Dispositif pour instruments de mesure permettant d'effectuer la multiplication
de deux grandeurs.
La présente invention concerne un dispo sitif pour instruments de mesure, permettant d'effectuer mécaniquement la multiplication de deux grandeurs, dont l'une est pro portionnelle au temps.
La mesure de certaines grandeurs définies par le produit de deux ou plusieurs grandeurs indépendantes et du temps, telles que par exemple les calories fournies par une distribution d'eau chaude, les volumes corri- ges des variations de pression ou de densité, de fluides compressibles, circulant dans une canalisation, etc., peut s'effectuer au moyen d'instruments connus constitués principalement par :
1 un compteur, ou appareil effectuant directement l'intégration, d'es produits élé mentaires X. dt, de l'une des grandeurs cons tituantes X, par les fractions infiniment petites du temps dt ;
2-0 un appareil de mesure instantané de la seconde grandeur constituante Y ;
3 un mécanisme assurant les fonctions suivantes :
décomposition en tranches élémentaires,
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de durée 1'2Tj des indications du compteur ;
multiplication de la valeur instantanée Y, supposée invariable pendant la durée T2-Ti, par la valeur de la tranche considérée de
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totalisation des produits élémentaires :
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Il existe différents types de ces mécha- nismes. On peut, en particulier, soit totaliser les rotations d'une roue à rochets entraînée par un ou plusieurs cliquets portés par un bras mobile tournant autour d'un axe concentriquement à la roue sous l'action d'un moteur à vitesse constante oud'uncompteur ayant une vitesse proportionnelle à la grandeur X, soit utiliser un dispositif à coincement pour assurer la liaison entre un patin mobile entraîné en rotation, comme les cli- quets précédents et un disque lisse dont on totalise les révolutions, l'embrayage étant, dans ces deux mécanismes, assuré pendant chaque tour, suivant un angle variable, au moyen de deux cames concentriques,
l'une d'elles étant placée sous le contrôle de l'ap- pareil de mesure instantané de la grandeur
Y et l'autre fixe.
Ces mécanismes présentent certains inconvénients, notamment les suivants :
1 La roue à rochets ou le disque mobile, de même que la minuterie totalisatriee du nombre de tours effectués, sont libérés pério diquement pendant une fraction du cycle et sous l'effet d'un balourd et de vibrations ; ces mobiles peuvent alors tourner intempestivement, ce qui fausse les indications obtenues.
2 La précision de l'instument est fonction du nombre de dents de la roue à rochets, ou du diamètre du disque lisse dans le cas du mécanisme à coincement, et cette précision peut être jugée insuffisante lorsqu'on réalise un appareil de petite dimension.
3 Le couple résistant offert par ces mécanismes au compteur qui doit les entraîner, est parfois trop important pour que celui-ci n'ait pas lui-même ses indications faussées.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients.
Les moyens mis en oeuvre pour arriver à ce but consistent en un dispositif pour instrument de mesure permettant d'effectuer mécaniquement la multiplication de deux grandeurs, dont l'une est proportionnelle au temps, le dispositif étant caractérisé par un axe tournant sous l'influence d'une grandeur, et actionnant, d'une part, un différentiel à cliquets de solidarisation et de libéra tion du planétaire d'un mouvement d'horlo- gerie final, d'autre part, un jeu de deux cames basculant un ensemble de galets, le ca- lage relatif des deux cames étant déterminé par une deuxième grandeur, par l'intermé- diaire d'un deuxième différentiel, l'ensemble de galets et lesdits cliquets étant solidaires et basculants,
réglant ainsi le temps de libération du planétaire actionnant le mouvement d'horlogerie, sur lequel s'inscrit le produit des deux grandeurs.
L'invention concerne également l'appliea- tion de ce dispositif multiplicateur à un appareil de mesure quelconque.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemple, trois formes d'exécution du dispositif objet de l'invention.
La fig. 1 représente, en perspective, l'en- semble schématique du dispositif selon la première forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue schématique en perspective d'une partie du dispositif, certaines pièces de celui-ci occupant des positions dif férentes de celles de la. fig. 1.
La fig. 3'est une vue schématique en pers- pective d'une deuxième forme d'exécution du dispositif.
La fig. 4 représente les mêmes éléments que ceux de la fig. 3, mais dans une position différente.
La fig. 5 représente en perspective l'ensemble schématique d'une troisième forme d'exécution du dispositif selon l'invention.
A la fig. 1, on voit en 1, un arbre mû par un compteur mesurantunegrandeur.t.
