Dynamomètre électrique.
On connaît déjà des dynamomètres électriques constitués par une arm,ature soumise aux efforts à mesurer et dont les déformations sont transmises à des dispositifs électri ques: jauges ou détecteur électromagnétique par exemple, dont les variations de caractéristiques électriques en fonction des déformations sont transmises à des circuits de mesure.
Ces appareils ont des qualités particu- lières: c'est ainsi par exemple que les dispositifs à jauges présentent une grande stabilité, mais sont peu sensibles, alors que les dispositifs électromagnétiques sont sensibles, mais n-ont qu'une stabilité réduite.
Le dynamomètre selon l'invention a pour but de permettre de mesurer sur un laps de temps important des efforts avec une grande stabilité dans le temps, en même temps que de permettre d'analyser avec sensibilité des variations de faible amplitude de ces efforts sur un laps de temps réduit.
A cet effet, il comporte une armature déformab] e sous l'ac- tion des efforts à mesurer et se caractérise en ce que sur cette armature sont montés à la fois au moins une jauge à fil résistant et un détecteur éleetromagnétique de déplacement constitué par un enroulement et un noyau mobile par rapport à l'enroulement, i'enroule ment étant fixé en un point de l'armature et le noyau étant asservi à un autre point de cette armature, de fac on à suivre fidèlement les déplacements de cet autre point, la jauge et le détecteur traduisant en variations d'impédance d'un circuit électrique de mesure les variations de longueur de l'armature sous l'effet des efforts à mesurer.
Le dessin annexé représente; à titre d'exemple, une forme d'exécution de dynamomètre selon l'invention, conçue pour la mesure d'efforts de traction.
Dans ce dessin, la fig. 1 est une vue en perspective avec coupe partielle du dynamornètre. La fig. 2 est une coupe longitudinale et la fig. 3 une coupe- transversale de la protection de sortie des câbles du dynamomètre par lesquels celui-ci peut être relié aux appareils de mesure et éventuellement à tout sys tème de relais. Les fig. 4 et 5 sont des vues schématiques des circuits électriques.
Le dynamomètre représenté par les fig. 1 à 3 est constitué par une pièce métallique 1 munie de deux oreilles 2 par lesquelles il peut être inséré dans un montage mécanique. La pièce métallique 1 est constituée par un cylindre évidé, de façon à ne laisser subsister que deux tirants 3 raccordés par de larges congés aux parties non évidées 4, 5 du cylindre. La section des tirants 3 étant notablement plus faible que celle du cylindre, les parties non évidées ne subiront pratiquement aucune déformation sous l'action des efforts de traction.
Sur les tirants 3 sont fixées les jauges à fil résistant 6 d'im type connu, sensibles aux déformations des tirants 3 sous l'action des efforts de traction auxquels est soumise la pièce. Des jauges 7 identiques aux jauges 6 sont fixées sur la partie non évidée 4 du cy lindre, de façon à être soustraites à. l'action des efforts de traction et à compenser par un montage approprié les effets de variation de température: les jauges 6 et 7 sont insérées à cet effet dans les deux bras adjacents d'un pont de mesure par l'intermédiaire des con docteurs du câble 8 (fig. 4). La forme massive des parties 4 et 5, les larges raccordementis des tirants 3 font que l'égalité de temps pérature de ces parties est facilement réalisée.
Dans la partie médiane de l'armature est disposé un détecteur électromagnétique de déplacement 9, d'un type connu, constitué par un axe magnétique 13 pouvant se déplacer longitudinalement à l'intérieur de deux bobines 11 et 12 reliées à l'appareil de mesure selon schéma de Ja fig. 5. Ces deux bobines sont elles-mêmes dans le champ créé par une bobine excitatrice 14 alimentée par les conducteurs du câble 15. Le détecteur est monté sur un étrier 16 fixé rigidement à la partie 4 de l'armature, tandis que l'axe 13 est souuiis à l'action d'un ressort qui maintient son extrémité en forme de pointe contre une butée fixée rigidement à la partie 5 de l'armature, de telle façon qu'elle suive fidèlement les dé placements de cette partie 5 de l'armature.
Les variations de la position relative de l'étrier et de l'axe 13 sont traduites par un circuit de mesure auquel les bobines 11 et 12 sont raccordées par l'intermédiaire des conducteurs du câble 17.
