CH627843A5 - Capteur dynamometrique. - Google Patents
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Description
La présente invention concerne les capteurs dynamométriques et plus précisément ceux qui sont destinés à supporter une charge ponctuelle.
Le montage du capteur dynamométrique décrit dans le brevet US jv(° 3513431 est tel que le corps assurant la mesure ainsi que la partie supérieure (transmettant des forces) et la partie inférieure (formant la base) transmettent les forces de réaction avec une symétrie cylindrique totale, un épaulement supérieur étant destiné à encaisser la charge et une base inférieure étant destinée à encaisser la force de réaction.
Cependant, dans la plupart des opérations de pesée, il est souhaitable que la charge soit appliquée au capteur de façon pratiquement ponctuelle. Lorsqu'on tente d'appliquer une charge en un seul point du capteur, décrit dans le brevet précité US N° 3513431, on note que le fléchissement de la structure empêche l'application des forces de la charge et de la réaction au corps de mesure avec une symétrie cylindrique totale.
L'épaulement supérieur du capteur dynamométrique décrit dans le brevet US précité est ici totalement éliminé, et un élément de structure et de fonction différentes est utilisé sous forme d'une structure unitaire destinée à encaisser les forces correspondant à la charge, pratiquement en un seul point. Cette structure a une colonne qui pénètre dans la cavité interne du corps de mesure et peut la remplir. La colonne accroît beaucoup la résistance mécanique ou la rigidité de la structure destinée à encaisser la charge, si bien qu'elle fléchit beaucoup moins sous charge, les contraintes indésirables ou
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parasites sont minimales dans la partie de mesure, sous l'action des moments induits par le fléchissement et appliqués à la partie de mesure par la structure destinée à encaisser la charge. En conséquence, des erreurs de mesure, dues à des contraintes externes et indésirables en cours de mesures, sont réduites. En outre, il est possible de former une partie de dimension réduite à la face externe de la base, par exemple sous la forme d'une gorge ou d'un canal formé dans la base, de manière que cette partie fléchisse lors de l'application d'une charge au capteur et que des forces de compensation, de neutralisation ou d'équilibrage soient appliquées au corps de mesure et compensent les contraintes externes résiduelles produites par le fléchissement de la structure destinée à encaisser la charge.
Un capteur dynamométrique constitue un transducteur qui transforme une force qui lui est appliquée dans une direction de mesure en un signal électrique corrélé à l'amplitude de la force appliquée. Des capteurs dynamométriques de ce type, pour lesquels l'invention présente une utilité importante, sont couramment utilisés dans les dispositifs de pesée qui mesurent le poids de corps massifs tels que les camions, les wagons de chemin de fer et analogue. Par exemple, une bascule pour véhicule comprendune plate-forme sensiblement plate sur laquelle le véhicule est conduit en vue de sa pesée. Aux quatre coins de la plate-forme et sous celle-ci, quatre capteurs dynamométriques sont disposés et mesurent chacun la force qui lui est appliquée par la partie associée de la plate-forme, les capteurs formant collectivement une mesure corrélée au poids total du véhicule qui repose sur la plate-forme.
Comme la plate-forme d'une bascule est obligatoirement grande puisqu'elle doit permettre la disposition d'un véhicule, ses dimensions varient beaucoup lorsque la température change. Ces changements de température ne peuvent pas être normalement évités puisque la bascule est habituellement placée à l'extérieur et n'est pas protégée contre les changements normaux de température atmosphérique. En outre, une plate-forme de bascule n'est pas aussi massive et rigide qu'il le faudrait pour qu'elle ne fléchisse pas normalement sous charge, afin que son coût soit réduit.
Etant donné les changements de dimensions sous l'action des variations de température et les fléchissements subis par une plateforme de bascule en utilisation normale, on a constaté qu'il était nécessaire que des dispositifs spéciaux de montage de capteurs dynamométriques ou analogues soient utilisés pour la distinction des effets des charges latérales et excentriques, dues aux variations de dimension de la plate-forme et au fléchissement de celle-ci. Ces dispositifs auxiliaires de montage ont été réalisés par exemple pour que la charge ponctuelle des capteurs dynamométriques soit facilitée, les capteurs devenant insensibles aux composantes non axiales de la charge, c'est-à-dire aux charges latérales et/ou excentrées qui existent obligatoirement sous l'action des fléchissements et des changements de dimension de la plate-forme en cours d'utilisation normale. Habituellement, on utilise aussi des butoirs ou des amortisseurs pour la plate-forme, afin qu'ils encaissent les forces horizontales dues au freinage du véhicule sur la plate-forme. Ces dispositifs auxiliaires non seulement accroissent le coût de l'appareil de pesée, mais en outre n'isolent pas très efficacement le capteur dynamométrique par rapport aux charges excentrées et/ou latérales appliquées en cours d'utilisation.