Cet arbre transmet son mouvement à 1'arbre 4 au moyen de l'engrenage 2 et 3. Sur l'arbre 4 est calé un satellite 5 d'un différentiel dont les deux planétaires 6 et 7 sont, selon l'habitude, supportés par l'arbre 4, sans être toutefois calés sur lui.
Le planétaire 7 entraîne, au moyen de roues dentées 8 et 9, une minuterie totalisa- trice 10 d'un type connu quelconque.
Des cliquets 11 et 12 portés respectivement par des bras 13 et 14 ; peuvent être en contact respectivement avec les tranches des roues planétaires 6 et 7, tranches portant les dents d'entraînement.
Ces bras 13 et 14 sont calés sur un arbre 15 de telle façon que lorsqu'un des cliquets est en prise avec son planétaire, ou avec la roue à roehets correspondante, l'autre soit complètement dégagé de son planétaire ou de sa roue à rochets.
Sur 1'arbre 15 est également calé un bras 16 relié au moyen d'un ressort 17, à un bras 18 calé sur un arbre 19 sur lequel est fixé un levier')''.
Le bras 18 peut osciller entre des butées 20 et 21, réglables ou non en position.
A chaque extrémité du levier 22 sont montés des galets 23 et 24 pouvant tourner librement sur leur axe.
Deux cames 25 et 26 comportent des saillies pouvant rencontrer respectivement et uniquement les galets 23. et 24. Ces deux cames 25 et 96 sont supportées par un même arbre 27, mais peuvent tourner indépendam- ment l'une de l'autre. La came 26 reçoit son mouvement d'un arbre 30 au moyen d'un engrenage 28 et 29. La came 25 est aussi mue par 1'arbre 30, mais par l'intermédiaire d'un différentiel 32, 33, 36, le planétaire 32 étant en prise avec un pignon denté 331 solidaire de la came 25, le planétaire 33 étant relié à l'arbre 30 au moyen d'un engrenage 34 et 35.
Le satellite 36 de ce différentiel est calé sur un arbre 37 et peut occuper une position quelconque dans le tour, au moyen de la roue dentée 38 et du secteur 39 calé sur l'arbre 40 ou de toute autre disposition équivalente connue.
Dans la disposition de la fig. 1, les cames 25 et 26 tournent en sens inverse l'une de l'autre comme l'indiquent les flèches. Leur vitesse'est la. même, grâce au choix judicieux des engrenages de transmission du mouve- ment issu de l'arbre 30. Elles pourraient tout aussi bien tourner dans le même sens sous réserve que leur vitesse reste identique et que la rampe de leur saillie soit orientée en conséquence.
Elles sont représentées comme ne posséclant chacune qu'une saillie ; elles pourraient aussi en comporter un nombre entier quelconque, identique pour chacune d'elles, ces saillies étant régulièrement réparties sur leur circonférence.
L'arbre 30 peut être mû soit indépendam- ment de l'arbre 1 par un moteur, de préfepence à vitesse constante, par exemple, un petit moteur synchrone, soit directement par r le compteur comme l'arbre 1.
Un arbre 40 est commandé par un appa- reil de mesure instantané de la seconde gran- deur constituante Y.
La fig. 2 représente une partie des pièces de la fig. 1 dans une position différente, ces pièces portent respectivement les mêmes nu- méros que dans la fig. 1.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant :
Supposons l'arbre 30 entraîné à vitesse constante dans le sens de la flèche/2 par un moteur auxiliaire ; son mouvement se transmet, comme déjà indiqué, aux cames 25 et 26.
Lorsque la saillie de la came 26 rencontre le galet 24, le levier 22 occupe la. position représentée à la. fig. 1.
Le levier 18 est appuyé sur sa butée 20 et le cliquet 11 est en contact avec le planétaire 6 (ou éventuellement avec la roue à rochets dont il peut être solidaire).
Le compteur entraîne dans le sens indiqué par la flèche à une vitesse proportionnelle à la première grandeur X intervenant dans la définition de la grandeur finale à mesurer, le satellite 5 au moyen des engre- nages 2 et 3 et de l'arbre 4.
Le planétaire 6 du différentiel étant immobilisé, comme on vient de le voir par le cliquet 1. 1, le mouvement du satellite 5 se transmet au planétaire 7 et finalement à la minuterie totalisatrice 10 par l'intermédiaire des engrenages 8 et 9.
