FR2538741A1 - Torque wrench with electrical extensometers - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne d'une façon générale les clés dynamométriques et elle est plus particulièrement relative à une clé dynamométrique à extensomètres électriques perfectionnée. The present invention relates generally to torque wrenches and it relates more particularly to a torque wrench with improved electrical strain gauges.
On connait déjà dans la technique de nombreux types de clés dynamométriques dont la plupart fonctionnent sur des principes mécaniques. Numerous types of torque wrenches are already known in the art, most of which operate on mechanical principles.
On connaît par ailleurs des clés dynamométriques fonctionnant sur un principe électrique et notamment celle décrite dans US-A- 4.006.629 qui décrit une clé dy namométrique à extensomètres électriques. Torque keys are also known which operate on an electrical principle and in particular that described in US-A-4,006,629 which describes a dynamometric key with electric extensometers.
La clé décrite dans ce document utilise un barreau élastique dont une extrémité est solidaire d'une tête d'entraînement et dont l'autre extrémité est solidaire d'un bras de commande. The key described in this document uses an elastic bar, one end of which is secured to a drive head and the other end of which is secured to a control arm.
L'indication du couple exerce cgest-à-dire la flexion du barreau est fournie par la mesure, prise en deux points espacés sur ledit barreau, de la flexion de ce dernier, cette flexion étant mesurée au moyen de deux paires d'extensomètres qui sont intercalés dans un circuit en pont de Wheatstone dont la sortie est appliquée à un dispositif d'affichage-.La sensibilité de chacun des extensomètres est en proportion inverse de sa distance par rapport à l'axe de la tête d'entraînement et, pour compenser les effetsdesvariationsdetempérature, ces extensometres sont montés par paires. The indication of the torque exerts cgest ie the bending of the bar is provided by the measurement, taken at two spaced points on said bar, of the bending of the latter, this bending being measured by means of two pairs of extensometers which are inserted in a Wheatstone bridge circuit, the output of which is applied to a display device. The sensitivity of each of the extensometers is in inverse proportion to its distance from the axis of the drive head and, for compensate for the effects of temperature variations, these extensometers are mounted in pairs.
Dans une telle clé, la tête d'entraînement étant solidaire du barreau élastique, la distance entre l'axe de rotation de la tête et chacune des deux paires d'extensomètres est fixe. En conséquence, pour pouvoir être utilisée sur des organes à serrer de dimensions différentes, la tête d'entraînement de cette clé est une tête à cliquet comportant un carré conducteur sur lequel peuvent être adaptées des douilles de différentes dimensions. In such a key, the drive head being integral with the elastic bar, the distance between the axis of rotation of the head and each of the two pairs of extensometers is fixed. Consequently, in order to be able to be used on tightening members of different dimensions, the drive head of this key is a ratchet head comprising a conductive square on which sockets of different dimensions can be adapted.
L'agencement du barreau et des-extensomètres ne convient donc que pour une seule position de la tête d'entraînement et ne permet aucun réglage d'adaptation si l'on veut monter à la place de la tête à cliquet une autre tête de forme et de longueur différentes,
En conséquence, la clé dynamométrique décrite dans ce document implique l'utilisation de quatre extensomètres de caractéristiques différentes, ce qui complique la fabrication , est coûteux et présente en outre des limitations en ce qui concerne son utilisation.The arrangement of the rod and extensometers is therefore only suitable for a single position of the drive head and does not allow any adjustment adjustment if one wants to mount in place of the ratchet head another shaped head and of different length,
Consequently, the torque wrench described in this document involves the use of four extensometers of different characteristics, which complicates manufacture, is costly and also has limitations as regards its use.
L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en réalisant une clé dynamométrique à extensomètres électriques de construction simple et peu coûteuse, mesurant et affichant la mesure exacte du couple exercé autour de l'axe de la pièce à serrer, quel que soit la position de la main de l'operateur sur le manche de la clé et quel que soit le couple qu'il peut éventuellement exercer lui-même sur la poignée de la clé. The object of the invention is to remedy these drawbacks by producing a torque wrench with electric extensometers of simple and inexpensive construction, measuring and displaying the exact measurement of the torque exerted around the axis of the part to be clamped, whatever the position of the operator's hand on the handle of the key and whatever torque he may possibly exert himself on the handle of the key.
