FR2788015A1 - Cle dynamometrique a transducteur - Google Patents

Abstract

La clé dynamométrique comporte un bras d'actionnement (10) portant à une extrémité un organe d'entraînement (12), et un capteur (22) relié à un circuit électronique de traitement adapté pour délivrer une information représentative du couple appliqué. Le capteur est un capteur capacitif (22) comportant deux parties (22A, 22B) mobiles l'une par rapport à l'autre. Elle comporte un bras rigide (24) relié au bras d'actionnement (10) à son extrémité portant l'organe d'entraînement (12). Le bras rigide (24) s'étend le long du bras d'actionnement (10) sur une partie de sa longueur et porte une première partie (22A) du capteur capacitif. La seconde partie (22B) est portée par le bras d'actionnement (10), le bras d'actionnement ayant une flexibilité suffisante pour fléchir lors de l'application d'un couple et ainsi provoquer un déplacement relatif des deux parties (22A, 22B) du capteur capacitif.

Description

La présente invention concerne une clé dynamométrique du type comportant

un bras d'actionnement portant à une extrémité un organe d'entraînement, et un capteur relié à un circuit électronique de traitement

adapté pour délivrer une information représentative du couple appliqué.

En particulier, une telle clé est adaptée pour afficher le couple ins-

tantané ou le couple crête, pour indiquer qu'une valeur de consigne est ap-

prochée ou atteinte, ou pour mettre en oeuvre des statistiques sur les serra-

ges effectués.

Les clés dynamométriques sont ainsi destinées à assurer le serrage

d'un boulon, d'une vis ou d'un écrou avec un couple de serrage déterminé.

A cet effet, les clés dynamométriques, dites électroniques, sont mu-

nies d'un afficheur sur lequel apparaît le couple de serrage appliqué. Une

telle clé est par exemple décrite dans le document US-A-4 006 629.

Les clés dynamométriques connues incorporent un ensemble de jau-

ges de contrainte appliquées en des zones déterminées de la longueur du bras d'actionnement de la clé. Les jauges de contrainte sont reliées à un circuit électronique de traitement pour l'affichage du couple appliqué ou

d'une information représentative de celui-ci.

En pratique, le coût de fabrication de telles clés dynamométriques précises est relativement élevé, ce qui confine les clés dynamométriques

dites électroniques dans le segment haut de gamme des clés dynamométri-

ques.

L'invention a pour but de proposer une clé dynamométrique compor-

tant un circuit électronique de mesure du couple, ayant un prix de revient

faible, tout en conservant une précision satisfaisante.

A cet effet, I'invention a pour objet une clé dynamométrique du type

précité, caractérisée en ce que le capteur est un capteur capacitif compor-

tant au moins deux parties mobiles l'une par rapport à l'autre, en ce qu'elle comporte un organe élastiquement déformable interposé entre le bras d'actionnement et l'organe d'entraînement de manière à être sollicité lors de l'application du couple, les deux parties mobiles du capteur étant reliées de

part et d'autre d'une région de déformation de l'organe élastiquement dé-

formable de manière à subir un déplacement relatif lors de la déformation

dudit organe pour faire varier la capacité du capteur capacitif.

L'emploi d'un capteur capacitif permet d'obtenir une précision satis-

faisante pour un coût faible, puisque les capteurs capacitifs présentent une grande stabilité. En effet, la valeur de la capacité n'est liée qu'à la géométrie des armatures et aux caractéristiques du diélectrique. Ils présentent de plus une très bonne définition car, d'une part, les phénomènes physiques mis en

oeuvre sont continus ou déterminables et, d'autre part, les capteurs capaci-

tifs ne nécessitent pas d'éléments mécaniques tels que curseur, axe, etc. qui

introduisent des frottements.