Ainsi, pour des efforts de l'ordre de quelques tonnes, les indications données par les jauges sont sensibles à quelques dizaines de kg et constantes dans le temps. Les indications données par le détecteur sont sensibles à quelques kg, leur valeur absolue pouvant évoluer dans le temps. De cette façon peuvent être mises en évidence des variations d'efforts même peu importantes ainsi que la valeur absolue de ces efforts bien qu'avec une sensibi ]ité inférieure.
Pour assurer la stabilité des conditions de fonctionnement du dynamomètre, différentes dispositions ont été prises:
- La pièce 1 est protégée par un tube métallique 18 que l'on peut glisser à force sur la pièce 1 et qui vient buter sur une embase ménagée sur la partie 5, l'étanchéité des joints étant assurée par des bagnes de caoutchouc si]iconé 19.
- Le tube 18 présente une ouverture pour le passage des câbles 8, 15, 17, autour de laquelle est soudée une collerette 21 à laquelle sera fixé le système de sortie de câble étanche que l'on décrira par la suite.
- Le milieu constitué par l'évidement du cylindre 1 et contenu dans le tube 18 est desséché par une petite quantité de silica-gel contenu dans un petit panier 22 fixé d'une manière appropriée en un point de la partie 4.
- Tous les circuits électriques sont portés par des bornes 23 à monture en matière isolante fixées sur les tirants 3 par collage à l'araldite par exemple.
- Afin d'obtenir la reproductibilité parfaite des indications du détecteur, l'axe 13 appuie sur une plaquette 24 lisse et plane en matière dure, céramique par exemple, fixée à la partie 5 par r collage.
- Les conducteurs des câbles 8, 15, 17 sont isolés au polythène et blindés. Les câbles ont une parfaite capacité répartie uniformément.
Les caractéristiques électriques de chaque paire de câbles sont symétriques. Chaque câble est toronné à un pas différent pour éliminer les actions mutuelles suivant une technique eonnue.
La sortie étanche des conducteurs s'effectue par l'intermédiaire d'une plaque à bornes 25 munie de traversées 26 en céramique métallisée par exemple.
La plaque 25 est fixée d'une facon étanche à la collerette 21 après fixation des conducteurs allant aux jauges ou au détecteur au moyen des vis 27 et du joint étanche 28.
Les conducteurs des câbles 8, 15 et 17 sont fixés sur les bornes 26 et les câbles sont maintenus en position par le serre-cÅable 29 étant che monté sur la pièce 30. Celle-ci est montée à force sur la collerette 21. Elle présente un filetage 31 au moyen duquel est fixée, d'une façon étanche également, une pièce 32 entourant le serre-câble 29.
La cavité formée par la pièce 30 est rem- plie de vaseline siliconée que l'on peut introduire au moyen d'un graisseur du genre téca gémit.
Sur la pièce 32 est fixé par soudure un joint trois pièces 33, 34, 35. Un tube métallique étanche 36 est lui-même soudé à la pièce 35. A l'intérieur du tube 36 se trouve iiii tube 37 en chlorure de vinyle à l'intérieur duquel passent les trois câbles et le fil de masse 38 serrés dans le serre-câble 29. Le tube 37 est arrêté par une butée constituée par un anneau 39 et deux demi-colliers 40 serrés par une vis 41. Les câbles 8, 15, 17 et le fil de masse 3S passent à l'intérieur du tube 37.
A l'extrémité réceptrice du câble, on envoie sous légère pression mn. gaz sec à l'intérieur du tube 37. Le gaz parcourt tout l'intérieur de ce tube et revient par la cavité for mée par la pièce 32 et le conduit annulaire compris entre les tubes 36 et 37. On assure ainsi une protection efficace contre l'humidité des différents circuits électriques. I,'extrémité réceptrice du câble ainsi constituée non représentée est pourvue de moyens usueLs pour assurer la sortie étanche et isolée des différents conducteurs et la eirculation de gaz.
Parmi les modifications et perfectionnements que l'on peut apporter au dynamomètre décrit, citons par exemple:
- La section de la pièce 1 peut être autre que circulaire.
- Le nombre de tirants peut être différent de deux.
- Les métaux constituant le dispositif de fixation du détecteur peuvent avoir des coefficients de dilatation choisis de telle fa con que l'effet de température sur l'appareil soit automatiquement compensé.
- L'appareil peut être calorifugé par toute disposition usuelle et peut être en partie protégé du rayonnement par un écran de forme appropriée.
-- La sortie des câbles du dynamomètre peut s'effectuer sur une partie de la pièce 1.
