau de charge 120 est une translation selon l'axe de référence REF.

Bien entendu, il est possible d'inverser l'agencement des deux cylindres de sorte que le cylindre interne soit solidaire du plateau de charge 120 et coulisse dans le cylindre externe solidaire de l'embase 130.

Dans ce mode de réalisation basique ont été volontairement omis les éléments suivants qui sont repris plus loin :

- moyens de fixation ou d'assemblage des différents composants,

- moyen anti-arrachement, - moyen anti-écrasement,

Le dispositif ci-dessus présente une grande simplicité. Toutefois, dans certaines applications, notamment dans les ambiances très poussiéreuses, il présente lui aussi une certaine sensibilité à l'encrassement. En effet, l'espace figurant entre le piston et le cylindre, bien que très réduit, peut se trouver obstrué par des poussières. Il pourrait en résulter dans certains cas un blocage du piston dans le cylindre.

Pour cette raison, en référence à la figure 2, un mode de réalisation privilégié du dispositif est maintenant décrit.

L'organe de conversion comprend un capteur cylindrique 200 surmonté d'une tête de charge 210. Le capteur de force présente une symétrie axiale selon l'axe de référence AR. Il repose sur l'embase 230 et présente à son sommet une face d'appui 202 plane sensiblement horizontale.

La tête de charge 210 présente une cavité qui s'introduit autour de la face d'appui 202 du capteur. Le fond de cette cavité est une face de contact convexe 212 dont le sommet vient en contact avec cette face d'appui, sensiblement en son centre. La cavité présente une géométrie telle que la tête de charge puisse pivoter dans une certaine mesure selon un axe passant par son sommet et situé dans le plan de la face d'appui. Le plateau de charge 220 vient en appui sur la face supérieure de la tête de charge 210.

Suivant une première option (qui ne correspond pas à la figure), la face supérieure de ce plateau 220 vient directement au contact de la face supérieure de la tête de charge 210.

Suivant une seconde option qui est préférée, le plateau de charge 220 comporte un accessoire de réglage 222 dont la base 223 vient au contact de la face supérieure de la tête de charge 210. Cet accessoire comporte au moins une vis de réglage 224 qui permet, éventuellement combinée à d'autres vis ou à des pions, de régler le niveau de la base 223 par rapport au sommet du plateau de charge 220. Il apparaîtra par la suite que cette vis de réglage permet d'appliquer une précontrainte sur le capteur 200. Cet accessoire de réglage 222 permet également de compenser un éventuel défaut de parallélisme du dispositif car sa base 223 a une possibilité de pivotement selon un axe perpendiculaire à l'axe de référence AR.

Le plateau de charge 220 présente une symétrie de révolution par rapport à l'axe de référence AR. Il est muni à sa périphérie d'un épaulement prévu pour maintenir une bague cylindrique supérieure 241 qui est elle-aussi

coaxiale à l'axe de référence AR. Cette bague supérieure 241 est suivie par une bague inférieure 242 munie d'une aile horizontale 243 qui fait saillie à sa périphérie.

Sur l'épaulement du plateau de charge 220 sont successivement empilés :

- la section interne d'une armature supérieure 251 ,

- la bague supérieure 241 ,

- la section interne d'une armature inférieure 252, et

- la bague inférieure 242. Tous ces éléments sont solidarisés au moyen d'une pluralité de vis de fixation 245.

Parallèlement, sur l'embase 230, sont successivement empilés :

- un anneau cylindrique inférieur 262,

- la section externe de l'armature inférieure 252, - un anneau cylindrique supérieur 261 , et

- la section externe de l'armature supérieure 251.

Tous ces éléments sont solidarisés au moyen d'une pluralité de vis d'assemblage 265.

Les deux armatures 251, 252 ont une structure plane et sont parallèles car les épaisseurs de l'anneau supérieur 261 et de la bague supérieure 241 sont égales. De plus, du fait de la symétrie de révolution du montage, les sections libres de ces deux armatures comprises entre cet anneau et cette bague ont la même longueur prise selon un rayon passant par l'axe de référence AR.

Suivant une caractéristique préférentielle de l'invention, l'armature supérieure 251 prend la forme d'un disque mince évidé en son centre, autrement dit d'une rondelle. Cet agencement contribue à isoler le dispositif de l'environnement extérieur et facilite donc grandement son étanchement. L'armature inférieure 252 est identique à l'armature supérieure. Ainsi, vu en coupe comme dans Ia figure, l'ensemble anneau supérieur 261 , armature supérieure 251 , bague supérieure 241 et armature inférieure 252 se présentent comme deux parallélogrammes symétriques par rapport à l'axe de référence AR.

Du fait de la minceur et de l'identité des deux armatures 251 , 252, ces deux parallélogrammes sont à même de se déformer de la même manière lorsqu'une force est appliquée sur le plateau de charge 220.

II s'ensuit que le seul mouvement possible de ce plateau relativement à l'embase 230 est une translation selon l'axe de référence AR.

