CH338610A - Appareil de mesure - Google Patents

Appareil de mesure

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CH338610A
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George Oppenheim Stanley
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George Oppenheim Stanley
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/02Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using mechanical means
    • G01D5/04Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using mechanical means using levers; using cams; using gearing

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description


      Appareil    de mesure    La présente invention a pour objet un appareil  de mesure     susceptible    d'être     utilisé,    par exemple,  comme dispositif indicateur, enregistreur ou de com  mande. Elle     concerne    plus     particulièrement    un appa  reil comprenant des moyens de transmission d'un  déplacement subit par un ou plusieurs éléments qui  se     déplacent    en réponse à un changement d'un état  ou d'une grandeur à mesurer, de manière à produire  un mouvement     correspondant    d'un organe indica  teur, par exemple d'une     aiguille,    d'un stylet, d'un  disque, d'un ruban,

   d'un tambour ou d'un     élément     de détection ou de     commande    dans un circuit élec  trique.  



  Dans les appareils connus comprenant, par  exemple, un tube de Bourdon, dont le mouvement,  en réponse à un changement de pression, produit  un mouvement d'un segment agencé pour faire tour  ner une aiguille relativement à une échelle fixe, le  mouvement de     l'aiguille    ainsi que l'échelle sont dé  terminés de manière que le changement .de pression,  ou la pression existant     dans    le système dans lequel  l'indicateur est fixé, puisse se lire directement sur  l'échelle. La connexion     d'entrainement    entre le seg  ment et l'aiguille     consiste    généralement en une cré  maillère formée sur la périphérie du segment qui  engage un pignon fixé à une cheville qui     porte    l'ai  guille.

   Comme le tube de Bourdon développe une  force relativement faible quand la pression à l'inté  rieur du tube varie, la connexion d'entraînement  entre le segment et le pignon doit être autant que  possible exempte de frottement. En conséquence,  les dents de la     crémaillère    doivent être formées de  manière à engager librement les dents du pignon,  sinon la     force    relativement faible produite par le  mouvement de     l'extrémité    du tube de Bourdon est    utilisée principalement à combattre le frottement  entre les dents en prise.

   Si les dents     @de    la crémail  lère et du pignon sont taillées pour s'engager libre  ment afin     d'éviter        cette    difficulté,     il    est nécessaire de  prévoir des moyens à ressort, généralement     fixés    au  pignon de     l'aiguille,    qui agissent pour     maintenir    les  bords des dents du pignon en prise avec les bords  d'entraînement des dents de la     crémaillère,    sinon le       mouvement    du segment ne produirait pas simultané  ment le mouvement de     l'aiguille,

      et cette dernière  serait également libre     d'osciller.        Cela    augmente  l'usure entre les dents     en    prise et raccourcit consi  dérablement la vie du mécanisme. De toute façon,  des indicateurs de     ce    type ne peuvent pas être uti  lisés avec     succès    quand     il    se produit des fluctua  tions rapides et     violentes    de la pression, car les  dents en prise sont rapidement usées au     point    que  l'indicateur ne     fonctionne    plus ou se montre im  précis.  



  Un des buts de la présente     invention        ,est    de four  nir un appareil ne présentant pas les inconvénients       mentionnés    plus haut.  



       L'appareil    peut comprendre     comme    élément sen  sible un     thermocouple,    un diaphragme, un soufflet  ou tout autre     dispositif    qui puisse être agencé pour  produire un mouvement, mécaniquement ou électri  quement, soit en ligne, soit en arc, en réponse aux       changements    d'une     grandeur    telle qu'une pression,  une température ou une dimension.  



  Le dessin annexé représente, à titre d'exemple,  une forme     d'exécution    de l'appareil faisant l'objet  de la présente invention et des variantes.  



