BOURDAREL, Vincent (1109 route de la Erailiére, Rés. Victor Sud - Appt. No 6, La Clusaz, F-74220, FR)
AUMARD, Jean-Pierre (57 Impasse des Roses, Annemasse, F-74100, FR)
BOURDAREL, Vincent (1109 route de la Erailiére, Rés. Victor Sud - Appt. No 6, La Clusaz, F-74220, FR)
| Revendications 1. Capteur étanche à jauges de contrainte du type à corps d'épreuve en forme de simple parallélogramme déformable destiné à recevoir un plateau de charge, caractérisé par le fait qu'il comporte un corps d'épreuve monobloc (1) comportant un évidement central (2) présentant la forme générale d'un H ou d'un X traversant transversalement ce corps d'épreuve (1) et dont la forme définit la position des quatre charnières (a, b, c, d) du parallélogramme déformable se situant entre l'extrémité de chaque branche de l'évidement (2) et une face du corps d'épreuve (1) et leur épaisseur ; au moins une de ces charnières étant une charnière de mesure située sur un côté du parallélogramme déformable du corps d'épreuve comportant sur sa face extérieure une creusure (5) et un logement (8) dans lesquels sont disposés respectivement les jauges de contrainte et leur circuit électrique associé; au moins une paire de cavités latérales (12) définissant entre elles la largeur de la ou des charnières de mesure et l'épaisseur des voiles de matière (13) reliant les bords latéraux de cette charnière de mesure aux bords latéraux du corps d'épreuve correspondant à cette charnière, de manière à éviter que les contraintes provoquées dans les charnières de mesure ne soient affectées par des contraintes provenant desdits bords latéraux du corps d'épreuve (1); et par le fait qu'au moins un couvercle métallique est soudé sur le corps d'épreuve pour en obturer de façon étanche la creusure (5) et le logement (8), ce dernier comportant un passage le reliant à l'extérieur du corps d'épreuve destiné à recevoir un passage de câbles étanche. 2. Capteur étanche selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que les extrémités des branches de l'évidement (2) central en forme de H ou de X présentent une forme cylindrique dont les génératrices sont perpendiculaires à l'axe longitudinal du corps d'épreuve et parallèles aux faces supérieure et inférieure du corps d'épreuve. 3. Capteur étanche selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que les cavités d'une paire de cavités latérales (12)sont disposées de part et d'autre d'au moins une charnière de mesure. 4. Capteur étanche selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les cavités d'une paire de cavités latérales (12) sont disposées de part et d'autre de deux charnières de mesure situées sur une même face du corps d'épreuve. 5. Capteur étanche selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comporte deux charnières de mesure (a, b) proches de la surface supérieure du corps d'épreuve (1). 6. Capteur étanche selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il comporte deux charnières de mesure (c, d) proches de la surface inférieure du corps d'épreuve (1). 7. Capteur selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comporte une seconde creusure (5a) dans la face inférieure du corps d'épreuve (1). 8. Capteur étanche selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une jauge de contrainte (6, 7) fixée sur le fond de la creusure (5) en regard d'une charnière de mesure. 9. Capteur étanche selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il comporte une jauge de contrainte fixée sur le fond des creusures (5, 5a) en regard de chaque charnière de mesure (a, b, c, d). _ 13 10. Capteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte deux couvercles distincts obturant l'un le logement (8) et l'autre la creusure (5). 11. Capteur selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'il comporte un troisième couvercle obturant la creusure (5a) de la face inférieure du corps d'épreuve (1). |
La présente invention a pour objet un capteur de mesure du type comportant un corps d'épreuve monolithique muni de jauges de contrainte fixées sur ce corps d'épreuve dans au moins une de ses zones de déformation élastique sous l'effet d'un effort appliqué audit corps d'épreuve.
Généralement le corps d'épreuve est formé d'un barreau déformable monolithique pouvant présenter la forme d'un parallélogramme déformable dont l'une des extrémités est fixée sur un bâti fixe et dont l'autre est agencée de manière à recevoir un plateau sur lequel est placée la charge à mesurer. De tels capteurs sont décrits par exemple dans les documents US 4.150.729, US 4.546.838 ou US 4.107.985.
La présente invention vise à la réalisation d'un tel capteur qui puisse être utilisé dans un environnement hostile ou corrosif, eau salée, chlorée ou acide, etc., ce qui oblige à protéger les jauges de contrainte pour éviter leur détérioration.