Ainsi, on définit un organe de centrage qui participe à la liaison embase- plateau et qui comporte : - un premier corps cylindrique solidaire du plateau de charge 220 formé par les deux bagues 241 , 242, et

- un deuxième corps cylindrique solidaire de l'embase 230 formé par les deux anneaux 261 , 262,

- un moyen de connexion entre ces deux corps cylindriques formé par les deux armatures 251 , 252.

Une disposition particulièrement attractive consiste à prévoir que le plan médian des deux armatures 251 , 252 coïncide avec la face d'appui 202 du capteur 200.

Bien entendu, ici aussi, il est possible d'inverser l'agencement des deux cylindres de sorte que le cylindre externe soit solidaire du plateau de charge 220 et coulisse autour du cylindre interne solidaire de l'embase 230.

Bien que l'agencement décrit ci-dessus présente de nombreux avantages, l'invention n'est en aucun cas limitée à cet agencement.

Fonctionnellement, il suffit que les deux armatures présentent chacune trois bras disposés entre la bague supérieure 241 et l'anneau supérieur 261 selon des rayons d'un cercle de diamètre égal à celui de l'anneau supérieur et centré sur l'axe de référence AR. Idéalement, les angles entre deux bras sont tous égaux à 36073, soit 120°. Cependant, il suffit que la somme des angles définis respectivement par le premier et le second bras, le second et le troisième bras, soit supérieure à 180°.

On peut même imaginer que les deux armatures ne soient pas identiques pourvu qu'elles présentent une rigidité équivalente.

Par ailleurs une couronne supérieure 271 et une couronne inférieure 272 sont assujetties la première au-dessus de la seconde à l'embase 230. Ces deux couronnes circulaires ont un même diamètre compris entre celui des bagues 241 , 242 et celui des anneaux 261 , 262. Elles sont centrées sur l'axe de référence AR et chacune munie d'un épaulement sur sa face interne. La réunion de ces deux épaulements définit un profil qui a une section en U dont les deux jambes horizontales sont dirigées vers le capteur 200. Ce profil est prévu pour coopérer avec l'aile 243 de la bague inférieure 243 qui s'encastre dans le U.

La couronne supérieure 271 constitue ainsi un moyen anti-arrachement qui limite le déplacement du plateau de charge 220 vers le haut selon l'axe de référence AR.

De même, la couronne inférieure 272 constitue un moyen anti- écrasement qui limite le déplacement du plateau de charge 220 vers le bas selon l'axe de référence AR.

On remarque de plus que la conjugaison des deux couronnes constitue un moyen anti-pivotement qui limite une éventuelle rotation du plateau de charge selon un axe concourant avec l'axe de référence AR et perpendiculaire à celui-ci. Naturellement, la hauteur de la couronne supérieure 271 est inférieure à celle de l'armature inférieure 252 lorsque ces hauteurs sont prises à partir de l'embase 230.

Par ailleurs, pour éviter toute déformation irréversible du dispositif, il va sans dire que les deux armatures 251 , 252 restent pour tout déplacement chacune dans sa limite d'élasticité entre les deux butées constituées par les branches du U formé par les deux couronnes 271 , 272.

Le dispositif comporte encore un câble 280 pour acheminer le signal de sortie du capteur 200 et éventuellement son signal d'alimentation. Ce câble 280 est monté dans un presse-étoupe 281 au niveau où il traverse l'anneau inférieur 262. On assure ainsi l'étanchéité au niveau du câble 280.

On comprend bien que le montage du dispositif en utilisant un disque comme armature supérieure 251 présente une étanchéité parfaite aux poussières. S'il s'avérait nécessaire d'obtenir une étanchéité aux liquides ou même aux gaz l'homme du métier dispose de nombreuses solutions pour jointoyer les différents composants du dispositif. Ce point ne sera pas plus détaillé car il ne s'agit pas là du cœur de l'invention.

Il convient maintenant de préciser que l'organe de conversion qui figure entre le plateau de charge et l'embase peut présenter plusieurs éléments disjoints. En référence à la figure 3, un premier capteur 301 , une cale 311 et un second capteur 302 sont tous les trois disposés entre l'embase 330 et le plateau de charge 320. Les deux capteurs 301 , 302 présentent la même hauteur qui est également celle de la cale 311. Cette cale de compensation permet d'obtenir un troisième point d'appui du plateau de charge 320 sur l'embase 330 pour assurer la stabilité du montage.

Naturellement, on peut prévoir une tête de charge sur chaque capteur 301 , 302 et même sur la cale de compensation 311.

De même, on peut prévoir un module de réglage associé à chacun de ces trois éléments. Les exemples de réalisation de l'invention présentés ci-dessus ont été choisis eu égard à leur caractère concret. Il ne serait cependant pas possible de répertorier de manière exhaustive tous les modes de réalisation que recouvre cette invention. En particulier, tout moyen décrit peut être remplacé par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention.