FR2561380A1 - Balance electrique a faible perte de puissance - Google Patents

Abstract

POUR REDUIRE DANS UNE BALANCE, OPERANT SUIVANT LE PRINCIPE DE LA COMPENSATION ELECTROMAGNETIQUE DES FORCES, LA PERTE DE PUISSANCE DANS LA BOBINE DE COMPENSATION, ON ADOPTE UN MODE DE FONCTIONNEMENT INTERMITTENT; DES MOYENS DE COMMANDE 21 PEUVENT INTERROMPRE LE PASSAGE DU COURANT DANS LA BOBINE 11, DE SORTE QUE LES PARTIES MOBILES 2 A 9 DE LA BALANCE S'APPLIQUENT ALORS CONTRE UNE DES BUTEES 24 OU 25; CES MOYENS DE COMMANDE 21 SONT ACTIVES PAR L'UNITE DE TRAITEMENT DE SIGNAUX NUMERIQUES 18, LAQUELLE COMPORTE UNE MEMOIRE 20 QUI ENREGISTRE ET INDIQUE LA VALEUR DE POIDS OBTENUE EN DERNIER PENDANT LA DUREE DE COUPURE DU COURANT. APPLICATION: BALANCES OU BASCULES ELECTRIQUES.

Description

La présente invention concerne une balance fonction-

nant suivant le principe de la compensation éleetro-

magnétique des forceset comportant un plateau, un support de plateau, qui est relié à une partie d'appui solidaire du carter - par exemple par deux leviers d'un système de guidage parallèle - avec possibilité de déplacement dans une direction verticale, des butées qui limitent le mouvement du support de plateau dans une direction verticale, un aimant permanent, une bobine parcourue par jj un couurant et placée dans l'entrefer de l'aimant permanent de manière a produire une force antagoniste proportionnelle au poids, un circuit de régulation qui règle le courant passant dans la bobine ainsi qu'une unité de traitement

de signaux numériques.

Des balances de ce type sont généralement connues

A cet égard, il existe aussi bien des formes de réalJ-

satiun dans lesquelles le circuit de régulation fait passer un courant continu, fonction Jde la charge, dans la bobine,

comme cela a été décrit par exemple dans le modèle d'uti-

lité DE 82 30 865.9, que des formes de réalisation dans lesquelles le circuit de régulation envoie dans la bobine des impulsions de courant de haute fréquence d'une largeur fonction de la charge ou bien d'une cadence fonction de la charge, comme cela a été décrit par exemple dans le

brevet DE1 1 94 167.

Un inconvénient rencontré avec ces formes de réali-

sation connues consiste en ce que le passage du courant dans la bobine produit un échauffement du systeme de mesure,

ce qui est très sensible notamment pour des charges élevées.

Cet échauffement limite, pour une grandeur pré-déterminée de l'aimant permanent, la force antagoniste pouvant être

engendree électromagnétiquement.

En outre d'aprèes la demande de brevet allemand DE A-2 038 214, il est connu que, par une courte atténuation du courant de compensation, on peut faire appuyer un

p3iateuz e balance en suspension contre un frein corres-

pendant pour urrEter un mouvement pendulaire du plateau

de balance. Ce moyen utilisé pour un amortissement d'oscil-

lations, ne permet pas une réduction notable de la perte de puissance électrique; en outre, pendant le processus

de freinage du plateau, un poids erroné est indiqué.

L'invention a maintenant pour objet de réduire la perte de puissance électrique du système de compensation

de force pour une force portante identique, ou bien d'aug-

menter la force portante pour une perte de puissance élec-

trique identique.

lB Selon l'invention. ce problème est résolu en ce que, dans une balance du type indiqué ci-dessus, il est prévu des moyens de commande qui peuvent interrompre le passage du courant dans la bobine afin que, lorsque le passage de courant est interrompu, les parties mobiles de la balance viennent s'appliquer contre une des butées, en ce que les moyens de commande sont excités par l'unité de traitement de signaux numériques et en ce qu'il est prévu, dans le châssis de l'unité de traitement de signaux numériques, des moyens de mémorisation qui assurent, pendant la durée d'interruption du passage du courant dans la bobine, la mémorisation de la valeur de poids

obtenue en dernier.

Par rapport aux balances classiques, dans lesquelles

le circuit de régulation de la compensation électromagné-

tique de force(s) assure an permanence un équilibrage de force - à savoir dans la forme de réalisation o des impulsions de courant passent dans la bobine en vue d'établir une valeur moyenne dans le temps en fonction

de l'inertie des parties mobiles de la balance -. confor-

mément d l'invention la cumpensation électromagnétique de force n'est effectuée que pendant une courte durée - par exemple pendant une seconde et ensuite elle est

arrêtée pendant un certain temps. Ainsi, la durée d'inter-

ruption du courant est bien plus longue que le temps de réaction de la balance, de sorte que les parties mobiles viennent se placer contre une des butées en correspondance

à leur répartition de masses.