Généralement les jauges de contrainte sont protégées par un enduit ou film d'une matière résistante aux agents corrosifs. L'expérience montre néanmoins que c'est toujours cette protection qui se dégrade en premier lieu, nécessitant le remplacement du capteur bien que sa partie mécanique, le corps d'épreuve, soit encore intact.
On a proposé des capteurs dans lesquels les jauges de contrainte sont enfermées dans des cavités étanches comme cela est décrit par exemple dans le document US 4.488.611. Cette réalisation nécessite toutefois la soudure de couvercles ou d'éléments de protection métalliques sur le corps d'épreuve à proximité immédiate des zones de déformation de celui-ci, pour encapsuler de façon étanche les jauges de contrainte. Cette façon de faire permet une protection durable des jauges de contrainte mais détériore la précision et la fiabilité de la mesure. En effet, le fait de souder ces couvercles ou protections à proximité immédiate des zones de déformation du corps d'épreuve induit des modifications structurelles du matériau constitutif du corps d'épreuve dans ces zones modifiant notamment ses caractéristiques élastiques qui sont la source d'imprécisions ou d'erreurs de mesure ne pouvant pas être aisément corrigées électriquement.
En outre ces capteurs étanches nécessitent une poutre de mesure distincte des deux bras du parallélogramme déformable du corps d'épreuve, généralement placée dans l'évidement central de ce corps d'épreuve, ce qui complique son usinage et renchérit donc fortement le capteur étanche.
La titulaire a développé un capteur étanche décrit dans le document EP- 1319931 dans lequel les jauges de contrainte et leur circuit électrique associé sont placés dans une cavité du corps d'épreuve dont les bords devant être obturés par une plaque soudée sont situés dans une zone du corps d'épreuve ne participant pas à la mesure, ces bords étant découplés notamment de la poutre de mesure. Toutefois ici également le corps d'épreuve comporte une poutre principale, reliée à la poutre de mesure, distincte des côtés du parallélogramme déformable et traversant la cavité centrale du corps d'épreuve dont l'usinage reste complexe et onéreux.
Le but de la présente invention est la réalisation d'un capteur étanche à jauges de contrainte dans lequel, d'une part, les cavités recevant les jauges de contrainte et leur circuit électrique associé sont disposées de manière que leurs bords destinés à être reliés par soudure à un couvercle métallique soient éloignés et découplés mécaniquement des zones de déformation servant à la mesure et, d'autre part, dont le corps d'épreuve en forme de parallélogramme déformable présente un usinage simple et notamment ne comporte pas de poutre traversant la cavité centrale de ce corps d'épreuve, de telle manière que l'on obtienne un capteur précis et meilleur marché.
Ainsi la présente invention a pour but la réalisation d'un capteur comportant un corps d'épreuve monolithique et des jauges de contrainte encapsulées, donc protégées de l'environnement, qui obvie aux inconvénients précités c'est-à-dire qui est résistant, dont la protection des jauges n'influence pas les caractéristiques de mesure et qui soit d'un moindre coût de fabrication.
La présente invention a pour objet un capteur de mesure étanche comportant un corps d'épreuve monolithique muni de jauges de contrainte qui se distingue par les caractéristiques énumérées à la revendication indépendante 1. Les modes particuliers de réalisation de l'invention sont définis dans les revendications dépendantes.
Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple deux formes d'exécution du capteur selon l'invention. La figure 1 est une vue en perspective du capteur sans son couvercle d'obturation.
La figure 2 est une vue en plan de dessus du capteur illustré à la figure 1.
La figure 3 est une vue en plan de dessous du capteur illustré à la figure 1.
La figure 4 est une vue de côté du capteur illustré à la figure 1. La figure 5 est une coupe suivant la ligne A-A de la figure 4.
La figure 6 est un détail à plus grande échelle de la figure 5.
La figure 7 est une vue en perspective du capteur illustré à la figure 1 , son couvercle d'obturation étant soudé en place sur le corps d'épreuve.
La figure 8 est une vue de dessus d'une seconde forme d'exécution du capteur.
La figure 9 est une vue de côté du capteur illustré à la figure 8.
La figure 10 est une vue de dessous du capteur illustré à la figure 8.