Lorsqu'au contraire, la saillie de la came 25 rencontre le galet 23, le levier 22 bascule brusquement en sens inverse grâce au ressort 17 et les organes qu'il commande occupent la position représentée à la fig. 2. A ce moment, c'est le cliquet 12 qui est en contact avec son planétaire 7 (ou éventuellement la roue à rocher dont il peut être solidaire), et l'empêche de tourner alors que le planétaire 6 du différentiel est libéré par le cliquet 11.
Dans cette position, le mouvement de l'arbre 1 qui continue à être entraîne par le compteur, n'est plus transmis au totalisateur 10, lequel est immobilisé indirectement par le cliquet 12.
Le mouvement de l'arbre 1 n'est cepen- dant pas troublé puisque le planétaire 6 peut alors tourner librement.
On voit done que le mouvement du totalisateur 10 a lieu d'une façon cyclique, la du- rén d'un cycle étant égale au temps mis pour faire un tour par les cames 25 et 26, tournant à la même vitesse, si elles ne possèdent qu'une saillie comme montré aux fig. 1 et 2, ou plus généralement au temps qui sépare la rencontre avee le galet conjugué, des saillies d'une même came.
A chaque cycle, les rouages du totalisateur 10 décrivent un nombre de tours proportion nel, d'une part, à celui effectué pendant ce temps par l'arbre 1 et, d'autre part, au rapport entre la durée de libération du planétaire 7 et la durée d'un cycle.
On sait que le nombre de tours pendant la durée d'un cycle de 1'arbre 1, commandé par le compteur, représente l'intégration pendant cette durée des produits élémentaires X. dt.
Le rapport entre la durée de libération du planétaire 7 et la durée d'un cycle est égal an rapport entre l'angle de décalage existant entre les saillies homologues des cames 25 et 26 et l'angle séparant deux saillies successives d'une même came, sous réserve du calage initial correct du satellite 36 et du choix judicieux du nombre de dents des engrenages assurant la transmission du mouvement de l'arbre 40. Le rapport précédent, représente la grandeur Y, puisque l'arbre 40 est eommandé par l'appareil de mesure de. cette grandeur ; cet appareil doit toutefois fournir des indications proportionnelles à celle-ei.
En définitive, on voit que le mécanisme, accouplé à des appareils appropriés, fournit bien des indications proportionnelles à la grandeur finale à mesurer, c'est-à-dire au produit
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ou dans un temps donné
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Lorsque les grandeurs X et Y varient peu ou très lentement, les résultats donnés par le mécanisme sont indépendants de la durée des cycles ; dans le cas-contraire, on a intérêt à faire en sorte que cette durée soit la plus courte possible.
Ainsi qu'on l'a déjà indiqué, l'arbre 30 peut être mû par le compteur entramant l'arbre 1, comme dans les mécanismes connus ; la durée des cycles est alors inversement proportionnelle a la. grandeur ', e qui peut présenter des inconvénients lorsque la grandeur Y varie rapidement et selon une loi non linéaire ; de plus, le couple résistant de tous les mobiles reliés à l'arbre 30 est demandé à ce compteur.
On peut aussi, et c'est un avantage offert par le dispositif décrit, entraîner cet arbre 30 par un moteur auxiliaire qui, quoique restant très petit, peut être dimensionné pour faire tourner, par exemple, plus rapidement qu'au- paravant les cames 25 et 26, ce qui raccourcit la durée des cycles et augmente beaucoup la précision de l'instrument lorsque les grandeurs X et surtout Y varient rapidement. Il n'en résulte aucune action néfaste à la précision du compteur, puisque le couple résistant correspondant à la rotation des cames ne lui est pas demandé.
Un autre avantage du dispositif réside dans le fait que les vitesses de l'arbre 4 et de l'arbre 30 peuvent être indépendantes l'une de l'autre. On peut done faire tourner l'ar- bre 4 : plus rapidement qu'on ne le faisait dans les mécanismes comns jusqu'iei, ce qui produit le même effet qu'une augmentation du nombre de dents de la roue à rochet et diminue d'autant l'erreur due à l'incertitude d'une dent, existant nécessairement dans l'em- brayage d'un cliquet sur sa roue à rochets.
A noter que l'augmentation de vitesse de l'arbre 4 n'a que peu d'influence sur le couple résistant du mécanisme, car la partie principale de cette résistance est provoquée par le mouvement des cames 25 et 26, dont. la vitesse peut être plus faible que celle de l'arbre 4.
Les fig. 3 et 4 représentent dans une position différente des organes une seconde forme d'exécution du dispositif, figures dans lesquelles les mêmes pièces portent les mêmes numéros que dans la fig. 1, mais avee l'indication (').