Avantageusement, le taux d'utilisation de cycle de fonctionnement - c'està-dire le rapport entre la durée

de la période de fonctionnement de la compensation électro-

magnétique de force et de la durée de la période d'inter-

ruption de la compensation électromagnétique de force- est choisi inférieur à l'unité, pour réduire la perte moyenne de puissance au moins de moitiée. De préférence,

lorsqu'on choisit le taux d'utilisation de cycle de fonc-

tionnement à une valeur d'environ 0J1, la perte moyenne

de puissance est ramenée à environ 10 %.

Dans un autre agencement de l'invention, le taux d'utilisation de cycle est commandé en fonction de la

charge par l'unité de traitement de signaux numériques.

Dans le cas d'une faible charge placée sur le plateau de balance, le taux d'utilisation de cycle est choisi par exemple un peu inférieur à l'unité alors que, pour

une charge plus forte, il décroît jusqu'à 0,1. Ainsi, l'influ-

ence de la charge sur la perte de puissance électrique

est considérablement diminuée.

Dans une troisième forme de réalisation. le taux d'utilisation du cycle de fonctionnement est commandé en fonction du signal de sortie d'un capteur de température sur la bobine ou sur l'aimant permanent: dans le cas d'un faible dépassement de température à l'endroit du capteur de température, on choisit un taux d'utilisation de cycle à peu près égal à l'unité, alors que pour un plus grand dépassement de la température, le taux d'utilisation de cycle est ramené graduellement à 0,1. On obtient ainsi

une stabilisation en température du système de mesure.

Dans le cas d'une utilisation plus rare de la balance ou bien pour de faibles charges, on obtient en outre un service presque continu et c'est seulement pour des charges plus fortes et un plus long temps de séjour sur le plateau de balance que le taux d'utilisation de cycle est réduit

par le dépassement plus grand de température qui s'établit.

En outre, l'unité de traitement de signaux numériques peut avantageusement déterminer la durée de la période pendant laquelle le circuit de régulation fonctionne d'après un critère d'immobilisation. En comparant des résultats successifs de mesure provenant d'un système de mesure et qui sont transférés par exemple toutes les 20 ou 100 ms dans l'unité de traitement de signaux numé-

riques. cette unité de traitement de signaux numé-

riques décèle l'état d'immobilisation de la balance

et interrompt alors le circuit de régulation.

La répartition de masses des parties mobiles de la balance est avantageusement choisie de telle sorte que les parties mobiles de la balance viennent toujours s'appliquer en l'absence de la force électromagnétique sur la bobine. - c'est-à-dire indépendamment de la charge

placée sur le plateau de balance - contre la même butée.

Lors de l'enclenchement de la compensation de force, la balance passe alors toujours dans la même direction dans sa position d'équilibre, ce qui permet d'obtenir une

meilleure reproductibilité des résultats.

En outre. il est avantageux que cette butée s'appuie contre le carter par l'intermédiaire d'un élément sensible à une force. Ainsi de plus grandes variations de la charge dans la phase de repos - c'est-à-dire pendant l'interruption de la compensation électromagnétique de force - peuvent alors être décelées- et autoriser l'enclenchement du circuit

de régulation.

L'élément sensible à une force peut par exemple être un élément piezoélectrique. Les éléments présentent l'avantage

que le signal correspondant à des charges préalables cons-

tantes peut être facilement annulé par un court-circuitage de l'élément et qu'ensuite seulement des variations de

charge engendrent un signal de sortie.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

seront mis en évidence dans la suite de la description,

donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexes dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe du système de mesure d'une balance électrique opérant suivant le principe de la compensation électromagnétique des forces et la figure 2 représente à échelle agrandie une butée

du système de mesure de la figure 1.