L'invention a également pour but de réaliser une clé dynamométrique du type ci-dessus, dans laquelle la tête d'entraînement peut être remplacée par une autre tête de forme et de longueur différentes en conservant l'exactitude des mesures obtenues, au moyen d'un réglage simple déterminé en fonction de la longueur de la tete d'entraînement utilisée. Another object of the invention is to produce a torque wrench of the above type, in which the drive head can be replaced by another head of different shape and length while maintaining the accuracy of the measurements obtained, by means of '' a simple adjustment determined according to the length of the drive head used.
L'invention a pour objet à cet effet une clé dynamométrique électrique du type comprenant un barreau élastique relié à la tête d'entraînement, portant des extensomètres situés à des distances différentes de l'axe de rotation de la tête et reliés à un circuit en pont de Wheatstone, caractérisée en ce que ledit barreau est articulé sur un manche au moyen de deux axes parallè lesàl'axe de I'axe de rotation de la tête le premier de ces axes étant espacé dudit axe de rotation d'une distance a, le second axe étant espacé du premier d 'une distance b,au moins deux extensomètres solidaires du barreau ayant des carac téristiques identiques étant disposés l'un entre le premier axe d'articulation et ledit axe de rotation a une distance x de ce dernier, et le second extensomètre étant disposé entre ledit premier et ledit second axes d'articulation à une distance I de ce dernier, de telle sorte que x
y
Suivant une autre caractéristique de l'invention ledit barreau comporte à son extrémité opposée audit manche des moyens adaptés pour recevoir de façon amovible des têtes d'entraînement de forme et de longueurs différentes.The subject of the invention is to this end an electric torque wrench of the type comprising an elastic bar connected to the drive head, carrying extensometers located at different distances from the axis of rotation of the head and connected to a circuit in Wheatstone bridge, characterized in that said bar is articulated on a handle by means of two axes parallel to the axis of the axis of rotation of the head, the first of these axes being spaced from said axis of rotation by a distance a, the second axis being spaced from the first by a distance b, at least two extensometers integral with the bar having identical characteristics being arranged one between the first axis of articulation and said axis of rotation at a distance x from the latter, and the second extensometer being disposed between said first and said second axes of articulation at a distance I from the latter, so that x
y
According to another characteristic of the invention, said bar comprises at its end opposite to said handle means adapted to removably receive drive heads of different shape and length.
Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, l'un au moins desdits axes d'articulation est réglable par rapport l'autre. According to yet another characteristic of the invention, at least one of said articulation axes is adjustable relative to the other.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre faite en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels
- la Fig. 1 est une vue en perspective d'une clé dynamométrique suivant l'invention portant une tete du type classique;
- les Fig. 2, 3 et 4 montrent trois autres têtes de différentes formes et longueurs pouvant être utilisées avec la clé représentée à la Fig. 1;
- la Fig. 5 est une vue schématique partielle en coupe d'une clé suivant l'invention;
- la Fig; 6 est une vue analogue à celle de la Fig. 5 montrant la même clé pourvue d'une tête de lontueur différente et réglée pour l'utilisation de cette tête;
- la Fig. 7 est un schéma expliquant le principe de fonctionnement de la clé dynamométrique suivant l'invention;
-.la Fig. 8 est le schéma du circuit en pont de Wheatstone utilisé suivant l'invention.Other characteristics and advantages of the invention will emerge during the description which follows, given with reference to the appended drawings given solely by way of example and in which
- Fig. 1 is a perspective view of a torque wrench according to the invention carrying a head of the conventional type;
- Figs. 2, 3 and 4 show three other heads of different shapes and lengths which can be used with the key shown in FIG. 1;
- Fig. 5 is a partial schematic sectional view of a key according to the invention;
- Fig; 6 is a view similar to that of FIG. 5 showing the same key provided with a head of different length and adjusted for the use of this head;
- Fig. 7 is a diagram explaining the operating principle of the torque wrench according to the invention;
- Fig. 8 is the diagram of the Wheatstone bridge circuit used according to the invention.
En se référant aux dessins, la clé désignée dans son ensemble par la référence 1 comporte un manche constitué par un tube cylindrique creux 2 dans lequel est disposé avec jeu un barreau élastique 3 ayant en section une forme rectangulaire de dimensions constantes sur toute sa longueur. Referring to the drawings, the key designated as a whole by the reference 1 comprises a handle constituted by a hollow cylindrical tube 2 in which is disposed with clearance an elastic bar 3 having in section a rectangular shape of constant dimensions over its entire length.
A son extrémité faisant saillie du tube 2, le barreau élastique 3 comporte un logement 4 dans lequel est disposée amovible une tête d'entraînement 5. At its end projecting from the tube 2, the elastic bar 3 comprises a housing 4 in which a drive head 5 is removably arranged.