Ainsi, on a cherché un capteur dynamomêtrique qui peut subir une charge ponctuelle sous l'action d'une plate-forme de bascule qui subit des fléchissements et des variations de dimension en utilisation normale, le capteur donnant cependant un signal de sortie qui varie linéairement avec les composantes axiales de la charge, appliquées dans une direction de mesure sensiblement verticale. Selon l'invention, le capteur dynamométrique est défini par la revendication 1.
Grâce à la disposition décrite précédemment, lorsqu'une charge est appliquée au capteur en direction axiale ou de mesure, les éléments de mesure subissent essentiellement des contraintes de cisaillement proportionnelles à la force verticale appliquée au capteur. Lorsque des jauges de contraintes sont orientées sur les surfaces des éléments de mesure, afin qu'elles mesurent les contraintes
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normales, de compression et de traction, résultant des contraintes de cisaillement induites par la charge, le signal de sortie qui peut être obtenu est corrélé à la force axiale appliquée en un seul point au capteur dynamométrique par une plate-forme de bascule ou analogue. La caractéristique de réponse du capteur dynamométrique est linéaire par rapport à la charge appliquée dans la direction verticale et axiale de mesure, même lorsque la partie d'encaissement de charge fléchit lorsqu'elle supporte une charge ponctuelle et applique des moments aux éléments de mesure.
Dans des formes d'exécution décrites, le capteur dynamométrique peut être rendu relativement insensible à une charge appliquée avec une direction autre que la direction de mesure, c'est-à-dire autre qu'en direction verticale axiale. En d'autres termes, le capteur fait la distinction entre les charges normales, d'une part, et les charges latérales et excentriques, d'autre part. Cette aptitude à la discrimination est assurée en partie par l'utilisation d'au moins 4n segments, n étant un nombre entier, dans les jeux supérieur et inférieur de segments transmettant la charge et la réaction. Les segments de chaque jeu, comme ils sont décalés circonférentiellement, forment 8n éléments de mesure ayant chacun, comme décrit précédemment, une jauge de contraintes à sa surface périphérique. Lorsque les jauges de contraintes de paires d'éléments de mesure diamétralement opposées sont orientées, afin qu'elles mesurent le même type de contraintes normales de cisaillement, et lorsque ces paires diamétralement opposées de jauges de contraintes sont placées dans la même branche d'un circuit de mesure en pont, les contraintes induites dans les éléments de mesure par les charges latérales et/ou excentriques sont compensées si bien que le capteur permet la discrimination de ces charges latérales et excentriques.
Dans une forme d'exécution, le capteur dynamométrique est réalisé afin qu'il ne puisse pas être détérioré en cas de surcharge.
Cette caractéristique est obtenue par disposition d'une colonne de surcharge entre la base et la partie d'encaissement de charge du capteur. La longueur de cette colonne de surcharge est inférieure à la distance séparant la base de la partie d'encaissement de charge, d'une quantité égale au fléchissement de cette partie d'encaissement de charge dans des conditions d'application d'une charge nominale correspondant à la capacité. Les charges appliquées à la partie d'encaissement de charge, au-delà de cette capacité, provoquent la mise en butée de la partie inférieure de la colonne contre la base du capteur. En conséquence, les charges excessives sont appliquées essentiellement à la base par la butée de surcharge, les éléments de mesure de la partie tubulaire étant mis en dérivation si bien que la partie de mesure n'est pas détériorée par l'application de charges dépassant la capacité nominale.
L'utilisation d'une butée de surcharge aussi large que possible, compte tenu des dimensions internes de la partie tubulaire de mesure, et la formation d'une telle colonne, afin qu'elle soit solidaire de la partie d'encaissement de charge qui a tendance à fléchir lorsqu'elle subit une charge ponctuelle, présente un avantage supplémentaire. Plus précisément, la partie d'encaissement de charge est plus rigide si bien qu'elle fléchit moins lorsqu'elle subit la charge ponctuelle. En conséquence, les moments appliqués aux éléments de mesure par les segments de transmission de charge sont réduits. La réduction de ces moments réduit les moments qui doivent être compensés, neutralisés ou annulés par des moments de compensation appliqués à la partie de mesure par les segments de réaction, ces moments étant produits par la réaction de la charge transmise par la nervure annulaire dépassant de la face inférieure de la base.
La simplicité de la conception permet une fabrication et un montage faciles du capteur.
