CH620028A5

CH620028A5 -

Info

Publication number: CH620028A5
Application number: CH1082477A
Authority: CH
Inventors: Thomas Radford Sommer
Original assignee: Nat Controls
Priority date: 1976-09-10
Filing date: 1977-09-05
Publication date: 1980-10-31
Also published as: JPS5348584A; JPS5640287B2; ZA775280B; NO773122L; FR2364441B1; FR2364441A1; DK401777A; US4107985A; SE7710135L; CA1095095A; DE2740668A1; GB1549495A

Description

La présente invention concerne un capteur dynamométrique dans lequel la valeur d'une force, par exemple le poids d'une charge, est déterminée d'après la contrainte produite dans un élément fléchissant auquel est appliquée la charge.

On a déjà beaucoup utilisé des transducteurs de forces à élément travaillant en flexion, dans les applications d'analyse des contraintes et de pesée électronique. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3951221 décrit, par exemple, un tel dispositif.

On constate que les capteurs dynamométriques de ce type donnent des résultats très précis tant que la charge est appliquée axialement, c'est-à-dire parallèlement à l'axe principal du transducteur et de façon concentrique à cet axe. Les charges appliquées en dehors de cet axe ont tendance à provoquer l'apparition de moments externes de flexion et de contraintes qui provoquent des lectures imprécises. Dans de nombreuses applications, le plateau, ou l'organe qui reçoit la charge, doit être isolé du capteur dynamométrique par des pivots et des paliers, des dispositifs à flexion et d'autres dispositifs, avec une connexion souple au capteur dynamométrique, afin que la charge soit bien axiale.

Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients des capteurs dynamométriques connus.

Le capteur dynamométrique selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte une base, un bras de charge distant de la base et destiné à recevoir une charge appliquée en une direction axiale, deux bras distants en direction axiale, raccordant par des raccords flexibles le bras de charge et la base et limitant les mouvements du bras de charge à la direction axiale, un élément rigide de support ayant une épaisseur nettement supérieure à celle des raccords flexibles fixés rigidement au bras de charge et à la base et distant desdits deux bras, et un dispositif sensible aux contraintes, monté sur l'élément rigide de support et destiné à transmettre un signal de sortie correspondant à la charge.

Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite à titre d'exemple et en référence au dessin annexé sur lequel :

la fig. 1 est une élévation d'un mode de réalisation de jauge de contraintes selon l'invention;

la fig. 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la fig. 1, et la fig. 3 est une élévation d'un autre mode de réalisation de capteur dynamométrique selon l'invention.

Les fig. 1 et 2 indiquent que le capteur dynamométrique comprend un corps 11 de forme générale rectangulaire ayant une base verticale 12 et un bras de charge 13. Celui-ci est distant de la base et il a un axe vertical 14 appelé axe de charge ou axe principal du capteur. Un trou taraudé 16, disposé axialement, est formé à la partie supérieure du bras de charge et est destiné à loger la tige de montage d'un plateau horizontal 17 ou d'un autre organe récepteur de la charge, comme indiqué en traits mixtes sur la fig. 1. Des trous taraudés 18, 19 de montage sont formés à la partie inférieure de la base et sont destinés à loger des vis de montage, non représentées, si bien que le capteur dynamométrique peut être fixé sur une surface convenable de montage.

Le corps 11 a aussi deux bras horizontaux 21, 22 de retenue reliant le bras de charge à la base, par l'intermédiaire de raccords flexibles 23 à 26. Comme représenté, les bras de retenue qui ont une même longueur obligent le bras de charge à pivoter verticalement, parallèlement à l'axe 14. Dans ce mode de réalisation, la face inférieure du bras 22 est décalée au-dessus de la face inférieure de la base, afin qu'il reste un espace pour le mouvement du bras de charge au-dessus de la surface de montage, l'importance du décalage étant choisie, afin que le mouvement soit limité et assure une protection du capteur dynamométrique contre les détériorations dues aux surcharges.