Le barreau élastique 3 est articulé par rapport au tube 2 au moyen de deux-axes amovibles 6, 7 qui s'étendent à travers le tube 2 et le barreau 3 dans des trous 8 et 9 de ce dernier (Fig. 5 et 7). The elastic bar 3 is articulated relative to the tube 2 by means of two removable axes 6, 7 which extend through the tube 2 and the bar 3 in holes 8 and 9 of the latter (Fig. 5 and 7) .
Les axes 6, 7 sont parallèles à l'axe de rotation 0 de la tête 5. The axes 6, 7 are parallel to the axis of rotation 0 of the head 5.
En se reportant aux Fig. 5 et 6, des cales d'épaisseur 10, 11 sont disposées entre le barreau 3 et la surface intérieure du tube extérieur 2 afin de maintenir le barreau 3 à l'intérieur du tube. Une garniture élastique 12 est disposée autour du barreau 3, dans l'ouverture du tube 2. Referring to Figs. 5 and 6, shims of thickness 10, 11 are arranged between the bar 3 and the inner surface of the outer tube 2 in order to hold the bar 3 inside the tube. An elastic seal 12 is placed around the bar 3, in the opening of the tube 2.
En se référant à la Fig. 7, un premier axe d'articulation 6 représenté schématiquement est espacé de l'axe de rotation 0 de la tête 5 d'une distance a et le second axe d'articulation 7 représenté schématiquement est espacé du premier axe d'articulation 6 d'une distance b. Referring to FIG. 7, a first articulation axis 6 shown diagrammatically is spaced from the axis of rotation 0 of the head 5 by a distance a and the second articulation axis 7 shown diagrammatically is spaced from the first articulation axis 6 d ' a distance b.
Une mince plaque isolante allongéel3portant à chacune de ses extrémités un extensomètre 14, 15 formé et câblé directement sur elle est fixée rigidement sur une paroi latérale du barreau 3, dans un plan parallèle à celui contenant les axes d'articulation 6, 7 et l'axe d'articulation 0 de la tête d'entraînement 5 , an sorte qu'elle subit les déformations du barreau. A thin elongated insulating plate 3 carrying at each of its ends an extensometer 14, 15 formed and wired directly on it is rigidly fixed on a side wall of the bar 3, in a plane parallel to that containing the axes of articulation 6, 7 and the articulation axis 0 of the drive head 5, so that it undergoes the deformations of the bar.
La plaquette 13 portant les extensomètres est fixee sur le barreau 3 de telle manière que, comme représenté à la Fig. 7, le premier extensomètre~l4 soit situé entre le premier axe d'articulation 6 et l'axe de rotation 0 de la tête 5 à une distance x de cet axe, le second extensomètre 15-étant situé entre le premier axe d'articulation 6 et le second axe d'articulation 7 à une distance y de ce dernier. L'agencement étant tel a b que x = y --
Les deux extensomètres 14, 15 ont des caractéristiques identiques de résistance et de sensibilité aux déformations èt à la température.The plate 13 carrying the extensometers is fixed to the bar 3 so that, as shown in FIG. 7, the first extensometer ~ l4 is located between the first articulation axis 6 and the axis of rotation 0 of the head 5 at a distance x from this axis, the second extensometer 15-being located between the first articulation axis 6 and the second articulation axis 7 at a distance y from the latter. The arrangement being such ab that x = y -
The two extensometers 14, 15 have identical characteristics of resistance and sensitivity to deformation and to temperature.
Les deux extensomètres 14 et 15 sont reliés dans un-circuit en pont de Wheatstone tel que représenté à la Fig. 8. Ce circuit comporte une source de tension 16 et deux résistances d'équilibrage 17, 18 dont la jonction est reliée à une entrée d'un amplificateur 19 à gain réglable tandis que la jonction des extensomètres 14 et 15 est reliée à la seconde entrée de cet amplifiteur. Suivant l'exemple représenté, la sortie de l'amplificateur 19 est reliée par un conducteur 20 à un dispositif de mesure ou d'affichage 21. The two extensometers 14 and 15 are connected in a Wheatstone bridge circuit as shown in FIG. 8. This circuit includes a voltage source 16 and two balancing resistors 17, 18 whose junction is connected to an input of an amplifier 19 with adjustable gain while the junction of the extensometers 14 and 15 is connected to the second input of this amplifier. According to the example shown, the output of the amplifier 19 is connected by a conductor 20 to a measurement or display device 21.
On décrira maintenant le fonctionnement de la clé suivant l'invention en se référant plus particulièrement à la Fig. 7. The operation of the key according to the invention will now be described with particular reference to FIG. 7.