Dans une forme d'exécution préférée, des boulons de mise sous tension, qui subissent une charge préalable afin qu'ils restent, dans toutes les conditions de charge prévues en utilisation normale, sous des contraintes de traction, relient le couvercle au reste du capteur. La mise sous tension des boulons placés entre le capuchon et les autres éléments du capteur (qui sont solidaires) permet au capuchon et au reste de la structure du capteur de jouer, au point de vue
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mécanique, le rôle d'une structure unitaire en une seule pièce présentant de faibles caractéristiques d'hystérésis mécanique.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels:
la fig. 1 est une perspective avec des parties arrachées du capteur dynamométrique selon l'invention;
la fig. 2 est une coupe verticale représentant un segment de réaction et un segment de charge;
la fig. 3 est une élévation développée de la partie de mesure du capteur dynamométrique, représentant les éléments de mesure qui subissent les forces de cisaillement lorsqu'ils sont mis sous charge;
la fig. 4 est une coupe verticale de la partie d'encaissement de charge d'une variante de capteur, ayant un arrangement différent d'application ponctuelle de la charge;
la fig. 5 est une perspective d'une bascule à plate-forme dans laquelle le capteur dynamomêtrique selon l'invention est utile pour la pesée des véhicules;
la fig. 6 est une coupe horizontale schématique de la partie de mesure d'un capteur dynamométrique, représentant la disposition alternée des jauges adjacentes de contraintes orientées afin qu'elles mesurent les déformations par cisaillement, lorsqu'elles subissent des forces de compression ou de traction;
la fig. 7 est un schéma électrique d'un pont de Wheatstone indiquant comment les jauges de contraintes sont reliées afin qu'elles permettent l'élimination des charges concentriques et latérales;
la fig. 8 est un schéma représentant les déviations dues aux forces et aux moments appliqués à la partie d'encaissement de charge, à la partie de mesure et à la partie de base, lorsqu'une charge est appliquée et est contrecarrée par les forces de réaction transmises par la base et appliquées par un support disposé sur le sol et sur lequel le capteur repose;
la fig. 9a est une élévation schématique représentant la configuration normale et la configuration déformée d'un élément de mesure de charge soumis aux forces de cisaillement lorsqu'une charge ponctuelle est appliquée, l'orientation de la jauge de contraintes correspondant à des déformations sous traction;
la fig. 9b est un schéma représentant les configurations normale et déformée d'un élément de mesure de charge soumis à des forces de cisaillement induites par une charge ponctuelle, l'orientation d'une jauge de contraintes correspondant à des déformations par compression;
la fig. 10 est une perspective d'un élément de mesure et elle représente les moments appliqués à cet élément, lors du fléchissement de la partie d'encaissement d'une charge ponctuelle et lors du fléchissement de la partie de base du fait de l'application des forces de réaction à la nervure en saillie, délimitée par les parties dégagées de la face inférieure de la base, et la fig. 11 est une coupe verticale schématique du capteur dynamométrique et notamment des segments de transmission de charge, utiles pour la compréhension de la discrimination entre les différentes forces dues notamment aux charges latérales et excentriques, dans le capteur selon l'invention.
Comme l'indiquent les figures et notamment les fig. 1 à 3, le capteur dynamométrique 10 selon l'invention, dans un mode de réalisation particulier, a une forme sensiblement cylindrique et comporte une cavité de section circulaire formée à l'intérieur et fermée à ses extrémités supérieure et inférieure. Le capteur 10 a cinq principales parties fonctionnelles. A partir du haut, il s'agit de la partie 14 d'encaissement de charge, de la partie 28 de transmission de charge, de la partie 22 de mesure, de la partie 30 de transmission de force de réaction et de la base 32.
La partie 14 d'encaissement de charge, à son extrémité supérieure, comporte un dispositif d'application, pratiquement en un point du capteur, d'une charge transmise par un organe tel qu'une plate-forme de bascule ou analogue, identifié schématiquement par la référence 16. Dans le mode de réalisation des fig. 1 et 2, la charge est appliquée à un bouton 18 qui est solidaire de la partie 14 dont il dépasse vers le haut. La face supérieure 18a du bouton 18 est convexe et assure un contact sensiblement ponctuel avec la face inférieure 16a d'une plate-forme 16 de bascule, qui est disposée au-dessus et qui constitue la charge dans le cas considéré.
s Bien que la partie 14 d'encaissement de charge puisse éventuellement avoir une structure physique unitaire, en pratique on constate qu'il est commode qu'elle soit en deux éléments séparés physiquement, un capuchon 14a et une partie tubulaire 14b placée au-dessous. Le capuchon 14a et la partie tubulaire 14b peuvent être fixés par des io boulons 14c. Ceux-ci subissent une charge préalable suffisante de tension pour que, dans toutes les conditions normales de charge, ils restent sous une certaine tension, si bien que les surfaces complémentaires en regard du capuchon 14a et de la partie tubulaire 14b restent en compression. Ainsi, et étant donné que le capuchon 14b peut être 15 séparé de la partie 14b, le capuchon et cette partie 14b ont en fait le rôle d'un élément unitaire dans les conditions considérées de charge dépassant la capacité nominale, si bien que l'hystérésis mécanique est minimal. L'utilité d'un capuchon 14a, séparable de la partie tubulaire 14b de la partie 14 d'encaissement de charge, est de permettre une 20 formation facile de la cavité interne 12.