Un élément, ou barreau, sensiblement rigide 28 est disposé entre la base 12 et le bras 13 de charge auquel ses extrémités sont fixées, afin qu'il puisse fléchir lorsqu'une charge est appliquée au bras 13. En l'absence des bras 21 et 22 de retenue, l'élément, ou barreau, fléchirait comme une poutre classique montée en porte à faux, l'extrémité tournée vers le bras de charge déviant vers le bas sous l'action de la charge. Cependant, les bras de retenue assurent le fléchissement de l'élément, ou barreau, en forme de S, c'est-à-dire avec une double courbure, une courbure vers le haut du côté de la base et une courbure vers le bas du côté du bras de charge. A la face supérieure de l'élément, ou barreau, la flexion crée une région de contraintes de tension du côté de la base et une région de contraintes de compression du côté du bras de charge. La face inférieure de l'élément est telle que des régions de tension et de compression sont formées du côté du bras de charge et de la base respectivement.

La répartition entre les bras 21, 22 et l'élément 28 des contraintes produites par une charge appliquée axialement dépend de l'élasticité des raccords flexibles 23 à 26 et de l'élément 28. Comme la précision et la sensibilité du capteur dynamométrique sont optimales lorsque la composante axiale de la charge est supportée par l'élément et non par les bras de retenue, cet élément, ou barreau, est nettement plus rigide que les raccords flexibles. Les raccords flexibles et le barreau sont en une même matière, et la plus grande rigidité est obtenue par utilisation d'une plus grande épaisseur dans le barreau que dans les raccords flexibles.

Bien qu'il soit souhaitable que la contrainte produite par les charges axiales dans le barreau 28 soit concentrée, simultanément, il est avantageux que l'effet des charges non axiales sur l'élément, ou barreau, soit minimal. A cet effet, les raccords flexibles 23 à 26 sont plus rigides que le barreau pour les charges qui ne sont pas appliquées suivant l'axe 14, mais vers les côtés du capteur, c'est-à-dire en avant ou en arrière du plan de la fig. 1. En conséquence, le moment de flexion dû à l'application non axiale de ces forces est transmis aux bras de retenue et non au barreau. Lorsque les charges ne sont pas appliquées sur l'axe dans le plan du capteur, comme indiqué par la flèche 34 sur la fig. 1, la rigidité longitudinale des bras de retenue et des raccords flexibles a tendance à empêcher l'application au barreau du moment de flexion dû à la charge non axiale.

Un dispositif détecte les contraintes produites dans le barreau 28 et transmet un signal de sortie représentatif de la charge appliquée. Ce dispositif comprend des jauges de contraintes 36, 37, montées dans des régions 31,32 de la face supérieure du

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barreau. Ces éléments peuvent être de type classique, par exemple de type résistif ou à semi-conducteur. Dans le mode de réalisation le plus avantageux, les jauges de contraintes sont des dispositifs résistifs reliés à un pont classique. Les connexions électriques des jauges sont formées par des fils, non représentés, disposés le long s du barreau 28. Une cavité 38 est formée à une première extrémité de la base 12 et les fils des jauges sont reliés à un câble, non représenté, disposé dans la cavité, afin que la connexion à l'extérieur puisse être réalisée. Le câble quitte la cavité 38 par un orifice 39 formé à l'extrémité de la base, et un revêtement protec- io teur, résistant à l'humidité, est placé sur les jauges et les fils et dans la cavité.

Le corps du capteur dynamométrique est formé d'une matière ayant un module d'élasticité élevé, par exemple un alliage d'aluminium. Dans un mode de réalisation avantageux, le corps a une 15 structure unitaire et est tiré d'un bloc plein de matière, par un procédé convenable tel que le fraisage. Les côtés du capteur dynamométrique sont recouverts par des plaques latérales planes, non représentées, qui sont fixées au corps par des vis de montage fixées dans des trous 41 de la base 12. 20

On considère maintenant le fonctionnement et l'utilisation du capteur dynamométrique. On suppose que la base 12 a été fixée à une surface convenable de montage et qu'un organe destiné à supporter les charges, par exemple le plateau d'une balance, a été 25 monté sur le bras 13. Une charge appliquée au plateau provoque un déplacement vers le bras du bras de charge, si bien que le barreau 28 fléchit et les jauges 36, 37 détectent des contraintes. Comme indiqué précédemment, le barreau fléchit en S, c'est-à-dire suivant une courbe double, et crée des contraintes de tension 30 et de compression dans les régions 31 et 32.