La balance électrique de la figure 1 se compose d'une partie d'appui 1 solidaire du carter et sur laquelle est fixée de façon mobile, par l'intermédiaire de deux leviers 4 et 5 et des articulations 69 un support 2 de plateau

de balance pouvant se déplacer dans une direction verti-

cale. Le support 2 de plateau de balance porte à sa partie supérieure le plateau 3 destiné à recevoir le produit à peser et il transmet la force correspondant à la masse de ce produit à peser, par l'intermédiaire d'un élément d'accouplement 9 pourvu des parties amincies 12 et 13, au bras court du levier de transmission 7. Le levier de transmission 7 est monté par l'intermédiaire d'une articulation à ressorts croisés 8 sur la partie d'appui 1. Sur le long

bras du levier de transmission 7 agit la force de compen-

sation, qui est produite par une bobine 11 parcourue par un courant et placée dans l'entrefer d'un aimant permanent 10. La grandeur du courant de compensation est réglée, lorsque l'interrupteur 21 est fermé, d'une manière connue.par le capteur de position 16 et par l'amplificateur de réglage 141 de telle sorte qu'un équilibre soit établi

entre le poids du produit à peser et la force électroma-

gnétique de compensation. Le courant de compensation produit dans une résistance de mesure 15 une tension de mesure qui est appliquée à l'entrée de forte valeur ohmique d'un convertisseur analogique/numêrique 17. Le résultat, converti numériquement, est transmis par une unité de traitement de signaux numériques 18 et est affiché dans l'unité d'affichage 19. En outre, il est prévu des butées 20 et 25 qui sont fixées au moyen de la traverse 23 sur la partie d'appui 1 solidaire du carter et qui limite

vers le haut et vers le bas la course du levier de transmis-

sion 7, et par conséquent également la course du support 2

de plateau de balance.

Le microprocesseur 18' de l'unité de traitement Z56138o de signaux numériques 18 commande l'interrupteur 21 par

l'intermédiaire d'un conducteur 22. Ainsi, avant l'ouver-

ture de l'interrupteur 21. initialement la dernière valeur de mesure affichée est transférée dans une mémoire 20, de sorte que cette valeur peut être indiquée sans modifica- tion dans l'affichage 19 pendant le temps o l'interrupteur 21 est ouvert. Lors de l'ouverture de l'interrupteur 21, le courant est interrompu dans la bobine 11 et cette bobine ne produit plus aucune force de compensation. Le rapport l entre les masses des parties mobiles 2 à 9 et le rapport de transmission du levier 7 sont choisis de telle sorte que le levier de transmission 7 s'applique, déjà lorsqu'il n'existe aucune charge sur le plateau de balance 3, contre la butée supérieure 25. Lorsqu'une charge est placée sur le plateau de balance 3, il s'applique alors également

contre cette butée 25.

A l'issue de la période prédéfinie par le microproces-

seur 18' pour la position d'ouverture de l'interrupteur 21, celui-ci est à nouveau fermé et il enclenche ainsi à nouveau le circuit de régulation. Les parties mobiles 2 à 9 de la balance passent alors à nouveau dans leur position d'oscillation prédéterminée par le capteur de position 16, et le convertisseur analogique/numérique 17 fournit de façon continue des valeurs de mesure à l'unité de traitement de signaux numériques 18. Celleci contrôle maintenant des valeurs successives de mesure pour définir une égalité et aussitôt que cela est le cas (immobilisation de la balance), la valeur de mesure correspondante est transmise à l'affichage 19 et elle est indiquée à la place de la valeur provenant de la mémoire 20 qui était affichée jusqu'à maintenant. Maintenant, un nouveau cycle d'interruption, tel que celui décrit ci-dessus, peut

commencer. La durée de la période pendant laquelle l'inter-

rupteur 21 reste fermé est à nouveau prédéterminée dans le microprocesseur 18' - par exemple avec une valeur d'une

seconde - et cette durée prédéterminée doit être naturel-

lement suffisante pour que la balance atteigne son état d'immobilisation, Avantageusement, le microprocesseur 18' assure cependant, immédiatement apres l'immobilisation de la balance} le transfert de la valeur de mesure dans la mémoire 20 et il ouvre à nouveau l'interrupteur 21. Dans ce mode opératoire, on obtient le plus court temps d'enclenchement

possible du courant de compensation dans la bobine 1i.

et par conséquent la plus faible perte moyenne de puissance.

La durée de la période pendant laquelle l'interrupteur 21 reste ouvert peut être prédéterminée par le programme se trouvant dans le microprocesseur 18' ou bien cette durée est prédéterminée par le microprocesseur 18' comme

un multiple fixe de la durée d'enclenchement de l'inter-

rupteur 21 (taux fixe d'utilisation de cycle de fonction-

nement). Cependant, on utilise avantageusement deux formes de réalisation dans lesquelles, soit le temps d'ouverture

de l'interrupteur 21 (et par conséquent le taux d'utilisa-

tion de cycle) est commandé en fonction de la charge par le microprocesseur 18'/ par le fait que, pour de faibles charges, l'interrupteur 21 est à nouveau fermé déjà au bout d'un court laps de temps, alors que pour des charges élevées il reste ouvert plus longtemps; soit le microprocesseur 18' commande le temps d'ouverture de l'interrupteur 21 en fonction du signal de sortie d'un capteur de température