La partie tubulaire 22 de mesure est placée dans la partie centrale du capteur 10 et comprend 8 éléments de mesure 22-1,22-2,..., 22-8 qui sont de structures identiques et régulièrement répartis circonférentiellement comme l'indique la vue développée de la partie 22 de la 25 fig. 3. Les éléments de mesure 22-1,22-2,..., 22-8 sont équidistants de l'axe de symétrie de la partie de mesure, l'axe étant parallèle à la direction verticale de mesure du capteur dynamométrique.
Les éléments de mesure 22-1,22-2,..., 22-8 sont placés entre un jeu supérieur de 4 fentes, pratiquement identiques, 24-1,..., 24-4 qui 30 débouchent et qui sont régulièrement réparties à la circonférence du capteur, et un jeu inférieur de fentes circonférentielles, ayant pratiquement la même configuration 26-1,..., 26-4 qui débouchent. La dimension et la configuration des fentes 24-1,..., 24-4 peuvent être pratiquement les mêmes que celles des fentes 26-1,..., 26-4, mais cette 35 caractéristique n'est pas indispensable. Comme l'indique la fig. 3, le jeu supérieur de fentes 24-1,..., 24-4 et le jeu inférieur de fentes 26-1, ..., 26-4 sont décalés les uns par rapport aux autres, afin que les centres de chaque fente supérieure ou inférieure soient alignés verticalement sur les espaces des fentes inférieures et supérieures 40 respectivement. Etant donné cette configuration et cet espacement, les éléments 22-1,..., 22-8 de mesure subissent des forces de cisaillement lorsqu'une charge est appliquée au bouton 18 du capteur 10.
Plus précisément, chaque élément de mesure 22-1 22-8 subit
45 une composante verticale descendante de la charge indiquée par la flèche Fl et une composante ascendante de la force de réaction indiquée par la flèche FR. Les composantes FL de la charge sont transmises aux éléments de mesure 22-1,..., 22-8 par un jeu de 4 segments 28-1 à 28-4 de transmission de forces de la charge, 50 régulièrement répartis à la circonférence et alignés sur les espaces séparant les fentes supérieures 24-1 à 24-4. Les segments 28-1 à 28-4 constituent collectivement la partie 28 de transmission de charge du capteur 10, placée entre la partie 14 d'encaissement de charge et la partie 22 de mesure. Les forces FR de réaction sont transmises aux 55 éléments 22-1 à 22-8 de mesure par quatre segments 30-1 à 30-4 de transmission de forces de réaction qui sont régulièrement espacés circonférentiellement et qui sont alignés sur les espaces des fentes inférieures 26-1 à 26-4. Les segments 30-1 à 30-4 de réaction forment collectivement la partie 30 de transmission de forces de réaction qui 60 est placée entre la partie tubulaire 22 de mesure et de la partie 32 de base qui repose sur un support placé sur le sol, ou analogue, lorsque le capteur est utilisé.
L'extérieur des éléments de mesure 22-1 à 22-8, dans le mode de réalisation représenté, est plat. De cette manière, la fixation com-65 mode de jauges de contraintes 34-1 à 34-8 sur les éléments de mesure 22-1 à 22-8 est facilitée. Les jauges 34-1,34-3,34-5 et 34-7 sont orientées à 45° par rapport à l'axe vertical ou de mesure du capteur, afin qu'elles soient soumises à des déformations sous traction lorsque
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les éléments associés de mesure 22-1,22-3,22-5 et 22-7 sont soumis à des forces de cisaillement induites par les forces de la charge et de réaction FL et FR, comme décrit précédemment. Les jauges 34-2, 34-4, 34-6 et 34-8 sont aussi à 45° par rapport à la direction de mesure, de manière qu'elles subissent des déformations par compression dans les éléments associés de mesure 22-2,22-4,22-6 et 22-8, lorsque ceux-ci sont soumis à des forces de cisaillement dues aux forces appliquées par la charge et aux forces de réaction FL et FR. Les fig. 9a et 9b représentent, respectivement, sous forme exagérée la déformation des éléments de mesure 22-1,22-3,22-5 et 22-7, d'une part, et 22-2,22-4,22-6 et 22-8, d'autre part, les jauges associées 34-1, 34-3,34-5 et 34-7, d'une part, et 34-2,34-4,34-6 et 34-8, d'autre part, étant orientées afin qu'elles assurent des déformations sous traction et sous compression, respectivement, lorsque les éléments de mesure subissent des déformations par cisaillement, dues aux forces de la charge et de la réaction Fl et FR.