  La fi g. 1 est une vue en élévation de cette forme  d'exécution.      La fi-. 2 est une vue arrière     correspondante,    à  plus grande échelle, le couvercle arrière étant  enlevé. _  La     fig.    3 est une coupe selon 3-3 de la fi-. 2.  La     fig.    4 est une vue, à plus grande échelle,  d'une partie de la     fig.    2:  Les fi-. 5 à 9 sont des vues schématiques de  diverses variantes.  



  La forme d'exécution     représentée    aux fi-. 1 à 4  est un manomètre 10 présentant comme à l'ordi  naire un     raccord    12, un boîtier 14 et une aiguille  16 agencée pour     tourner    sur un cadran gradué 18.  Un tube de Bourdon 20     (fig.    2) présente une extré  mité ouverte fixée au raccord 12 de la manière  usuelle, l'autre extrémité 22 du tube étant connec  tée par une biellette 24 à un segment 26 qui pivote  sur une cheville 28 et comprend un bras 30 auquel  la biellette 24 est connectée. La fonction du segment  26 est de multiplier le déplacement de l'extrémité  22 du tube de Bourdon quand la pression varie dans  le tube.

   La     cheville    de pivotement 28 du segment  26 est montée dans des plateaux espacés 32, 34,     ce     dernier étant fixé à un     prolongement        vertical    36 du       raccord    12 par des vis 38 et 40. Les plateaux 32,  34 sont maintenus à     distance    l'un de l'autre par des  manchons 42, 44 à     travers    lesquels passent des  rivets 46, 48. L'aiguille 16 est montée sur un arbre  50 monté dans les plateaux 32, 34 et sur lequel est  montée une     douille    52 disposée entre les plateaux.  L'aiguille 16 est fixée à l'extrémité externe de l'arbre  comme le montre la     fig.    3.  



  L'appareil comprend un ressort N dit   à grand  déplacement et à force     constante     , qui est formé  à     partir    d'un     ruban    plat de matière     élastique    auquel  on a donné une courbure en faisant agir une     force     continue     importante,    de manière qu'à l'état de repos  ou non contraint il ait la     forme    d'une spirale étroi  tement enroulée.

   Un tel ressort est décrit     dans    l'ar  ticle      <          The        Theory    and Design of     Longdeflection,          Constant        force        Spring        Elements      de F. A.     Votta     paru dans     Transactions    of the     American    Society of       Mechanical        Engineers,    mai 1952.  



  L'extrémité     externe    du ressort peut se     déplacer     sur une grande distance relativement à la dimension  du     ressort    et     ce        dernier    demande une force cons  tante sur toute sa longueur pour     déplacer        cette          extrémité    depuis sa position de repos. Cette condi  tion existe quand la spirale est montée pour     tourner     librement lorsque la force est appliquée à son extré  mité     externe.     



  Le     ressort    N est     fixé    à une extrémité de la  douille 52     (fig.    4), son extrémité externe étant       fixée    à     l'extrémité    54 du segment 26. La disposition  est telle que lorsque un fluide sous pression est  introduit     dans    le tube de Bourdon 20, le tube tend  à se redresser et par l'intermédiaire de la biellette  24 produit le pivotement du segment 26 autour de  la cheville 28, ce qui déplace l'extrémité 54 du seg-    ment dans la direction de la flèche de la     fig.    4.

         Comme    le ressort N est étroitement enroulé autour  de la douille 52 à laquelle il est fixé, le mouvement  du segment produit un mouvement immédiat de  l'aiguille 16     portée    par l'arbre 50.  



  Dans la forme d'exécution représentée     (fig.    4),  on peut voir que la douille 52 est relativement petite  et que le     ressort    N présente plusieurs spires enrou  lées autour de la douille, de sorte que lorsque l'ex  trémité 54 du segment se     déplace    dans la direction  de la     flèche,    le ressort se déroule progressivement  à partir d'un noyau à rayon décroissant. En consé  quence, l'aiguille 16 répond selon une fonction Loga  rithmique au mouvement du segment. Il faut remar  quer aussi que l'étendue du mouvement de l'aiguille  peut être modifiée en élargissant ou en diminuant  le diamètre de la douille 52.  