- Le tube de protection 18 peut être réalisé en une partie fixée à demeure et une partic mobile, la sortie du câblage se faisant sur la partie fixe.
- Le tube de protection peut être remplacé par un manchon déformable étanche.
- La pointe de l'axe 13, au lieu d'être appliquée sur une plaquette lisse et dure rapportée, peut être fixée à la partie 5 par moyens mécaniques: vis, écrou ou par soudure.
- La pointe du détecteur peut être constituée par un cristal.
- La cavité interne où se trouvent les jauges et le détecteur peut être conditionnée thermiquement par chauffage électrique et thermostat.
La réalisation décrite est destinée à la détermination d'efforts de traction; on pourrait naturellement concevoir d'autres formes d'exécution destinées à déterminer ou mesurer des efforts de compression, de torsion ou combinés.
Le dynamomètre selon l'invention peut être appliqué à la détermination de la charge d'un engin de levage d'une aire, d'un véhicule, etc., de la tension d'une chaîne d'isolateurs, d'une ligne, d'un élément de construction, etc. Il peut concomitamment être utilisé pour la commande de relais.
Electric dynamometer.
Electric dynamometers are already known consisting of an armature, ature subjected to the forces to be measured and whose deformations are transmitted to electrical devices: gauges or electromagnetic detector for example, whose variations in electrical characteristics as a function of the deformations are transmitted to measuring circuits.
These devices have particular qualities: it is thus, for example, that the gauge devices exhibit great stability, but are not very sensitive, whereas electromagnetic devices are sensitive, but have only reduced stability.
The purpose of the dynamometer according to the invention is to make it possible to measure forces over a long period of time with great stability over time, at the same time as to make it possible to analyze with sensitivity small amplitude variations of these forces on a reduced time.
To this end, it comprises a frame deformable under the action of the forces to be measured and is characterized in that on this frame are mounted both at least one resistant wire gauge and an electromagnetic displacement detector consisting of a winding and a mobile core relative to the winding, the winding being fixed at a point of the armature and the core being slaved to another point of this armature, so as to faithfully follow the movements of this other point, the gauge and the detector translating into variations in the impedance of an electrical measuring circuit the variations in length of the armature under the effect of the forces to be measured.
The accompanying drawing represents; by way of example, an embodiment of a dynamometer according to the invention, designed for measuring tensile forces.
In this drawing, fig. 1 is a perspective view with partial section of the dynamometer. Fig. 2 is a longitudinal section and FIG. 3 a cross-section of the output protection of the dynamometer cables by which the latter can be connected to the measuring devices and possibly to any relay system. Figs. 4 and 5 are schematic views of the electrical circuits.
The dynamometer represented by FIGS. 1 to 3 consists of a metal part 1 provided with two ears 2 through which it can be inserted into a mechanical assembly. The metal part 1 is formed by a hollow cylinder, so as to leave only two tie rods 3 connected by large fillets to the non-hollowed parts 4, 5 of the cylinder. The cross-section of the tie rods 3 being notably smaller than that of the cylinder, the non-recessed parts will hardly undergo any deformation under the action of the tensile forces.
On the tie rods 3 are fixed the resistive wire gauges 6 of known type, sensitive to deformation of the tie rods 3 under the action of the tensile forces to which the part is subjected. Gauges 7 identical to the gauges 6 are fixed on the non-recessed part 4 of the cylinder, so as to be subtracted from. the action of the tensile forces and to compensate by an appropriate assembly the effects of temperature variation: the gauges 6 and 7 are inserted for this purpose in the two adjacent arms of a measuring bridge by the intermediary of the engineers of the cable 8 (fig. 4). The massive shape of the parts 4 and 5, the wide connections of the tie rods 3 mean that the equal time perature of these parts is easily achieved.
In the middle part of the frame is arranged an electromagnetic displacement detector 9, of a known type, consisting of a magnetic axis 13 which can move longitudinally inside two coils 11 and 12 connected to the measuring device. according to the diagram of Ja fig. 5. These two coils are themselves in the field created by an exciter coil 14 supplied by the conductors of the cable 15. The detector is mounted on a bracket 16 rigidly fixed to part 4 of the armature, while the axis 13 is subjected to the action of a spring which maintains its tip-shaped end against a stop rigidly fixed to part 5 of the frame, so that it faithfully follows the movements of this part 5 of the 'frame.