Un circuit électrique formant un pont de Wheatstone est destiné à transmettre une tension électrique de sortie corrélée à la déformation combinée de cisaillement induite dans les éléments de mesure 22-1 à 22-8 lorsque le capteur 10 est soumis à une charge appliquée au bouton 18. Comme indiqué sur la fig. 7, le circuit en pont a quatre branches Rt, R2, R3 et R4. Les jauges 34-1 et 34-5 qui sont orientées, afin qu'elles soient sensibles aux déformations sous traction (fig. 3) et placées sur des éléments de mesure diamétralement opposés 22-1 et 22-5 (fig. 6), sont reliées à la même branche R! du pont. La branche R3 opposée à la branche Rt comporte les jauges 34-3 et 34-7. Ces deux jauges sont toutes deux orientées afin qu'elles soient sensibles aux déformations sous tension (fig. 3) et elles se trouvent sur les éléments de mesure 22-3 et 22-7 qui sont diamétralement opposés (fig. 6). Les jauges 34-4 et 34-8 qui sont orientées, afin qu'elles mesurent des déformations sous compression (fig. 3) et qui sont placées sur des éléments 22-4 et 22-8 de mesure qui sont diamétralement opposés (fig. 6), sont reliées à la branche R2 du pont. La branche R4 comprend les jauges 34-2 et 34-6 qui sont destinées à mesurer des déformations sous compression (fig. 3), dans des éléments diamétralement opposés de mesure 22-2 et 22-6 (fig. 6). Lorsque les jauges de contraintes sont reliées de la manière choisie et lorsqu'une tension d'excitation est appliquée entre les connexions des résistances Rt et R4, d'une part et R2 et R3, d'autre part, une tension de sortie est transmise aux bornes de sortie formées par les connexions des résistances Rt et R2, d'une part et R3 et R4, d'autre part, cette tension de sortie étant corrélée à la déformation combinée par cisaillement induite dans les éléments de mesure 22-1 à 22-8, lors de l'application d'une charge au bouton 18.
Dans des variantes, des jauges de contraintes opposées peuvent être placées dans des branches opposées du pont, afin que le capteur soit insensible aux charges latérales et/ou excentriques.
Lors du fonctionnement et si l'on suppose qu'une charge ponctuelle est appliquée verticalement au centre de la surface 18a du bouton, si bien que la charge est symétrique par rapport aux éléments de mesure 22-1 à 22-8, ces éléments de mesure sont soumis chacun à des forces verticales égales et opposées de cisaillement FL et Fr (fig. 10). Ces forces créent une déformation principale par cisaillement dans la partie de mesure, et les jauges sont sensibles à cette déformation. En outre, et étant donné le fléchissement du capuchon 14a sous l'action de la charge ponctuelle, les éléments de mesure 22-1 à 22-8 sont soumis chacun à un moment parasite ML transmis par les segments associés de charge 28-1 à 28-4. Le vecteur du moment ML se trouve dans un plan horizontal perpendiculaire à la direction de mesure du capteur, à une hauteur verticale telle que le plan passe par le centre de l'élément de mesure 22-1. Le vecteur du moment Ml est dirigé tangentiellement par rapport à la circonférence C de l'élément de mesure 22-1, en un point centré par rapport au segment 28-1 de transmission de charge. Le moment ML peut être décomposé en deux composantes ML- et ML«. La composante ML-est dans le même plan que le moment ML, mais est perpendiculaire à la surface externe plate de l'élément de mesure 22-1 auquel la jauge 34-1 est collée.
Un moment MR égal au moment ML- est appliqué à l'élément 22-1 de mesure, afin qu'il compense le moment ML< induit dans l'élément 22-1 du fait du fléchissement du capuchon 14a lorsqu'il est soumis à une charge ponctuelle, si bien que la réponse du capteur par rapport à la composante de la charge appliquée dans la direction verticale de mesure est linéarisée. Le moment MR est obtenu par formation d'une partie de section réduite dans l'organe 32 de base, par exemple par évidement sélectif de la surface inférieure de la base autour de sa périphérie externe, comme indiqué par la référence 40, et au centre, comme indiqué par la référence 42 (fig. 2). Les parties évidées 40 et 42 de la face inférieure de la base 32 forment une nervure annulaire 44 qui dépasse vers le bas de la surface inférieure de la base 32. Lorsque la charge appliquée au bouton 18 subit une réaction par l'intermédiaire de la partie 32 de base, une force de réaction est appliquée verticalement vers le haut à la nervure 44.
Cette force est disposée et dirigée d'une manière telle que la base 32 fléchit, et un moment MR de compensation est appliqué aux éléments de mesure 22-1 à 22-8 par l'intermédiaire des colonnes 30-1 à 30-4 de réaction. Le moment MR, comme indiqué sur la fig. 10, se trouve danj le plan du moment ML induit par le fléchissement du capuchon 14a qui subit une charge ponctuelle et, comme le moment ML-, le moment MR est tangent à la circonférence C du capteur en un point centré par rapport à la colonne 30-1 de réaction. La nature et l'étendue de la nervure 44 formée à la surface inférieure de la partie 32 de base sont telles que le moment MR a la même amplitude que le moment ML.
Le moment MR peut être décomposé de manière analogue en deux composantes MR< et MR". La composante MR< se trouve dans le même plan que ML et MR, mais est perpendiculaire à la surface externe plate de l'élément de mesure 22-1. Les deux moments de flexion Ml- et MR- se trouvent dans le même plan, sont parallèles et ont la même direction et pratiquement la même amplitude. Cependant, ils sont disposés aux extrémités opposées du corps 22-1 de mesure, si bien qu'ils créent des déformations pratiquement égales et opposées au centre de cet élément et ont tendance à s'annuler ou se neutraliser.