La tête d'entraînement d'axede rotation O est soumise à un couple Co et à l'effort F en réaction sur elle du couple et de l'effort qu'elle exerce sur la pièce à serrer. The axis of rotation drive head O is subjected to a torque Co and to the force F in reaction on it of the torque and the force which it exerts on the part to be clamped.
Il en résulte, aux points X et A, d'abscisses x et a par rapport au point 0, correspondant- respective- ment aux emplacements de l'extensomètre 14et de l'axe 6, des couples Cx=Co FRxg et R=CO - F.a, respectivement
Le couple q- F.a ainsi créé au point A, crée au niveau de l'axe 9 une force
Co - F.a
b
Cette force, à son tour crée en Y un couple
Cy = (CO - F.a) Y
b
En rapprochant ces équations, on trouve
1
Co = y(a-x) (a.y.Cx - b.x.cy)
et si : a = b
x y
cette relation se simplifie Co = a (Cx - Cy) qui signifie que, sous la condition que la proportion a = b soit respectée, le couple exercé en O se déduit de x y la différence Cx - Cy des couples respectivement mesurés
a en X et Y par une multiplication par un facteur a-x .The result is, at points X and A, of abscissa x and a with respect to point 0, corresponding respectively to the locations of the extensometer 14 and of axis 6, of the pairs Cx = Co FRxg and R = CO - Fa, respectively
The couple q- Fa thus created at point A, creates at the level of axis 9 a force
Co - Fa
b
This force, in turn creates in Y a couple
Cy = (CO - Fa) Y
b
By comparing these equations, we find
1
Co = y (ax) (ayCx - bxcy)
and if: a = b
xy
this relation is simplified Co = a (Cx - Cy) which means that, under the condition that the proportion a = b is respected, the couple exerted in O is deduced from xy the difference Cx - Cy of the couples respectively measured
a in X and Y by a multiplication by a factor ax.
I1 en découle que sous la condition indiquée a = b , les sections et l'élasticité du barreau étant iden-
x y tiques en X et Y, le couple exercé en 0 est proportionnel à la différence des allongements (ou compressions)en X et
Y. I1 devient donc possible d'utiliser deux extensomètres identiques de même sensibilité.It follows from this that under the condition indicated a = b, the sections and the elasticity of the bar being identical
xy ticks in X and Y, the torque exerted at 0 is proportional to the difference in elongations (or compressions) in X and
Y. It therefore becomes possible to use two identical extensometers of the same sensitivity.
Le signal de sortie du circuit en pont de la
Fig. 8 est donc proportionnel au couple CO. The output signal from the bridge circuit of the
Fig. 8 is therefore proportional to the couple CO.
Si l'on désire remplacer la tête 5 par une tête telle que 23, 25 ou 26 ayant une longueur différente, par exemple supérieure à celle de la tête 5, et ayant un axe de rotation 1' l'abscisse de ce nouvel axe de rotation est espacée de l'axe de la tête 5 d'une longueur supplémentaire e de telle sorte que pour conserver la proportionnalité de la tension de sortie du circuit en pont par rapport au couple C, il sera nécessaire de déplacer au moins l'un des axes d'articulation 6, 7, par exemple l'axe 7, en le reportant dans un autre trou 24 d'abscisse b + d tel que : b + d = a + e, y + d x + e
Suivant l'exemple représenté, a et b étant égaux ainsi que x et y, on a donc d = e.If one wishes to replace the head 5 by a head such as 23, 25 or 26 having a different length, for example greater than that of the head 5, and having an axis of rotation 1 ′ the abscissa of this new axis of rotation is spaced from the axis of the head 5 by an additional length e such that to maintain the proportionality of the output voltage of the bridge circuit with respect to the torque C, it will be necessary to move at least one articulation axes 6, 7, for example axis 7, by transferring it into another hole 24 on the abscissa b + d such that: b + d = a + e, y + dx + e
According to the example shown, a and b being equal as well as x and y, we therefore have d = e.
Pour retrouver non seulement une lecture proportionnelle, mais également une valeur exacte du couple C appliqué, il est nécessaire de régler le gain de l'amplification au moyen de l'amplificateur variable 19 du circuit représenté la Fig. 8. To find not only a proportional reading, but also an exact value of the torque C applied, it is necessary to adjust the gain of the amplification by means of the variable amplifier 19 of the circuit shown in FIG. 8.