Les cliquets 11'et 12'portés respectivement par les bras 13'et 14'calés sur l'arbre 15', sont mus par un levier 51 sur lequel est-fixé un galet 53 susceptible de tourner librement sur son axe 52.
Ce galet 53 peut être soulevé par les saillies des deux cames identiques 55 et 56 supportées par le même arbre 27'. L'une de ces cames, 56, reçoit par l'intermédiaire des roues dentées 28', 29'le mouvement d'un arbre 30'et l'autre, 55, qui tourne à la même vitesse et dans le même sens, est mue par le même arbre 3a par l'intermédiaire d'une roue dentée 31'et d'un différentiel 32', 33', 36', de la roue dentée 34', solidaire du planétaire 33'et de la roue dentée 35'. La position du satellite 36'de ce différentiel est commandée, comme précédemment, par un arbre 40'au moyen du secteur 39', du pignon 38'et de l'arbre 37'.
Un ressort 54 oblige le galet 53 à rester toujours en contact avee les cames 55 ou 56.
A la fig. 3, le galet 53 est levé et le eli- quet 11'est en prise avee le planétaire 6' (ou éventuellement avec la roue à rochets dont il serait solidaire), le cliquet 12'ayant libéré le planétaire 7' (ou éventuellement la roue à rochets dont il serait solidaire).
A la fig. 4, le galet 53 est abaissé, de sorte que c'est le planétaire 6'qui est libéré par le cliquet 11'alors que le planétaire 7' est immobilisé par le cliquet 12'.
Le fonctionnement du dispositif, selon cette forme d'exécution, est identique à celui de la forme d'exécution précédente (fig. 1-2).
L'arbre 1'est mû, dans le sens de la flèehe fl par le compteur, à une vitesse proportionnelle à la (grandeur X. Il entraîne les engrenages 2', 3', l'arbre 4'et le satellite 5' qui fait tourner à son tour, soit le planétaire 6', soit le planétaire 7', selon la position occupée par les cliquets 11'et 12'Lorsque c'est le planétaire 7'qui est libéré par son cliquet 19t, le totalisateur 10'est lui-même entraîné.
Les cames 515 et 56 tournent à la même vitesse, dans le même sens/2, sous l'action soit d'un moteur auxiliaire, soit du compteur lui-même et peuvent être décalées l'une par rapport à l'autre, d'un angle proportionnel à la grandeur Y grâce au différentiel 32', 33', 36', sous le contrôle d'un appareil de mesure sensible à cette grandeur, agissant au moyen des intermédiaires appropriés, non représentés à la figure, sur l'arbre 40'.
Il s'ensuit que les indications du totali sateur 10'sont identiques à ce qu'elles étaient dans la première forme d'exécution.
Les cames 55 et 56 doivent ici avoir chacune une saillie sur une demi-circonfé- rence, de sorte qu'on utilise leur mouvement sur un demi-tour seulement. Pour obvier à cet inconvénient, on peut, comme il a déjà été fait dans les dispositifs connus, pour doubler l'utilisation des cames, placer deux galets tels que 53, diamétralement ; opposés autour des cames 55 et. 56 et actionnant, au moyen d'un renvoi de mouvement connu quelconque, l'arbre 15'de commande des cliquets 11'et 12'.
La fig. 5 représente une vue schématique d'une troisième forme d'exécution du dispo sitif. L'on voit en l",2",3",4"5",6",7" 8", 9", 10", 11", 12", 13 !', 15", 16", 17", les mêmes pièces que celles portant les mêmes numéros sans indice de la première forme d'exécution (fig. 1 et 2.).
L'arbre 1", comme dans cette forme d'exé- cution, est entraîné par le compteur mû par la grandeur X.
On voit, en outre, des pièces nouvelles : en 60 un levier oscillant autour de l'arbre 63, entre deux butées 61 et 62 réglables ou non en position. A l'une de ses extrémités, le levier 60 est relié au levier 16"par le ressort 17" ; son autre extrémité a la forme d'une fourche entre les branches de laquelle est placé un disque 66 solidaire d'un arbre 64, dont la direction est perpendiculaireà celle de l'arbre 63.
Sur l'arbre 64 sont également calés d'au- tres disques 66 et 67, entre lesquels sont pla eées respectivement des extrémités de deux leviers 69 et 72, oscillant autour de leurs arbres respectifs 70 et 73.
L'arbre 70 est porté par un support fixe 75 situé d'un coté d'une came 77.
L'arbre 73 est porté par un support 76 situé sur la face de la came, opposée à celle où est placé le support fixe 75.
