FR2459462A1 - Diaphragm dynamometer for measurement of applied force - has axial guide assembly with capacitive sensor on load shaft - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne les appareillages dont le fonctionnement comporte le déplacement d'un organe dans une direction précise, et en particulier les dynamomètres qui réagissent à une force appliquée par la déformation élastique d'un matériau dans une direction déterminée. The present invention relates to apparatuses the operation of which involves the displacement of an organ in a precise direction, and in particular dynamometers which react to a force applied by the elastic deformation of a material in a determined direction.
De façon classique, un tel dynamomètre comporte un organe récepteur de charge coopérant avec un corps d'épreuve solidaire par ailleurs d'un bâti fixe. Le corps d'épreuve est couplé à des moyens de mesure de sa déformation élastique permettant une lecture directe de l'intensité de la force appliquée sur une plage prédéterminée. Conventionally, such a dynamometer comprises a load receiving member cooperating with a test body which is also integral with a fixed frame. The test body is coupled to means for measuring its elastic deformation allowing a direct reading of the intensity of the force applied over a predetermined range.
Dans ces dynamomètres de structure mécanique, les conditions de manipulation et notamment la position imprécise du point d'application de la force sur l'organe récepteur induisent fréquemment dans le corps d'épreuve des composantes transversales, qui sont sources d'erreurs de mesure. La présente invention tend à diminuer sensiblement le risque d'apparition de tels phénomènes perturbateurs et vise à éliminer la prise en compte des paramètres ne concernant pas la direction de mesure. In these dynamometers of mechanical structure, the handling conditions and in particular the imprecise position of the point of application of the force on the receiving member frequently induce in the test body transverse components, which are sources of measurement errors. The present invention tends to significantly reduce the risk of occurrence of such disturbing phenomena and aims to eliminate the taking into account of parameters not relating to the direction of measurement.
A cet effet, l'un des buts de l'invention est de fournir un dispositif de guidage axial extrêmement précis. To this end, one of the objects of the invention is to provide an extremely precise axial guiding device.
L'invention a également pour but de fournir un dynamomètre compact de haute précision permettant la mesure d'une force selon une direction fixe bien déterminée. The invention also aims to provide a compact high precision dynamometer for measuring a force in a fixed direction well determined.
Le dispositif de guidage proposé comporte au moins deux diaphragmes ou membranes percés suseptibles de déformations élastiques et possédant chacun un axe central. Ces diaphragmes sont reliés d'une part à un bâti fixe sur leur rebord externe et d'autre part à un organe central sur le rebord interne de leur orifice central, les courbes définies par lesdits rebords interne et externe étant coaxiales. I1 s'ensuit que l'organe central se trouve guidé de façon précise, lorsqu'une force lui est appliquée, en translation selon la direction définie par les axes centraux des diaphragmes, les composantes transversales de la force n'intervenant pratiquement pas dans la déformation des diaphragmes. The proposed guide device comprises at least two diaphragms or drilled membranes susceptible of elastic deformation and each having a central axis. These diaphragms are connected on the one hand to a fixed frame on their external rim and on the other hand to a central member on the internal rim of their central orifice, the curves defined by said internal and external rims being coaxial. It follows that the central organ is precisely guided, when a force is applied to it, in translation in the direction defined by the central axes of the diaphragms, the transverse components of the force practically not intervening in the deformation of the diaphragms.
On conçoit que ce dispositif de guidage s'applique tout particulièrement à un dynamomètre ou les diaphragmes constituent un dispositif de montage élastique tandis que l'organe central sert d'organe récepteur de charge. Dans ce cas des moyens de mesure sensibles à la déformation des diaphragmes permettent d'atteindre la composante axiale de la force appliquée. It will be appreciated that this guide device applies very particularly to a dynamometer where the diaphragms constitute an elastic mounting device while the central member serves as a load receiving member. In this case, measurement means sensitive to the deformation of the diaphragms make it possible to reach the axial component of the applied force.
Plus précisément, les diaphragmes présentent une haute élasticité axiale et une grande rigidité transversale. More specifically, the diaphragms have a high axial elasticity and a great transverse rigidity.
On comprend que l'empilement de plusieurs diaphragmes permet de constituer une suspension élastique de l'organe récepteur ne travaillant que dans la direction déterminée par l'axe des orifices tandis que les composantes obliques ou transversales à cet axe sont transmises au bâti sans être comptabilisées dans la mesure.It is understood that the stacking of several diaphragms makes it possible to constitute an elastic suspension of the receiving member working only in the direction determined by the axis of the orifices while the oblique or transverse components to this axis are transmitted to the frame without being counted insofar.