Les composantes ML" et MR« sont opposées et alignées le long de la face du corps 22-1 de mesure et exercent donc un couple sur ce corps. Dans les parties de mesure dont la jauge de contraintes mesure la déformation sous tension, le couple s'ajoute à la déformation et accroît ainsi le signal transmis par ces jauges. Dans les parties, dans lesquelles les jauges mesurent les déformations sous compression, le couple se soustrait de la déformation et réduit donc le signal transmis par ces jauges. Cependant, toutes les jauges sont montées en pont, comme décrit précédemment, si bien que les réponses de toutes les jauges sont ajoutées et les effets du couple appliqué aux diverses parties de mesure s'annulent ou s'éliminent. Ainsi, la nervure 44 permet au capteur 10 de recevoir une charge ponctuelle, selon une caractéristique très avantageuse, et cette charge peut être mesurée sans erreur, étant donné les écarts de linéarité introduits par les moments externes de flexion, appliqués aux éléments de mesure sur lesquels sont disposées les jauges de contraintes.
Le capteur dynamométrique selon l'invention fait la distinction des charges excentrées, obtenues par exemple par application d'une force excentrée F^ décalée par rapport à l'axe de symétrie du capteur et passant par le centre du bouton 18, parallèlement à la direction verticale de mesure, ainsi que des charges latérales Fs appliquées en direction transversale à la direction verticale de mesure du capteur. Comme indiqué sur la fig. 11, une charge latérale Fs appliquée dans la direction indiquée met le segment 28-2 de charge sous tension et le segment 28-4 sous compression. Comme indiqué sur la fig. 1, la mise du segment 28-2 sous tension provoque des conditions de déformation dans les éléments de mesure 22-6 et 22-7. Comme les jauges 34-2 et 34-6 sont dans la même branche R4 du pont (fig. 7) et sont toutes deux orientées afin qu'elles mesurent les déformations sous compression, la déformation de l'élément 22-2 et celle de l'élément 22-6, toutes deux induites par la charge latérale Fs, provoquent des changements des résistances des jauges 34-2 et 34-6
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qui sont égaux et opposés, si bien que le changement résultant de résistance de la branche R4 du pont est nul. De manière analogue, il n'apparaît aucun changement résultant de résistance dans la branche R3 du pont sous l'action de la charge latérale Fs. Plus précisément, les jauges 34-3 et 34-7, qui sont toutes deux orientées afin qu'elles mesurent des déformations sous traction dans les éléments associés de mesure 22-3 et 22-7, se trouvent dans la même branche R3 du pont. Ainsi, la variation de résistance de la jauge 34-3 qui est sous tension sous l'action de la charge latérale Fs est compensée par la variation de résistance de la jauge 34-7 qui est sous compression sous l'action de la charge latérale Fs, si bien que le changement résultant de résistance de la branche R3 du pont est nul.
L'analyse qui précède s'applique aussi aux charges excentrées F^.
Ainsi, l'utilisation de quatre segments 28-1 à 28-4 de transmission de forces (et de 4 segments correspondants de réaction 30-1 à 30-4) et la disposition des jauges de contraintes des éléments diamétralement opposés de mesure dans une même branche du pont, les jauges des éléments diamétralement opposés étant toutes deux orientées afin qu'elles mesurent le même type de déformation (sous tension ou sous compression), permettent la discrimination des charges latérales et des charges excentrées par le capteur dynamométrique selon l'invention.
Dans une variante, des jauges opposées de contraintes peuvent être montées dans des branches opposées du pont afin que le capteur soit insensible aux charges latérales et/ou excentrées.
La fig. 8 représente schématiquement les déformations sous l'action des forces et des moments appliqués à la partie 14 d'encaissement de charge, la partie 22 de mesure et la partie 32 de base par l'intermédiaire des segments de charge et de réaction lorsqu'une charge appliquée en un point du bouton 18 est compensée par une réaction transmise par la nervure annulaire 44 de la face inférieure de la base 32. Le fléchissement du capuchon 14a, lorsqu'une charge ponctuelle est appliquée au bouton 18, est indiqué sous forme exagérée de même que le fléchissement de la partie 32 de base lorsque la charge appliquée est compensée par une force de réaction transmise par la nervure 44. Le fléchissement résultant des éléments de mesure 22-1 à 22-8 de la partie 22, sous l'action des moments appliqués par l'intermédiaire des colonnes de charge et de réaction, est aussi exagéré sur la fig. 8.