Le support 76 peut être déplacé dans un plan perpendiculaire à l'arbre 64, concen- triquement à ce dernier, sous l'action de l'appareil de mesure de la grandeur Y, grâce à des intermédiaires non représentés à la figure.
La came 77 porte sur chacune de ses deux faces deux bossages latéraux représentés en 78. Cette came est concentrique à l'arbre 64 et tourne d'un mouvement continu, entraînée par le compteur ou par un moteur auxiliaire au moyen d'intermédiaires non représentés dans la figure.
Les bossages peuvent respectivement'en- trer en contact avee les galets 68 et 71, sus- ceptibles de tourner librement autour de leur axe situé à l'extrémité extérieure respectivement des leviers 69 et 72.
Le fonctionnement de cette forme d'exé- cution est identique à celui des deux précé- dentes.
Le différentiel 5", 6", 7"est actionné par l'arbre 1"du compteur.
La came à bossages 77 est actionnée par un moteur à vitesse constante ou par le compteur, comme dans les antres formes d'exécution.
Les galets 68 et 71, ce dernier fixé sur un support 76 actionné par l'appareil qui mesure Y, sont. soulevés par les bossages 78 et impriment à l'arbre 64 des mouvements de translation de sens opposés (flèches/4 et f'4) ; ces mouvements sont. transmis aux cliquets 11"et 12."par le mécanisme 60, 61 ou 62, 63 et 17", le reste des organes fonctionnant comme dans les précédentes formes d'exécution.
Le support 75 du galet 68 au lieu d'être fixe, comme représenté à la figure, peut être actionné comme le support 76, chacun étant solidaire d'un appareil de mesure dont la différence d'indication donne Y. Egalement, les deux bossages 78 peuvent être portés par deux roues 77 indépendantes. Dans ce cas, on retombe dans les formes d'exécution précé- dentes, seule l'action des bossages sur les galets étant différente.
La présente invention concerne également l'application du dispositif décrit, particulière- ment aux compteurs de calories pour distri- bution d'eau chaude, dans lesquels il s'agit d'établir le produit du débit d'eau par la température, ou la différence de la température d'entrée et de sortie, mais également l'application à tout compteur de fluide, de matière, d'électricité, à pression, tempéra- ture, densité, section ou prix variables, dans lequel une multiplication est nécessaire.
En ne considérant que le premier cas de la liste ci-dessus, eelui de la mesure des calories fournies au milieu ambiante par un ou plusieurs radiateurs de chauffage à eau chaude, on voit que le dispositif décrit permet de réaliser un instrument de mesure pour toute grandeur définie par la relation :
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Les lettres de la relation précédente ont alors la signification suivante :
X représente le débit d'eau chaude eircu- lant dans le ou les radiateurs :
Y et 1"représentent respectivement la température de l'eau à l'entrée et à la sortie du ou des radiateurs.
Dans ce cas, l'arbre 1 ou 1'ou 1"du méca- nisme décrit sera entraîné par un compteur d'eau chaude d'un type quelconque ; l'arbre 30 ou 30'sera mû soit par un moteur auxiliaire, soit par ledit compteur lui-même.
L'arbre 40 ou 40'ou le support 76 sera mû par un thermomètre à dilatation de gaz ou d'un autre type, mesurant par exemple la température de l'eau à l'entrée du ou des radiateurs ; la température à leur sortie étant mesurée par un second thermomètre identique au premier, qu'on fera agir sur un différentiel pour commander la came 26 (fig. 1 et 2) ou 56 (fig. 3 et A) ou le support 75 (fig. 5). On pourrait aussi faire d'abord la différence de ces deux températures avec un différentiel et faire agir cette différence sur l'arbre 40 (ou 40') ou le support 76 (fig. 5), comme on l'a expliqué.
On ne sort pas du domaine de l'invention si l'on réalise, en vue du même but, un méeanisme permettant d'effectuer la multipli- cation de deux grandeurs par des moyens équivalents, soit principalement par :
un dispositif comportant un axe tournant sous j'influence de la variable et actionnant. un différentiel à cliquets de solidarisation et de libération grâce à des galets et des cames, le décalage entre les deux cames étant déterminé par la deuxième variable Y ; un moteur à vitesse constante, mais supérienre à la vitesse du compteur de la va riable, moteur à vitesse constante, hydrau- lique, électrique ou autre ;
un appareil de mesure de la variable Y avec ou sans came de proportionnalité, la valeur Y pouvant être elle-même complexe, par exemple in fluencée par la pression et la température, cette deuxième variable Y agissant par l'intermédiaire d'nn deuxième différentiel.