La figure 11 est une représentation en perspective du capteur selon la seconde forme d'exécution. La présente invention a pour objet un capteur de pesage étanche à jauges de contrainte du type à simple parallélogramme. Pour réaliser le but proposé on utilise un corps d'épreuve de type parallélogramme déformable afin d'accepter les excentrations de charge. Ce capteur ne comporte pas, comme il est généralement d'usage, de troisième poutre complémentaire traversant l'ouverture du parallélogramme, ceci afin de simplifier au maximum l'usinage du corps d'épreuve et réduire ainsi le prix de revient de celui-ci. Ce corps d'épreuve est formé d'un parallélogramme constitué de quatre charnières dont au moins une mais de préférence deux ont une forme particulière caractérisée par une partie centrale étroite reliée de part et d'autre par un voile très fin (0.1 à 0.4mm) aux deux parties extérieures suffisamment épaisses pour supporter la soudure de la feuille métallique de fermeture et former ainsi une cavité étanche accueillant les jauges et assurant ainsi leur protection vis-à-vis de l'environnement extérieur agressif. Les parties centrales étroites (4 à 8mm) appelées charnières sont constituées d'une section de matière comprise entre la partie plate où sont collées les jauges de contrainte et la face concave (rayon de 6mm) de telle façon que les déformations soient limitées à ces seules zones amincies constituant ainsi un parallélogramme présentant une assez grande raideur.
A l'opposé, les voiles de liaison des charnières aux parties extérieures sont conçus de façon à présenter grâce à leur forme et leur faible épaisseur le maximum de souplesse possible afin de découpler parfaitement le parallélogramme de mesure des parties extérieures qui assurent en association avec la plaque de fermeture l'étanchéité de l'ensemble.
En se référant aux figures 1 à 7 du dessin on voit que le capteur de mesure selon la présente invention comporte un corps d'épreuve monolithique 1 constituant un parallélogramme déformable en acier, acier inoxydable ou alliage de ceux-ci, aluminium ou autre matériau élastique, dont une extrémité 1a est destinée à être fixée sur un bâti tandis que l'autre extrémité 1b est équipée pour recevoir un plateau sur lequel est posée une charge à peser ou appliquée une force à mesurer. Ce corps d'épreuve (voir figure 4) est traversé transversalement par un évidement central 2 présentant la forme générale d'un H définissant les quatre charnières a, b, c, d du parallélogramme déformable dont au moins une (a) est une charnière de mesure (voir figure 6). Chaque extrémité des branches verticales du H que forme l'évidement central 2 présente une forme cylindrique dont les génératrices sont perpendiculaires à l'axe longitudinal du corps d'épreuve 1.
Les deux charnières inférieures c, d servant à la déformation du corps d'épreuve mais non à la mesure présentent une faible épaisseur et peuvent encore être affaiblies par des ouvertures 3, 4 pratiquées dans la paroi inférieure du corps d'épreuve 1. Ceci est plus particulièrement utile dans le cas de corps d'épreuve pour de faibles charges nominales.
Les charnières inférieures c et d présentent une épaisseur de l'ordre de 0,5mm à 1mm par exemple, dépendant de la charge nominale du capteur. Les charnières supérieures a, b constituent les parties du corps d'épreuve qui non seulement vont assurer la déformabilité du corps d'épreuve mais qui sont utilisées pour mesurer les contraintes de flexion qui vont être mesurées à l'aide de jauges de contrainte. Ces charnières de mesure a, b, dans certaines variantes une seule de ces charnières sert à la mesure, présentent une épaisseur plus importante, de l'ordre de 1 mm à 2mm par exemple, dépendant également de la charge nominale du capteur. Les chiffres indiqués ci-dessus sont valables pour des capteurs prévus pour une charge nominale de 5 à 10 kilogrammes et comme indiqué ci-dessus peuvent varier en fonction de la charge nominale du capteur envisagé. Plus la charge nominale est grande, pouvant aller jusqu'à quelques centaines de kilogrammes, plus les charnières sont épaisses.
La face supérieure du corps d'épreuve 1 comporte d'une part une creusure 5 de faible profondeur destinée à recevoir des jauges de contrainte 6,7 fixées sur le fond de cette creusure 5 au droits des charnières de mesure a, b et, d'autre part un logement plus profond 8 destiné à loger les circuits électriques 9 associés aux jauges de contrainte 6,7. Cette creusure 5 et ce logement 8 présentent un rebord 10 situé dans un même plan, parallèle à la face supérieure du corps d'épreuve 1. Ce rebord 10 permet de positionner une plaque de fermeture ou couvercle 11 recouvrant et obturant la creusure 5 et le logement 8 qui sera soudée par exemple au laser sur ledit rebord 10 pour assurer une étanchéité parfaite de Ia creusure 5 et du logement 8.