Un prolongement 60 est placé entre la base 32 et la face inférieure du capuchon 14a de la partie 14 afin que l'élément d'encaissement de charge ait une résistance accrue et que le capteur dynamométrique possède une protection contre les surcharges et ne soit pas détérioré lorsque la charge appliquée dépasse la capacité nominale. La longueur du prolongement dans la direction de mesure, c'est-à-dire parallèle à l'axe de symétrie de la partie 22, est inférieure à la distance comprise entre la surface inférieure 14a' du capuchon 14a et la surface interne supérieure 32a de la partie 32 d'une quantité correspondant au fléchissement du capuchon 14a lorsqu'il subit une charge égale à la capacité nominale. Lorsque des charges supérieures à cette capacité sont appliquées au bouton 18, la face inférieure 60a du prolongement 60 vient en butée contre la surface supérieure interne 32a de la base 32, pour une charge ponctuelle correspondant à la capacité nominale. La partie de la charge qui dépasse la capacité nominale est transmise à la base 32 essentiellement par le prolongement 60 plutôt que par l'intermédiaire de la partie 22 de mesure, si bien que celle-ci n'est pas détériorée.
Le prolongement 60 est avantageusement solidaire du capuchon 14a et il est destiné à avoir un diamètre maximal, compte tenu de la dimension de la cavité 12, afin que le fléchissement du capuchon 14a de la partie 14 soit minimal sous l'action d'une charge ponctuelle appliquée au bouton 18. De cette manière, le capuchon 14a, qui a tendance à fléchir sous l'action de la charge ponctuelle appliquée au bouton 18, est rendu plus rigide et le fléchissement sous charge est réduit.
Le prolongement 60 formé en une seule pièce, assurant l'augmentation de la rigidité et empêchant la détérioration par les surcharges, peut aussi être formé de deux prolongements séparés et alignés axialement lorsque des éléments d'encaissement de charge ponctuelle sont utilisés aux deux extrémités du capteur. Dans la mesure où la protection contre les surcharges est assurée (c'est-à-dire en ce qui concerne le renforcement du capuchon 14a), un prolongement en deux parties est aussi efficace qu'un prolongement en une seule pièce puisque dans les deux cas, lorsqu'une surcharge existe, l'espace axial disparaît et la surcharge est transmise essentiellement directement du capuchon 14a à la base 32. Cependant, si le prolongement de surcharge doit aussi accroître la rigidité du capuchon 14a, un prolongement en une seule pièces solidaire de ce capuchon donne un plus grand renforcement qu'un prolongement en deux parties disposé de manière que ses tronçons de longueur moyenne soient solidaires du capuchon 14a et de la base 32, l'espace normal, qui disparaît en cas de surcharge, se trouvant entre les extrémités en regard des tronçons de prolongement.
L'utilité du capteur dynamométrique selon l'invention apparaît en référence à la fig. 5. Plus précisément, la fig. 5 représente une bascule de pesée de véhicule, portée à ses quatre coins par quatre capteurs dynamométriques. La plate-forme est par exemple formée d'acier et elle subit les variations de longueur (et de largeur) dans le sens des flèches, étant donné les variations de température. En outre, comme il n'est pas rentable de réaliser une plate-forme ayant une rigidité telle qu'elle ne fléchit pas sous charge, le fléchissement de la plate-forme en cours d'utilisation normale peut être prévu comme indiqué en traits mixtes. Ces variations de dimension et le fléchissement, observés lors de l'utilisation normale, provoquent l'application de charges latérales et excentriques au capteur. Le capteur selon l'invention non seulement a une caractéristique linéaire de réponse, mais permet aussi la distinction des conditions de charges latérales et excentriques, si bien qu'il donne des mesures précises et fiables de charge dans une large plage de conditions de fonctionnement.
La fig. 4 représente une variante de dispositif d'application d'une charge ponctuelle à la partie 14 d'encaissement de charge. Plus précisément, une cavité 50 est formée au centre de la face supérieure 20' du capuchon 14'. La cavité 50 a une surface inférieure horizontale plate 32, qui coopère avec une surface sphérique 54 à l'extrémité inférieure d'une tige 56 d'application de charge à laquelle la charge à mesurer est appliquée par la plate-forme d'une bascule, par exemple, ou analogue. La combinaison de la cavité à fond plat et de la surface sphérique assure un contact ponctuel entre la tige et la partie 14a' d'encaissement de charge, quelle que soit l'inclinaison de l'axe par rapport au capteur.
6
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15
20
25
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35
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45
50
55
r
2 feuilles dessins
Claims (13)
- 6278432REVENDICATIONS1. Capteur dynamomêtrique, caractérisé en ce qu'il comporte une colonne centrale creuse de mesure (22), subissant des déformations à mesurer, une partie de base (32) destinée à supporter la colonne centrale et une partie (14) destinée à encaisser une charge et à transmettre les forces correspondantes à la colonne centrale, cette partie d'encaissement de charge (14) ayant un prolongement (60) qui pénètre dans la partie creuse (12) de la colonne centrale (22) et qui réduit le fléchissement de la partie d'encaissement de charge lorsqu'une charge est appliquée au capteur.
- 2. Capteur dynamométrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de base (32) a une section réduite, afin qu'elle fléchisse sous l'action de la charge et assure la compensation du fléchissement de la partie d'encaissement de charge lorsqu'elle est soumise à une charge.