  Le type de connexion d'entraînement décrite ci  dessus évite de nombreuses     difficultés    qui sont inhé  rentes .aux constructions connues dans lesquelles un  entraîneur denté se déplace entre le segment et un  pignon de l'arbre de l'aiguille. En premier lieu, la  connexion .d'entraînement envisagée dans l'exemple  décrit     élimine    la     nécessité    d'une opération coûteuse  de formation des dents et aussi la formation du res  sort     nécessaire    pour maintenir les dents librement  assemblées constamment en prise. En outre, la con  nexion d'entraînement envisagée est relativement  sans frottement et telle que le mouvement du seg  ment produit un mouvement instantané et corres  pondant -de l'aiguille.

   La     construction    représentée  présente - aussi l'avantage de ne pas être sujette à  l'usure ou à la     rupture,    même si l'indicateur est  monté dans un dispositif présentant des     fluctuations     rapides et violentes de pression. L'appareil décrit  permet encore de modifier     facilement    la relation  entre la réponse donnée par l'aiguille et les mouve  ments du segment. Cela peut se faire     simplement    en  agrandissant le     diamètrede    la douille 52 ou en aug  mentant le nombre de tours du ressort sur la douille  pour     augmenter    ainsi le rayon du noyau autour du  quel le ressort se déroule.

   Certaines des modifica  tions possibles de ce type sont décrites plus bas       (fig.    5 et 6). La nature et l'étendue de la réponse  de     l'aiguille    aux mouvements du segment peuvent  être modifiées également en formant de diverses  manières la surface de travail du segment et d'un  pignon,     comme    le montrent les     fig.    7 à 9.  



  Un autre avantage de l'appareil décrit est qu'une       déviation    donnée de l'élément mobile sensible à la  pression produit le même mouvement de l'aiguille  pour toute partie de l'échelle.  



  La     fig.    5 montre une variante d'une connexion  entre l'élément sensible et la douille portée par l'ar  bre de l'aiguille, qui assure une réponse linéaire de  l'aiguille aux mouvements du segment. Il faut noter  que le ressort est considérablement plus court que  celui représenté aux figures précédentes, une seule  spire étant enroulée autour de la douille 52. Attendu  que le ressort se déroule de la douille sous un rayon      constant, la connexion assure une réponse     linéaire,     et non une réponse     logarithmique    comme dans l'ap  pareil représenté à la     fig.    4. L'étendue de la réponse  à un mouvement donné du segment peut être faci  lement modifiée en agrandissant ou diminuant le  diamètre de la douille 52.  



  Dans la variante représentée à la     fig.    6, l'indi  cateur est agencé pour répondre à la différence  entre les forces appliquées . à des ressorts<B>NI</B> et     N..,     par leurs segments destinés à démultiplier le mou  vement. Les extrémités externes des deux ressorts  sont fixées à la périphérie de la douille 52, de sorte  que les forces appliquées sont opposées l'une à  l'autre. La douille peut être fixée à un arbre d'une  aiguille, comme dans la forme d'exécution représen  tée aux     fig.    1 à 4, ou une échelle peut être inscrite  sur l'un ou l'autre des ressorts et lue     relativement    à  un index fixe 60 sur le boîtier dans lequel les élé  ments sont montés.  



  La relation entre la réponse de l'élément indica  teur et le mouvement du segment peut être modi  fiée     sélectivement    par des moyens représentés aux       fig.    7 à 9. Dans la variante représentée à la     fig.    7,  un pignon 52a présente un contour non circulaire  dont le rayon     effectif    à partir duquel le     ressort    à  longue     flèche    et force constante se déroule n'est pas  uniforme. La relation exacte entre le mouvement  de l'aiguille et le mouvement du segment peut être  déterminée par la forme donnée au contour du  pignon 52a.

