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.