31: pour un faible dépassement de température, l'interrup-

teur 21 est déjà refermé au bout d'un temps assez court alors que, pour un grand dépassement de température, il reste ouvert plus longtemps. C'est pourquoi, sur la figure 1, un capteur de température 31 est fixé avec une bonne transmission de la chaleur sur l'aimant permanent 10, qui transmet la température de l'aimant permanent au microprocesseur a18' par l'intermédiaire du conducteur 32. Les deux formes avantageuses de réalisation permettent d'obtenir, en dehors d'une réduction de la perte moyenne de puissance, que la variation de la perte de puissance, en fonction de la charge se trouvant sur le plateau de balance 3/ soit plus faible, sans faire intervenir des

moyens additionnels, que dans des balances de l'art anté-

rieur. Dans les deux formes avantageuses de réalisation, il est également possible que le microprocesseur 18' de l'unité de traitement de signaux numériques 18 laisse fermé l'interrupteur en permanence jusqu'à une charge déterminée ou bien jusqu'à un dépassement déterminé de température dans le capteur de température 31 et n'établisse

le mode de fonctionnement intermittent que lors d'un dépasse-

ment de limites.

l1 Dans un autre agencement, le microprocesseur 18' tient compte en outre, lors de l'établissement du temps d'ouverture de l'interrupteur 21, du fait que les valeurs mémorisées dans la mémoire 20 dans des temps successifs

d'ouverture de l'interrupteur 21 sont identiques ou seule-

ment légèrement différentes ou bien du fait qu'elles sont fortement différentes; dans le premier cas, le temps d'ouverture suivant de l'interrupteur 21 est choisi un peu plus long alors que dans le second cas il est choisi

un peu plus court.

Evidemment, on peut choisir également d'autres composants ou agencements que sur la figure 1. Par exemple l'interrupteur 21 peut être constitué, au lieu d'un relais mécanique, par un interrupteur à transistors à effet de champ ou par un transistor de commande. Egalement} l'interrupteur 21 peut être disposé en un autre endroit à l'intérieur du circuit de régulation, par exemple à l'intérieur de l'amplificateur de régulation 14 ou bien

dans le conducteur d'alimentation en courant de l'amplifi-

cateur de régulation 14. Il est essentiel qu'ainsi le

courant passant dans la bobine 11 puisse tre interrompu.

Egalement, le capteur de température 31 peut être fixé

en un autre endroit de l'aimant permanent 10 ou bien égale-

ment sur la bobine 11, sans que son mode de fonctionnement

soit ainsi changé.

Un agencement avantageux de la butée 25 est représenté, à l'échelle encore agrandie, sur la figure 2. Comme cela a déjà été expliqué, le levier de transmission 7 s'appuie! lorsque le courant passant dans la bobine 11 est interrompu, contre la butée supérieure 25. Cette butée 25 s'appuie conformément à la figure 2. par l'intermédiaire d'un disque 26 en matière piezo-éleotrique, sur une partie supérieure 28 solidaire du carter. Le disque piezo-électrique 26 est pourvu, sur le côté supérieur et sur le côté inférieur, d'une éleetrode métallique 29,30 respectivement, l'électrode métallique 30 étant reliée de façon conductrice au carter 1 tandis qu'une autre électrode métallique 27 est isolée par une couche isolante 33 et est reliée à l'aide d'un conducteur 27 au microprocesseur 18' de

l'unité de traitement numérique 18. Le disque piezo-élec-

trique 26 produit d'une manière connuelorsqu'il est solli-

cité, une charge sur ses électrodes. En même temps que l'ouverture de l'interrupteur 21, le microprocesseur 18' met à la masse le conducteur 27, de sorte que la charge qui est produite lors de l'appui du levier de transmission 7 contre la butée 25 est court-circuitée. Apres atténuation du processus de rebondissement du levier de transmission 7 contre la butée 25. le microprocesseur 18' supprime ce court-circuit et surveille au contraire le conducteur

27 pour déceler le passage d'un signal de tension.

Un signal de tension ne se produit en effet que lorsque,

par augmentation ou réduction du poids placé sur la balance.

des charges additionnelles sont produites par le disque piezo-électrique 26 sur les électrodes 29 et 30. Dans cette forme avantageuse de réalisation, l'interrupteur 21 est dans ce cas aussitôt fermé et) en conséquence une nouvelle mesure et une transmission de la nouvelle valeur de mesure à l'affichage 19 sout déclenchées. Evidemment le disque piezoélectrique 26 ne réagit pas d'une manière aussi sensible qua la balance de sorte que de cette manière

on ne devrait détecter que de grosses variations du poids..