Selon une autre caractéristique les diaphragmes comportent, au voisinage de l'un au moins de leurs rebords interne et externe, une ou plusieurs rainures généralement parallèles à ce rebord. According to another characteristic, the diaphragms comprise, in the vicinity of at least one of their internal and external edges, one or more grooves generally parallel to this edge.
De préférence, les diaphragmes sont constitués de plaques métalliques annulaires en regard et sont perpendiculaires à ltaxe de l'organe récepteur. Preferably, the diaphragms are made up of annular metal plates facing each other and are perpendicular to the axis of the receiving member.
Selon un mode de réalisation préférentiel les diaphragmes sont fixés par encastrement au bâti et à l'organe récepteur. According to a preferred embodiment, the diaphragms are fixed by embedding to the frame and to the receiving member.
Plus précisément, les encastrements sont réalisés au moyen de manchons entretoises cylindriques disposés entre les diaphragmes respectivement sur le bâti et sur l'organe récepteur, des organes de serrage et des butées correspondantes étant prévus sur l'organe récepteur et sur le bâti pour le montage des diaphragmes. More specifically, the embedding is carried out by means of cylindrical spacer sleeves disposed between the diaphragms respectively on the frame and on the receiving member, clamping members and corresponding stops being provided on the receiving member and on the frame for mounting. diaphragms.
De façon préférentielle, les moyens de mesure comportent une électrode fixée au bâti et une électrode mobile solidaire de l'organe récepteur, définissant entre elles un condensateur dont la capacité en relation avec le déplacement dudit organe représente la force appliquée. Cette force est équilibrée par la déformation de flexion du diaphragme, il n'y donc pas l'effet adiabatique qui est un handicap commun à tous les dynamomètres utilisant des capteurs de déplacement. Preferably, the measuring means comprise an electrode fixed to the frame and a movable electrode secured to the receiving member, defining between them a capacitor whose capacity in relation to the movement of said member represents the force applied. This force is balanced by the flexural deformation of the diaphragm, so there is no adiabatic effect which is a handicap common to all dynamometers using displacement sensors.
Avantageusement, les électrodes sont constituées de plaques conductrices annulaires munies d'un orifice de passage de l'organe récepteur, l'électrode fixe étant maintenue par rapport au bâti entre deux entretoises et l'électrode mobile étant solidaire d'une entretoise centrale de l'organe récepteur. Advantageously, the electrodes consist of annular conductive plates provided with a orifice for passage of the receiving member, the fixed electrode being held relative to the frame between two spacers and the mobile electrode being integral with a central spacer of the 'receiving organ.
Dans ce cas, la conformation spécifique avec diaphragmes permet de réaliser d'emblée une fermeture hermétique du dynamomètre. In this case, the specific conformation with diaphragms makes it possible to immediately seal the dynamometer.
Selon une variante, les électrodes sont portées par deux diaphragmes adjacents. According to a variant, the electrodes are carried by two adjacent diaphragms.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-dessous étayée par les dessins sur lesquels:
- la figure 1 représente une section droite schématique, selon la ligne I-I de la figure 2, d'un dynamomètre selon l'invention,
- la figure 2 montre une coupe selon la ligne II-II de la figure 1,
- la figure 3 montre une coupe partielle d'une variante de réalisation, et
- la figure 4 montre une coupe partielle d'une autre variante selon l'invention.The present invention will be better understood on reading the description below supported by the drawings in which:
FIG. 1 represents a schematic cross section, along line II of FIG. 2, of a dynamometer according to the invention,
FIG. 2 shows a section along line II-II of FIG. 1,
FIG. 3 shows a partial section of an alternative embodiment, and
- Figure 4 shows a partial section of another variant according to the invention.