En se référant à la démonstration ci-dessus, on voit que le gain doit être modifié dans le rapport a+e
a
On comprend que grâce au montage avec jeu du barreau 3 dans le tube extérieur 2 dans lequel il est maintenu par les entretoises 10 et 11, les axes 6 et 7 agissant comme des axes d'articulation, quel que soit l'effort exercé par la main de l'utilisateur et le point d'application de cet effort sur émanche de la clé, les variations mesurées par les extensomètres 14 et 15 combinées dans le circuit en pont donneront toujours une valeur exacte du couple exercé sur la pièce à serrer.By referring to the demonstration above, we see that the gain must be modified in the ratio a + e
at
We understand that thanks to the mounting with clearance of the bar 3 in the outer tube 2 in which it is held by the spacers 10 and 11, the axes 6 and 7 acting as articulation axes, regardless of the force exerted by the hand of the user and the point of application of this force on the edge of the key, the variations measured by the extensometers 14 and 15 combined in the bridge circuit will always give an exact value of the torque exerted on the part to be tightened.
On comprend également que ce mode de mon
tage permet de prévoir l'utilisation au moyen de la clé
suivant l'invention de différentes têtes d'entratne- ment adaptées pour être ajustées dans le logement 4, ces
têtes pouvant avoir des longueurs différentes et le
tube extérieur 2 et le barreau 3 pouvant comporter une
série de trous complémentaires 24 comme représenté à
la Fig. 1 pour recevoir l'axe 7, les positions des
trous étant désignées par des repère correspondant
aux différentes têtes pouvant êtré utilisées.We also understand that this mode of my
tage allows to foresee the use by the key
according to the invention of different drive heads adapted to be adjusted in the housing 4, these
heads can have different lengths and the
outer tube 2 and the bar 3 may include a
series of complementary holes 24 as shown in
Fig. 1 to receive axis 7, the positions of
holes being designated by corresponding marks
to the different heads that can be used.
De preférence, comme représenté en trait.inter-
rompu en 27 à la Fig. 7, le trou du barreau dans le quel est disposé l'axe 6 présente une forme allongée dans le sens longitudinal pour éviter toute application de contraintes axiales au niveau de l'axe 6, lors de la flexion du barreau 3. Si on le désire, cet allongement ?eut être prévu dans les trous corres,paloant du tube extérieur 2.Preferably, as shown in line.
broken at 27 in FIG. 7, the hole of the bar in which the axis 6 is arranged has an elongated shape in the longitudinal direction to avoid any application of axial stresses at the level of the axis 6, during the bending of the bar 3. If desired , this extension could have been provided in the corresponding holes, paloant of the outer tube 2.
On remarquera enfin que, si on désire doubler la sensibilité de la clé, on peut également monter une seconde plaquette 13a portant des extensomètres 14a et 15a comme représenté en trait interrompu à la Fig. 7. Finally, it will be noted that, if it is desired to double the sensitivity of the key, it is also possible to mount a second plate 13a carrying extensometers 14a and 15a as shown in broken lines in FIG. 7.
I1 ressort de ce qui précède que l'invention permet de réaliser de façon simple une clé dynamométrique à extensomètres électriques n'utilisant quel deux extensomètres présentant des caractéristiques identiques de résistance et de sensibilité aux déformations et à la température, simplifiant ainsi la construction et abaissant le prix de revient par rapport aux clés connues du même type, la clé suivant l'invention étant en outre susceptible de permettre l'utilisation de têtes de forme et de longueurs différentes. On comprend que dans ce cas, le boîtier 22 peut comporter des graduations correspondant aux valeurs de correction nécessaires du gain de l'amplificateur 19. It is clear from the above that the invention makes it possible to produce in a simple manner a torque wrench with electric extensometers using only two extensometers having identical characteristics of resistance and sensitivity to deformations and to temperature, thus simplifying the construction and lowering the cost price compared to known keys of the same type, the key according to the invention being also capable of allowing the use of heads of different shape and length. It is understood that in this case, the box 22 may include graduations corresponding to the necessary correction values of the gain of the amplifier 19.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8222129A FR2538741A1 (en) | 1982-12-30 | 1982-12-30 | Torque wrench with electrical extensometers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8222129A FR2538741A1 (en) | 1982-12-30 | 1982-12-30 | Torque wrench with electrical extensometers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2538741A1 true FR2538741A1 (en) | 1984-07-06 |
| FR2538741B1 FR2538741B1 (en) | 1985-05-17 |
Family
ID=9280724
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8222129A Granted FR2538741A1 (en) | 1982-12-30 | 1982-12-30 | Torque wrench with electrical extensometers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2538741A1 (en) |
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