Lorsque la charge est appliquée axialement, c'est-à-dire concentriquement à l'axe 14, la flexibilité des raccords 26 à 28 provoque la transmission de la totalité en pratique de la charge au barreau 28. Lorsque la charge est décalée par rapport à l'axe vers 35 le côté du capteur, les raccords flexibles sont pratiquement rigides et les moments parasites produits par ces charges sont transmis aux bras de retenue plutôt qu'au barreau. Lorsque les charges sont décalées par rapport à l'axe, dans le plan du capteur dynamométrique, la rigidité longitudinale des bras de retenue et des raccords flexibles provoque l'application des moments étrangers de flexion essentiellement aux bras de retenue. Les effets de ces contraintes sont compensés par disposition des jauges de contraintes dans les régions de contraintes de tension et de compression de la même surface du barreau, dans le cas des contraintes externes appliquées par de telles charges.

Lorsque les bras de retenue et le barreau sont disposés comme représenté, un moment nul de flexion est créé au centre du barreau pour les charges axiales, aussi bien que non axiales. L'épaisseur du barreau peut donc être réduite au centre, comme indiqué en traits interrompus 43 sur la fig. 1. Cette réduction d'épaisseur diminue encore l'effet des forces des charges non axiales sur le barreau et assurent la transmission d'une partie encore plus grande de ces forces aux bras de retenue.

Le capteur dynamométrique représenté sur la fig. 3 est analogue à celui des fig. 1 et 2 et les références identiques désignent des éléments correspondants. Dans le mode de réalisation de la fig. 3, la base a une partie verticale 12a et une partie inférieure 12b qui dépasse horizontalement sous les bras de retenue et le bras de charge. Une vis réglable 46 de butée est montée à la partie inférieure de la base dans l'alignement du bras de charge et limite ainsi le mouvement de ce bras. En outre, deux trous de montage sont formés au bord externe du bras de charge, afin qu'ils reçoivent des vis de montage d'un plateau ou d'un autre organe destiné à recevoir la charge. Le fonctionnement et l'utilisation du mode de réalisation de la fig. 3 sont analogues à ceux qu'on a décrits.

L'invention présente un certain nombre d'avantages importants. Le capteur dynamométrique donne des lectures très précises et il n'est pratiquement pas sensible aux charges décentrées. Le capteur convient particulièrement bien aux balances, car un plateau ou un autre organe récepteur de charge peut être monté directement sur le bras de charge. Les lectures de poids sont pratiquement uniformes, quel que soit l'emplacement de la charge sur le plateau. Le capteur dynamométrique est de réalisation peu coûteuse et il peut être produit en grandes séries.

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1 feuille dessins

Claims

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REVENDICATIONS

1. Capteur dynamométrique, caractérisé en ce qu'il comporte une base (12), un bras de charge (13) distant de la base et destiné à recevoir une charge appliquée en une direction axiale, deux bras (21, 22) distants en direction axiale, raccordant par des raccords flexibles (23-26) le bras de charge (13) et la base (12) et limitant les mouvements du bras de charge à la direction axiale, un élément rigide de support (28) ayant une épaisseur nettement supérieure à celle des raccords flexibles (23-26), fixé rigidement au bras de charge (13) et à la base (12) et distant desdits deux bras (21, 22), et un dispositif (36, 37) sensible aux contraintes, monté sur l'élément rigide de support (28) et destiné à transmettre un signal de sortie correspondant à la charge.
2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif sensible aux contraintes comprend deux jauges de contraintes (36, 37) montées sur une face de l'élément de support (28) près des extrémités opposées de celui-ci.
3. Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément de support (28) a une partie d'épaisseur réduite (43),

vers son centre, et les jauges de contraintes (36, 37) sont disposées du côté du bras de charge (13) et du côté de la base (12), de part et d'autre de cette région.