Le dynamomètre représenté comporte comme bâti un potenveloppe 100 de forme cylindrique à base circulaire muni intérieurement à sa partie supérieure d'un épaulement 102 formant butée et à sa partie inférieure d'un filetage femelle 104. Un alésage transversal 106, dont l'utilisation sera précisée ciaprès, est en outre percé dans la paroi de ce pot. Au niveau de l'épaulement 102 est positionné un diaphragme supérieur 110, de forme annulaire, comportant un orifice central 116. La périphérie de ce diaphragme définit une courbe circulaire dont le diamètre correspond à l'alésage interne du pot 100. De ce fait, les contours du rebord interne de l'orifice 116 et du rebord externe réalisent deux cercles concentriques par le centre desquels passe un axe central matérialisé par la flèche 196.Afin d'améliorer l'élasticité axiale de ce diaphragme, on a formé une rainure circulaire interne 112 et périphérique 114 sur la face inférieure de la plaque métallique qui constitue ce diaphragme. The dynamometer shown comprises as a frame a potenvelope 100 of cylindrical shape with circular base provided internally at its upper part with a shoulder 102 forming a stop and at its lower part with a female thread 104. A transverse bore 106, the use of which will be specified below, is further drilled in the wall of this pot. At the shoulder 102 is positioned an upper diaphragm 110, of annular shape, comprising a central orifice 116. The periphery of this diaphragm defines a circular curve whose diameter corresponds to the internal bore of the pot 100. As a result, the contours of the internal rim of the orifice 116 and of the external rim form two concentric circles through the center of which passes a central axis materialized by the arrow 196. In order to improve the axial elasticity of this diaphragm, a circular groove has been formed internal 112 and peripheral 114 on the underside of the metal plate which constitutes this diaphragm.
De façon analogue, un diaphragme inférieur 120 est disposé à la partie inférieure du pot-enveloppe. Ce diaphragme comporte un orifice central 126,aligné sur l'orifice 116,ainsi que deux rainures interne 122 et périphérique 124 formées sur sa face supérieure. Deux manchons cylindriques aux dimensions internes du pot enveloppe sont disposés à l'intérieur de celuici. Le manchon entretoise supérieur 130 vient au contact du rebord périphérique du diaphragme supérieur 110 tandis que sa partie inférieure est au contact d'une plaque annulaire 200 constituant ou supportant une électrode fixe. Cette plaque est pourvue d'un orifice central 202 plus large que ceux des diaphragmes.Le manchon inférieur 140, qui présente un alésage 142 venant en regard de l'alésage 106 du pot, est par son extrémité supérieure au contact de la face inférieure de l'électrode 200, tandis que son extrémité inférieure est au contact du rebord externe supérieur du diaphragme inférieur 120. Une bague de serrage filetée 150 vient coopérer avec le filetage 104 et permet le serrage d'ensemble du diaphragme supérieur 110, du manchon supérieur 130, de l'électrode 200 et du diaphragme inférieur 120 en butée contre l'épaulement 102. On constate que les diaphragmes supérieur et inférieur se trouvent ainsi encastrés dans le pot enveloppe, perpendiculairement à son axe. Similarly, a lower diaphragm 120 is arranged at the lower part of the pot-envelope. This diaphragm comprises a central orifice 126, aligned with the orifice 116, as well as two internal grooves 122 and peripheral 124 formed on its upper face. Two cylindrical sleeves with the internal dimensions of the envelope pot are arranged inside this. The upper spacer sleeve 130 comes into contact with the peripheral rim of the upper diaphragm 110 while its lower part is in contact with an annular plate 200 constituting or supporting a fixed electrode. This plate is provided with a central orifice 202 wider than those of the diaphragms. The lower sleeve 140, which has a bore 142 facing the bore 106 of the pot, is by its upper end in contact with the lower face of the electrode 200, while its lower end is in contact with the upper external edge of the lower diaphragm 120. A threaded clamping ring 150 cooperates with the thread 104 and allows the overall tightening of the upper diaphragm 110, of the upper sleeve 130 , of the electrode 200 and of the lower diaphragm 120 in abutment against the shoulder 102. It can be seen that the upper and lower diaphragms are thus embedded in the envelope pot, perpendicular to its axis.
L'organe récepteur de charge est essentiellement constitué d'une tige filetée 160, munie d'une tete plate 162 présentant un épaulement 164. Seule la partie inférieure de la tige porte un filétage mâle 166. Un manchon cylindrique entretoise central 170 est adapté pour coulisser autour de la tige filetée 160. On remarque que le diamètre de la tige correspond à celui des orifices 116 et 126 des deux diaphragmes et que ces orifices sont bien entendu alignés. The load receiving member essentially consists of a threaded rod 160, provided with a flat head 162 having a shoulder 164. Only the lower part of the rod carries a male thread 166. A cylindrical sleeve central spacer 170 is suitable for slide around the threaded rod 160. It is noted that the diameter of the rod corresponds to that of the orifices 116 and 126 of the two diaphragms and that these orifices are of course aligned.