   La relation entre la réponse de l'indi  cateur et le mouvement du segment peut être modi  fiée également en faisant varier le rayon effectif de  la     surface    du segment sur laquelle le ressort se  déroule, comme le montre la     fig.    8. On voit en     effet     que la surface de travail du segment par rapport à  la cheville de pivotement 28 s'abaisse vers la droite  quand on regarde la     fig.    8, et que ainsi le     ressort     est retiré du pignon 52 sur un segment dont le  rayon diminue constamment.

   La réponse de l'indi  cateur au mouvement du     segment    est ainsi non  linéaire, et la nature     exacte    de la réponse peut être  déterminée par le contour de la surface de travail  du segment. Il est évident que le rayon correspon  dant à la     surface    de travail du segment peut être  augmenté, et non diminué, vers la droite, quand on  regarde la     fig.    8, et aussi qu'un pignon     excentrique     peut être combiné avec un segment de rayon varia  ble. Une telle variante est représentée à la fi- . 9.  



  Dans l'appareil décrit, l'indicateur réagit par  rotation, qu'il soit une     aiguille,    comme représenté,  un tambour ou un disque,     etc.        Il    est évident toute  fois que la mesure désirée pourrait se traduire par  un     déplacement    linéaire de l'indicateur, comme dans  le cas d'une jauge d'air.  



  L'organe mobile pourrait être également une  poulie sur laquelle ladite extrémité du ressort est  fixée, le ressort présentant plusieurs spires enrou  lées autour de     cette    poulie.

Claims (1)

  1. REVENDICATION Appareil de mesure, caractérisé en ce qu'il com prend au moins un organe mobile en réponse à une grandeur à mesurer, un indicateur mobile agencé pour représenter la grandeur mesurée, et au moins un ressort dont l'extrémité est susceptible de se déplacer sur une grande distance relativement aux dimensions du ressort, la force de rappel de ce der nier étant pratiquement constante, quelle que soit l'ampleur du déplacement, ledit ressort étant con necté, à l'une de ses extrémités, .audit organe mobile et, à son auire extrémité,
    audit indicateur. SOUS-REVENDICATIONS 1. Appareil selon la revendication, caractérisé en ce que ledit organe mobile comprend un segment auquel une extrémité du ressort est connectée, et en ce que ledit indicateur comprend une douille à la quelle l'autre extrémité du ressort est connectée. 2. Appareil selon la sous-revendication 1, carac térisé en ce que ledit ressort comprend plusieurs spires enroulées autour de ladite douille.
    3. Appareil selon .la sous-revendication 1, carac térisé en ce que ledit ressort comprend une seule spire enroulée autour de ladite douille. 4. Appareil selon la sous-revendication 1, carac térisé en ce que ledit ressort est tiré à partir de sa position d'enroulement autour de la douille sur la surface dudit segment, et en ce que ladite douille présente un contour non circulaire. 5. Appareil selon la sous-revendication 2, carac térisé en ce que la surface dudit segment présente un rayon de courbure variable. 6.
    Appareil selon la sous-revendication 1, carac térisé en ce que le ressort est tiré à partir de sa position d'enroulement autour de la douille sur la surface dudit segment, et en ce que cette surface présente un rayon de courbure variable. 7. Appareil selon la revendication, caractérisé en ce que ledit organe mobile comprend une poulie sur laquelle ladite extrémité du ressort est fixée et en ce que ledit ressort présente plusieurs spires enroulées autour de ladite poulie. 8.
    Appareil selon la revendication, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs organes mobiles en réponse à des grandeurs, à mesurer, un indicateur mobile agencé pour représenter une résultante des- dites grandeurs, et plusieurs ressorts également à grand déplacement relatif et à force de rappel cons tante, une extrémité de chaque ressort étant connec tée respectivement à l'un desdits organes mobiles et l'autre extrémité audit indicateur.
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