The variations in the relative position of the caliper and of the axis 13 are reflected by a measuring circuit to which the coils 11 and 12 are connected via the conductors of the cable 17.
Thus, for forces of the order of a few tonnes, the indications given by the gauges are sensitive to a few tens of kg and constant over time. The indications given by the detector are sensitive to a few kg, their absolute value being able to change over time. In this way, even small variations in force can be demonstrated, as well as the absolute value of these forces, although with a lower sensitivity.
To ensure the stability of the operating conditions of the dynamometer, various measures have been taken:
- Part 1 is protected by a metal tube 18 which can be slipped by force on part 1 and which abuts on a base provided on part 5, the sealing of the joints being ensured by rubber rings if] icon 19.
- The tube 18 has an opening for the passage of cables 8, 15, 17, around which is welded a collar 21 to which will be fixed the sealed cable outlet system which will be described later.
- The medium formed by the recess of cylinder 1 and contained in tube 18 is dried by a small quantity of silica-gel contained in a small basket 22 fixed in an appropriate manner at a point in part 4.
- All the electrical circuits are carried by terminals 23 with an insulating material mount fixed to the tie rods 3 by bonding with araldite for example.
- In order to obtain perfect reproducibility of the indications of the detector, the axis 13 presses on a smooth and flat plate 24 of hard material, ceramic for example, fixed to part 5 by gluing.
- The conductors of cables 8, 15, 17 are polythene insulated and shielded. The cables have a perfect capacitance distributed evenly.
The electrical characteristics of each pair of cables are symmetrical. Each cable is stranded at a different pitch to eliminate mutual actions according to a known technique.
The sealed output of the conductors is effected by means of a terminal plate 25 provided with feedthroughs 26 in metallized ceramic, for example.
The plate 25 is fixed in a sealed manner to the collar 21 after fixing of the conductors going to the gauges or to the detector by means of the screws 27 and of the waterproof seal 28.
The conductors of the cables 8, 15 and 17 are fixed to the terminals 26 and the cables are held in position by the cable clamp 29 being mounted on the part 30. The latter is force-fitted on the collar 21. It has a thread 31 by means of which is fixed, also in a sealed manner, a part 32 surrounding the cable clamp 29.
The cavity formed by part 30 is filled with silicone petroleum jelly which can be introduced by means of a grease nipple of the téca moan type.
A three-piece joint 33, 34, 35 is attached to part 32 by welding. A sealed metal tube 36 is itself welded to part 35. Inside the tube 36 there is a vinyl chloride tube 37. the interior of which pass the three cables and the ground wire 38 clamped in the cable clamp 29. The tube 37 is stopped by a stop constituted by a ring 39 and two half-clamps 40 clamped by a screw 41. The cables 8 , 15, 17 and the 3S ground wire pass inside the tube 37.
At the receiving end of the cable is sent under slight pressure min. dry gas inside the tube 37. The gas travels all the way inside this tube and returns through the cavity formed by the part 32 and the annular duct between the tubes 36 and 37. This provides effective protection against humidity of the various electrical circuits. I, the receiving end of the cable thus formed, not shown, is provided with usual means for ensuring the sealed and insulated outlet of the various conductors and the gas circulation.
Among the modifications and improvements which can be made to the dynamometer described, let us quote for example:
- The section of part 1 can be other than circular.
- The number of tie rods can be different from two.
- The metals constituting the fixing device of the detector may have expansion coefficients chosen such that the temperature effect on the device is automatically compensated for.
- The device can be heat-insulated by any usual arrangement and can be partially protected from radiation by a screen of suitable shape.
- The cables of the dynamometer can be exited on part of part 1.
- The protective tube 18 can be made in a permanently fixed part and a mobile part, the output of the wiring being on the fixed part.
- The protection tube can be replaced by a waterproof deformable sleeve.
- The tip of the pin 13, instead of being applied to a smooth and hard insert, can be fixed to part 5 by mechanical means: screw, nut or by welding.
- The tip of the detector can be made of a crystal.
- The internal cavity where the gauges and the detector are located can be thermally conditioned by electric heating and thermostat.
The embodiment described is intended for the determination of tensile forces; one could naturally conceive of other embodiments intended to determine or measure compressive, torsional or combined forces.
The dynamometer according to the invention can be applied to the determination of the load of a lifting device of an area, of a vehicle, etc., of the tension of a string of insulators, of a line, of a construction element, etc. At the same time, it can be used for controlling relays.