Un écrou 190 coopérant avec une rondelle 180 d'étanchélté vient s'adapter sur le filetage 166 et permet le serrage d'ensemble des rebords internes des diaphragmes 110 et 120 sur l'organe récepteur. Bien entendu, pour le parallélisme des deux diaphragmes, la longueur du manchon 170 correspond à la somme de celle du manchon 130 et du manchon 140 plus celle de 11 électrode fixe 200 dont l'orifice central 202 permet le passage du manchon 170 et de la tige 160. On constate que le serrage de l'écrou 190 permet un encastrement du diaphragme supérieur entre l'épaulement 164 et l'extrémité supérieure du manchon 170 et du diaphragme inférieur entre l'extrémité inférieure dudit manchon et la rondelle 180. Un bouton d'appui 195, de forme convexe, vient se fixer sur la tête 162 par exemple par emmanchement à force.Ce bouton est destiné à recevoir les forces appliquées selon la flèche 196 qui matérialise la direction de mesure ainsi que l'axe du dispositif. Un manchon support 220 présentant un alésage central 222 est solidaire du manchon entretoise 170 qu'il entoure, par exemple par collage au niveau de cet alésage. A la partie supérieure de ce manchon support est fixée une électrode mobile 210 sous la forme d'une plaque métallique annulaire présentant un orifice central 212 de passage du manchon 170. Les deux électrodes 200 et 210, en regard, constituent un condensateur alimenté par deux fils d'électrode 232, 234, reunis dans une gaine protectrice 230. A nut 190 cooperating with a sealing washer 180 fits over the thread 166 and allows the overall tightening of the internal edges of the diaphragms 110 and 120 on the receiving member. Of course, for the parallelism of the two diaphragms, the length of the sleeve 170 corresponds to the sum of that of the sleeve 130 and of the sleeve 140 plus that of 11 fixed electrode 200 whose central orifice 202 allows the passage of the sleeve 170 and the rod 160. It can be seen that the tightening of the nut 190 allows an embedding of the upper diaphragm between the shoulder 164 and the upper end of the sleeve 170 and of the lower diaphragm between the lower end of said sleeve and the washer 180. A button support 195, of convex shape, is fixed on the head 162 for example by force fitting. This button is intended to receive the forces applied according to arrow 196 which materializes the direction of measurement as well as the axis of the device. A support sleeve 220 having a central bore 222 is integral with the spacer sleeve 170 which it surrounds, for example by bonding at the level of this bore. At the upper part of this support sleeve is fixed a movable electrode 210 in the form of an annular metal plate having a central orifice 212 for passage of the sleeve 170. The two electrodes 200 and 210, facing each other, constitute a capacitor supplied by two electrode wires 232, 234, united in a protective sheath 230.
Celle-ci coopère avec un joint de traversée étanche 240 à collerette qui traverse les alésages 142 et 106 du manchon inférieur et du pot-enveloppe.The latter cooperates with a leak-tight sealing joint 240 with a flange which passes through the bores 142 and 106 of the lower sleeve and of the pot-envelope.
Les électrodes peuvent également être constituées de deux, ou plus, tubes concentriques selon la figure 3; un tube etant solidaire du manchon 170 et l'autre solidaire de l'enveloppe par la plaque 200. La variation de capacité depend alors des surfaces en regard, donc du déplacement du manchon par rapport à l'enveloppe. The electrodes can also consist of two or more concentric tubes according to FIG. 3; one tube being integral with the sleeve 170 and the other integral with the envelope by the plate 200. The variation in capacity then depends on the facing surfaces, therefore on the displacement of the sleeve relative to the envelope.
Suivant la figure 4, la variation capacité peut aussi être obtenue par la variation du diélectrique 250, constitué par un tube s'insérant entre deux tubes concentriques qui sont les électrodes, solidaires par un matériau isolant 251. According to FIG. 4, the capacity variation can also be obtained by the variation of the dielectric 250, constituted by a tube inserted between two concentric tubes which are the electrodes, secured by an insulating material 251.
I1 est clair que l'application d'une force selon la flèche 196, qui matérialise la direction d'axe des orifices 116 et 126, provoque la descente de l'organe récepteur central constitué par le bouton 195 et la tige 160 à laquelle sont adjoints le manchon central 170, l'écrou 190 et la rondelle 180. I1 is clear that the application of a force according to arrow 196, which materializes the axis direction of the orifices 116 and 126, causes the descent of the central receiving member constituted by the button 195 and the rod 160 to which are add the central sleeve 170, the nut 190 and the washer 180.