Pour être certain que la zone du corps d'épreuve 1 située autour de la creusure 5 ne participe pas à la mesure, ces zones pouvant être affectées en ce qui concerne les caractéristiques de la matière par la soudure du couvercle 11 , des paires de cavités latérales 12 sont usinées de part et d'autre du corps d'épreuve délimitant une largeur des charnières a, b servant à la mesure, de l'ordre de 4 à 8mm pour des corps d'épreuve de capacité nominale de 5 à 10 kilogrammes. Ces paires de cavités latérales définissent également l'épaisseur des voiles 13 reliant les charnières a, b aux bords correspondants du corps d'épreuve 1.
Ainsi la matière du corps d'épreuve 1 qui est utilisée pour la mesure des contraintes est limitée aux charnières de mesure a et b présentant une épaisseur et une largeur bien déterminées. Les voiles 13 de matière reliant la charnière a, respectivement b, aux bords latéraux supérieurs du corps d'épreuve 1 sont de faible épaisseur, de l'ordre de 0,1mm à 0,4mm, et assurent un total découplage entre les charnières a, b et le bord supérieur 10 du corps d'épreuve 1 devant être soudé au couvercle 11. De ce fait on peut garantir que les contraintes que l'on mesure dans la matière des charnières a et b ne sont pas influencées par les déformations de ces voiles 13 lors de Ia mise en charge du corps d'épreuve 1.
D'autre part, l'usinage du corps d'épreuve 1 est rendu beaucoup plus simple du fait de la forme de l'ouverture centrale 2 et des cavités latérales 12 et de l'absence de poutre médiane traversant cette ouverture centrale 2.
Dans le cas où seule l'une des charnières a, b supérieure est utilisée pour la mesure, les cavités latérales 12 pratiquées dans le corps d'épreuve 1 peuvent n'englober que la zone environnant cette unique charnière de mesure.
Un perçage 14 relie la creusure 5 au logement 8 pour faire passer les fils reliant les jauges de contrainte 6, 8 au circuit électrique 9. Un tel perçage 14 peut être omis dans le cas de la forme d'exécution décrite jusqu'ici puisqu'elle ne comporte qu'un couvercle 11 et que le logement 8 communique avec la creusure 5. Ce perçage n'est indispensable que dans les formes d'exécution où la creusure 5 et le logement 8 ne communiquent pas et sont chacun obturés par un couvercle distinct comme illustré à la figure 8. Enfin, un trou 15 relie le logement 8 à l'extérieur du corps d'épreuve 1 qui peut être équipé d'un passage de câble étanche pour relier le circuit électrique 9 à l'appareillage situé hors du corps d'épreuve 1.
Le principe de ce capteur est de réaliser un évidement central 2 dans le corps d'épreuve 1 dont la forme définit quatre charnières ou zones de déformation du parallélogramme ainsi réalisé. Cet évidement central 2 détermine également l'épaisseur de la ou des charnières de mesure a, b. La largeur de ces charnières de mesure a, b est ensuite elle déterminée par les cavités latérales 12 qui déterminent également l'épaisseur des voiles 13 reliant les charnières de mesure a, b au bord du corps d'épreuve 1 destiné à recevoir un couvercle 11 soudé. On réalise ainsi avec un minimum d'usinage du corps d'épreuve 1 un découplage parfait entre Ia ou les charnières de mesure a, b et les zones du corps d'épreuve destinées à être soudées au couvercle, ce qui permet de réaliser un capteur étanche précis et peu onéreux.
La seconde forme d'exécution du capteur selon l'invention illustrée aux figures 9 à 11 comporte un corps d'épreuve monolithique 1 comportant un évidement central 2 présentant la forme générale d'un X dont l'extrémité de chaque branche présente une forme cylindrique dont les génératrices sont perpendiculaires à l'axe longitudinal du corps d'épreuve 1.
Les deux extrémités supérieures de l'évidement central 2 définissent la position et l'épaisseur des charnières de mesure a, b tandis que les deux extrémités inférieures de cet évidement central définissent la position et l'épaisseur des charnières de mesure c et d.