L'expérience a cependant montré que le choc contre la butée

permet normalement de détecter mâme d'assez petites varia-

tions de poids.

L'invention a été décrite ci-dessus en prenant pour [O

exemple unre balance comportant un système de guidage paral-

lèle et un levier de transmission. Il est évident qu'elle est également applicable à des balances ne comportant pas de levier de transmission et dans lesquelles la force de compensation agit directement sur le support 2 de plateau de balance; les butées de limitation de course doivent dans ce cas coopérer directement avec le support 2 de plateau

de balance. Evidemment, dans le cas de la balance repré-

sentée, comportant un levier de transmission 7, les butées l1 de limitation de course peuvent coopérer avec le support 2 de plateau de balance à la place du levier de transmission 7. En outre, l'invention peut évidemment être également

utilisée avec un pont-bascule.

La mémoire 20 a été représentée sur la figure 1, pour simplifier, sous la forme d'une unité de construction séparée; évidemment, cette mémoire peut également être constituée par une partie de la mémoire RAM (mémoire à

accès sélectif) du microprocesseur 18'.

il

Claims (7)

REVENDIGATIONS

1. Balance fonctionnant - suivant le principe de la compensation de forces électromagnétiques et comportant un plateau, un support de plateau, qui est relié à une partie d'appui solidaire du carter - par exemple par deux leviers d'un système de guidage parallèle - avec possibilité de déplacement dans une direction verticale, des butées qui limitent le mouvement du support de plateau dans une

direction verticale, un aimant permanent, une bobine parcou-

ln rue par un courant et placée dans l'entrefer de l'aimant permanent de manière à produire une force antagoniste proportionnelle au poids, un circuit de régulation qui règle le courant passant dans la bobine ainsi qu'une unité de traitement de signaux numériques, balance caractérisée en ce qu'il est prévu des moyens de commande (21), qui peuvent interrompre le passage du courant dans la bobine (11) de telle sorte que, lors d'une interruption du passage de courant, les parties mobiles (2 à 9) de la balance !iennent s'appliquer contre une des butées (24,25), en ce que les moyens de commande (21) sont commandés par l'unité de traitement de signaux numériques (18) et en ce qu'il est prévu dans l'unité de traitement de signaux numériques (18) des moyens de mémorisation (20) qui assurent, pendant la durée d'interruption du passage du courant dans la bobine (11), la mémorisation de la valeur de poids

obtenue en dernier.

2. Balance selon la revendication 1, caractérisée en ce que le taux d'utilisation de cycle de fonctionnement - c'est-à-dire le rapport entre la durée de la période de passage du courant dans la bobine et de la durée de la période dans laquelle le passage du courant dans la

bobine est interrompu - est inférieur à l'unité.

3. Balance selon la revendication 2, caractérisée en ce que le taux d'utilisation de cycle de fonctionnement

est d'environ 0,1.

B Lalance selon l'une des revendications 1 ou 2,

caractérisée en ce que le taux d'utilisation de cycle de fonctionnement est commandé en fonction de la charge

par l'unité de traitement de signaux numériques (18).

5. Balance selon l'une des revendications 1 ou 2,

caractérisée en ce qu'il est prévu un capteur de température (31) en contact thermique avec la bobine (11) ou avec l'aimant permanent (10) et en ce que le taux d'utilisation de cycle de fonctionnement est commandé par l'unité de traitement de signaux numériques (18) en fonction du signal

de sortie de ce capteur de température (31).

6. Balance selon l'une des revendications 1 à 5,

caractérisée en ce que la durée de passage du courant

s'élève à environ 1 seconde.

7. Balance selon l'une quelconque des revendications

1 à 5, caractérisée en ce que l'unité de traitement de signaux numériques (18) interrompt le passage du courant dans la bobine (11) aussitôt qu'à l'aide des résultats de

mesure, elle a décelé l'immobilisation de la balance.

B. Balance selon l'une quelconque des revendications

1 à 7, caractérisée en ce que la répartition de masses des parties mobiles (2 à 9) de la balance est choisie de telle sorte que, lors d'une interruption de passage de courant dans la bobine (11), les parties mobiles (2

à 9) s'appliquent toujours contre la même butée (25) indé-

pendamment de la charge se trouvant sur le plateau de

balance (3).

9. Balance salon la revendication 8, caractérisée en ce que la butée (25) s'appuie contre le carter (1) par l'intermédiaire d'un élément-(26) sensible à une force,

par exemple un élément piézo-électrique.