Le dispositif est en équilibre lorsque les forces de réaction élastique engendrées par les déformations des diaphragmes supérieur et inférieur équilibrent la force appliquée. On voit donc que les deux diaphragmes constituent un système à corps d'epreuve élastique déformable assurant un guidage vertical sans possibilité de décalage latéral dans la mesure où les pièces ci-dessus répertoriées ont été convenablement usinées aux cotes voulues. Ce déplacement vertical entraine un éloignement de l'électrode mobile et donc une variation de la capacité du condensateur réalisé à l'intérieur du dynamomètre. Cette variation de capacité représente de façon précise et fidèle la composante verticale de la force appliquée bouton d'appui et peut être utilisée de toute manière connue.The device is in equilibrium when the elastic reaction forces generated by the deformations of the upper and lower diaphragms balance the applied force. It can therefore be seen that the two diaphragms constitute a system with a deformable elastic proof body ensuring vertical guidance without the possibility of lateral offset insofar as the parts listed above have been suitably machined to the desired dimensions. This vertical movement causes the moving electrode to move away and therefore to vary the capacitance of the capacitor produced inside the dynamometer. This variation in capacity accurately and faithfully represents the vertical component of the force applied to the push button and can be used in any known manner.
La fermeture hermétique du dynamomètre présente de son côté des avantages évidents d'étanchélté, et de protection des organes de mesure. Hermetic closure of the dynamometer, on the other hand, has obvious advantages of sealing and protection of the measuring devices.
En outre, il est clair que les composantes transversales des forces sont reprises par les diaphragmes et n'influent que peu sur le résultat de la mesure pourvu que le déplacement induit de l'organe récepteur soit peu important. A cet effet, "la constante de raideur" de la suspension réalisée au moyens des diaphragmes peut être avantageusement modulée en influant sur le matériau qui les constitue ou en utilisant une pluralité de tels diaphragmes (deux seulement sont nécessaires pour un bon guidage de l'organe récepteur comme représenté). Afin d'augmenter la souplesse axiale de ces diaphragmes, les rainures sont avantageusement disposées à proximité des encastrements; on constate que leur présence n'influe que peu sur la raideur transversale. In addition, it is clear that the transverse components of the forces are taken up by the diaphragms and have little influence on the result of the measurement, provided that the induced displacement of the receiving organ is small. To this end, the "stiffness constant" of the suspension produced by means of the diaphragms can be advantageously modulated by influencing the material of which they are made or by using a plurality of such diaphragms (only two are necessary for good guidance of the receiving organ as shown). In order to increase the axial flexibility of these diaphragms, the grooves are advantageously arranged near the recesses; it can be seen that their presence has little influence on the transverse stiffness.
Selon une autre variante, on pourra avantageusement remplacer le bouton d'appui par un plateau récepteur de charge présentant une excellente tenue pour la mesure des charges excentrées. According to another variant, it is advantageously possible to replace the support button with a load receiving plate having excellent resistance for the measurement of eccentric loads.
On notera que le dynamomètre représenté, qui utilise un principe de mesure par diaphragme pouvant s'appliquer de façon très générale, est tout à fait performant pour mesurer des charges allant jusqu'a quelques dizaines de kilogrammes force. It will be noted that the dynamometer represented, which uses a principle of measurement by diaphragm which can be applied in a very general way, is quite efficient for measuring loads going up to a few tens of kilograms force.
En outre, il est tout à fait possible de faire jouer le rible des électrodes par des diaphragmes conducteurs en regard convenablement isolés, comme cela est le cas pour les deux plaques 200 et 210. In addition, it is quite possible to play the target of the electrodes by suitably insulated conductive diaphragms, as is the case for the two plates 200 and 210.
Enfin, les diaphragmes, le pont-enveloppe et l'organe récepteur peuvent présenter des formes ou contours complémentaires variés, pourvu qu'ils demeurent suffisamment réguliers pour que le guidage axial de l'organe soit assuré. Ainsi on peut par exemple envisager des diaphragmes de contour polygonal régulier. Finally, the diaphragms, the envelope-bridge and the receiving member can have various complementary shapes or contours, provided that they remain sufficiently regular for the axial guidance of the member to be ensured. Thus one can for example consider diaphragms of regular polygonal outline.
Bien entendu, la présente invention décrite à propos d'un mode préférentiel s'étend à toutes les variantes conformes à son esprit. Of course, the present invention described in connection with a preferred mode extends to all the variants in accordance with its spirit.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR7915516A FR2459462A1 (en) | 1979-06-18 | 1979-06-18 | Diaphragm dynamometer for measurement of applied force - has axial guide assembly with capacitive sensor on load shaft |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR7915516A FR2459462A1 (en) | 1979-06-18 | 1979-06-18 | Diaphragm dynamometer for measurement of applied force - has axial guide assembly with capacitive sensor on load shaft |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2459462A1 true FR2459462A1 (en) | 1981-01-09 |
| FR2459462B1 FR2459462B1 (en) | 1982-08-20 |
Family
ID=9226723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2459462A1 (en) |
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