- 3. Capteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le prolongement (60) coopère avec la partie de base (32) pour former une butée de surcharge protégeant la colonne centrale creuse de mesure (22) contre les surcharges.
- 4. Capteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie d'encaissement de charge (14) a une configuration telle qu'elle reçoit la force de charge pratiquement en un seul point (18a) et la transmet de façon pratiquement uniforme à la colonne centrale creuse (22).
- 5. Capteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'au moins une partie de base (32) et une partie d'encaissement (14) sont reliées par des éléments de fixation (14c) exerçant une force de précontrainte telle que, pour toutes les charges appliquées inférieures à la charge nominale du capteur dynamométrique, il résulte une force de tension non nulle dans tous les éléments de fixation.
- 6. Capteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la colonne centrale de mesure (22) a une cavité centrale (12) et en ce que le prolongement (60) remplit pratiquement la cavité (12) et laisse un espace annulaire entre la paroi de la cavité et le prolongement.
- 7. Capteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la colonne centrale creuse de mesure comprend une cavité (12) délimitant un tube ayant un axe de symétrie sensiblement parallèle à une direction de mesure, la colonne centrale ayant au moins 8n éléments de mesure (22-1 à 22-8) régulièrement espacés sur la circonférence, n étant un nombre entier, chaque élément de mesure ayant une surface de mesure à l'extérieur, 4n fentes supérieures traversantes (24-1 à 24-4), régulièrement espacées sur la circonférence dans la colonne centrale de mesure (22), les fentes délimitant 4n segments supérieurs de transmission (28-1 à 28-4) transmettant une charge appliquée à la partie d'encaissement de charge (14) à un côté de chacun des éléments de mesure, 4n fentes inférieures traversantes (26-1 à 26-4), régulièrement espacées sur la circonférence dans la colonne centrale de mesure et alignées chacune verticalement avec un segment supérieur de transmission de charge différent, les fentes inférieures établissant 4n segments inférieurs de transmission (30-1 à 30-4) transmettant la force de réaction de la base (32) à l'autre côté de chacun des éléments de mesure, les forces de réaction et de la charge (Fr, Fl) appliquées à chaque élément de mesure donné par les segments de transmission des forces de réaction et de charge étant dirigées en sens opposés, de sorte que les éléments de mesure subissent des contraintes de cisaillement lorsque la partie d'encaissement de charge subit une charge ponctuelle.
- 8. Capteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque élément de mesure est associé à une jauge de contrainte (34-1 à 34-8) et caractérisé par un circuit électrique en pont (Rj, R2, R3, R4) dans lequel les jauges de contrainte sont branchées, chaque paire de jauges diamétralement opposées sur la circonférence étant placée dans la même branche du pont électrique.
- 9. Capteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque élément de mesure est associé à une jauge de contrainte (34-1 à 34-8) et caractérisé par un circuit électrique en pont (Rx, R2, R3, R4.) dans lequel les jauges de contrainte d'éléments de mesure alternés sont placées dans les mêmes branches du pont.
- 10. Capteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque élément de mesure est associé à une jauge de contrainte (34-1 à 34-8) et caractérisé par un circuit électrique en pont ayant un premier groupe de jauges dont les signaux de sortie augmentent lorsqu'un couple est appliqué à leurs éléments de mesure respectifs, les jauges de ce premier groupe (34-1, 34-5, 34-3, 34-7) étant placées dans les mêmes branches d'une paire de branches opposées du pont, et un second groupe de jauges, dont les signaux de sortie diminuent lorsqu'un couple est appliqué à leurs éléments de mesure respectifs, les jauges de ce second groupe (34-2,34-6,34-4 et 34-8) étant placées dans les mêmes branches de l'autre paire de branches opposées du pont.
- 11. Capteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque élément de mesure est associé à une jauge de contrainte et caractérisé par un circuit électrique en pont dans lequel les jauges sont reliées, chaque paire de jauges diamétralement opposées sur la circonférence étant réparties entre des branches opposées du circuit électrique en pont.
- 12. Capteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque élément de mesure est associé à une jauge de contrainte et caractérisé par un circuit électrique en pont ayant les jauges de contrainte d'éléments de mesure alternées dans des branches opposées du pont.
- 13. Capteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque élément de mesure est associé à une jauge de contrainte et caractérisé par un circuit électrique en pont ayant un premier groupe de jauges dont les signaux de sortie augmentent lorsqu'un couple est appliqué à leurs éléments de mesure respectifs, les jauges de ce premier groupe (34-1,34-5,34-3,34-7) étant placées dans des branches opposées d'une paire de branches opposées du pont, et ayant un second groupe de jauges, dont les signaux de sortie diminuent lorsqu'un couple est appliqué à leurs éléments de mesure respectifs, les jauges de ce second groupe (34-2, 34-6,34-4, 34-8) étant placées dans des branches opposées de l'autre paire de branches opposées du pont.
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