Des paires de cavités 12 sont usinées de part et d'autre du corps d'épreuve au droit de chaque charnière a, b, c, d déterminant la largeur de ces charnières, qui toutes sont des charnières de mesure, ainsi que l'épaisseur des voiles 13 reliant ces charnières au bord adjacent du corps d'épreuve 1 , comme c'est le cas dans la première forme d'exécution pour les charnières de mesure a, b. Dans cette forme d'exécution les quatre charnières a, b, c et d sont des charnières de mesure et chacune d'elles est entourée par une paire de cavités latérales 12.
Dans cette seconde forme d'exécution du corps d'épreuve 1 celui-ci comporte sur une première face, la face supérieure ici, une creusure 5a permettant de loger les jauges de contrainte comme dans la première forme d'exécution et le perçage 14a permet de relier ces jauges de contrainte à leurs circuits associés logés dans le logement 8a débouchant également sur la face supérieure du corps d'épreuve et comportant un épaulement 10b. Le logement 8a et la creusure 5a sont obturés par des couvercles distincts soudés sur les épaulements 10a, 10b respectivement.
Dans cette forme d'exécution la face inférieure du corps d'épreuve comporte une creusure 5b logeant les jauges de contrainte associées aux charnières de mesure c et d et un second perçage 14b permettant de les relier à leurs circuits associés logés dans le logement 8a. Ce logement 8a est relié à l'extérieur du corps d'épreuve par un passage 15a destiné à recevoir un passage de câble étanche. Dans cette forme d'exécution, et dans toutes celles comportant des couvercles distincts pour la creusure 5 logeant les jauges de contrainte et le logement 8 renfermant les circuits électriques, on peut tester le corps d'épreuve une fois que la ou les creusures 5 sont obturées par leurs couvercles soudés, puis apporter les réglages nécessaires aux circuits électriques correspondants si nécessaire avant d'obturer le logement 8 par son couvercle soudé. La soudure du couvercle du logement 8 ne modifie plus les caractéristiques du corps d'épreuve 1 puisque ce logement se situe dans une portion non déformable du corps d'épreuve. On peut ainsi encore améliorer la précision et la linéarité de la réponse électrique du capteur aux charges qu'il mesure. Comme on l'a vu de ce qui précède le présent capteur comporte toujours un corps d'épreuve en forme de simple parallélogramme déformable monobloc comprenant un évidement central 2 traversant transversalement le corps d'épreuve et présentant la forme générale d'un H ou d'un X. Les extrémités des branches de l'évidement central 2 en forme de H ou de X présentent une forme cylindrique dont les génératrices sont perpendiculaires à l'axe longitudinal du corps d'épreuve 1 et parallèles aux faces supérieure et inférieure de ce corps d'épreuve. Cette forme de l'évidement central 2 permet de constituer les quatre charnières du corps d'épreuve 1 dont les déformations de flexion d'au moins certaines d'entre elles seront utilisées pour agir sur les jauges de contrainte.
Le capteur peut comporter une, deux, trois ou quatre charnières de mesure. Lorsqu'il en comporte une ou deux, ces charnières de mesure sont de préférence situées d'un même côté du corps d'épreuve 1.
L'évidement central 2 détermine la position et l'épaisseur des charnières de mesure.
Le corps d'épreuve comporte encore des paires de cavités latérales 12, les cavités 12 de chaque paire étant situées de part et d'autre de chaque charnière de mesure et déterminant la largeur des dites charnières de mesure et l'épaisseur des voiles 13 reliant chaque charnière de mesure à un côté du corps d'épreuve. Ces voiles 13 minces permettent un découplage des bords du corps d'épreuve 1 par rapport aux charnières de mesure, de sorte que ces bords du corps d'épreuve ne participent pas aux déformations des charnières lors de la flexion du corps d'épreuve. Ainsi, même si les caractéristiques élastiques de la matière des bords supérieur et inférieur du corps d'épreuve sont modifiées par la soudure du ou des couvercles obturant de façon étanche les creusures 5, 5a, cela n'a aucune influence sur les contraintes mesurées aux charnières de mesure.
Enfin, le logement 8, 8a est situé dans une zone du corps d'épreuve ne subissant pas de déformation, de sorte que la soudure du couvercle obturant ce logement n'influence pas non plus la mesure. On remarque encore que l'usinage du corps d'épreuve est simple, constitué pour l'essentiel de fraisages, ce qui permet de réduire le coût de fabrication de ce capteur.
Next Patent: HEAD FOR THE TREATMENT OF STONE AND CERAMIC MATERIALS