Suivant des modes particuliers de réalisation, la clé dynamométrique comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - ledit organe élastiquement déformable comporte un corps d'épreuve élastique reliant le bras d'actionnement à l'organe d'entraînement, et elle comporte un bras rigide relié à l'organe d'entraînement, lequel bras rigide s'étend le long du corps d'épreuve et porte une première partie du capteur capacitif, la seconde partie du capteur étant portée par le corps d'épreuve; - I'un parmi le corps d'épreuve élastique et le bras rigide comporte un tronçon tubulaire délimitant un logement, dans lequel est reçu l'autre du corps d'épreuve élastique et du bras rigide;

- elle comporte des moyens de compensation de la flexion du bras ri-

gide sous l'action de son propre poids;

- elle comporte, en plus du capteur capacitif, un condensateur de ré-

férence, et le circuit de traitement comporte des moyens de combinaison

des variations de la capacité du capteur capacitif et de la capacité du con-

densateur de référence pour corriger l'information représentative du couple appliqué mesurée par le capteur capacitif en fonction de la variation de la capacité du capteur de référence; - le capteur capacitif comporte au moins deux condensateurs ayant chacun des parties mobiles, les capacités de chaque condensateur évoluant

suivant des fonctions différentes, notamment symétriquement, lors du mou-

vement relatif des deux parties mobiles, les deux condensateurs étant reliés au circuit de traitement, et le circuit de traitement comporte des moyens de combinaison des variations des capacités des condensateurs lors de

l'application d'un couple pour délivrer l'information représentative de celui-

ci; - le capteur capacitif comporte au moins un condensateur, dont une

des armatures est fractionnée en plusieurs éléments d'armature isolés élec-

triquement les uns des autres, chaque élément d'armature étant relié audit circuit de traitement, lequel circuit de traitement comporte des moyens d'estimation de la position et/ou de l'orientation des armatures en regard du ou de chaque condensateur, et des moyens de correction de l'information représentative du couple appliquée en fonction de la position et/ou de l'orientation des armatures; - le circuit de traitement comporte des moyens de commutation reliant sélectivement chaque élément d'armature à un même module d'analyse du circuit de traitement; - les deux parties du capteur capacitif comportent des armatures en regard disposées sensiblement parallèlement au plan d'actionnement de la clé; - les deux parties du capteur capacitif comportent des armatures en regard qui sont de génératrice parallèle à l'axe de rotation de la clé; - le circuit électronique de traitement comporte un oscillateur dont la fréquence est déterminée par la capacité du capteur capacitif, I'oscillateur comportant un intégrateur actif; et - elle comporte des moyens de modification des conditions

d'acquisition des mesures.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va

suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux des-

sins sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'une clé dynamométrique selon l'invention au repos; - la figure 2 est une vue en perspective à plus grande échelle du capteur de la clé de la figure 1; la figure 3 est une vue de dessus de la clé dynamométrique selon l'invention lors de l'application d'un couple; - la figure 4 est un schéma du circuit électronique de traitement de la clé dynamométrique selon l'invention; - les figures 5 et 6 sont des vues schématiques en élévation d'une va-

riante d'un capteur capacitif d'une clé dynamométrique selon l'invention, re-

présentée respectivement au repos et lors de l'application d'un couple; la figure 7 est une vue schématique d'une variante de réalisation

d'un capteur capacitif pouvant être mis en ceuvre dans une clé dynamomé-

trique selon l'invention; et - la figure 8 est une vue en perspective avec arrachement partiel

d'une tête d'entraînement d'une variante de réalisation d'une clé dynamo-

métrique selon l'invention.

La clé représentée sur la figure 1 comporte un bras d'actionnement

10 portant, à une extrémité, une douille interchangeable 12 délimitant inté-

rieurement une empreinte hexagonale. La douille 12 porte un embout qui est emmanché dans un logement 14 de section carrée ménagé au travers d'une

tête d'entraînement rigide 16 de la clé. La tête 16 est de forme générale car-

rée. La tête 16 et la douille 12 sont liées rigidement par emboîtement et for-

ment un organe d'entraînement pour un écrou ou une tête de vis. La tête 16 est prolongée par le bras d'actionnement 10. Le logement 14 est disposé dans l'axe du bras d'actionnement 10, lorsque celui-ci est au repos. L'axe du

logement 14 s'étend perpendiculairement au bras d'actionnement 10.

Le bras d'actionnement 10 est lié à la tête 16 par un corps d'épreuve élastiquement déformable 18 constitué d'une poutre flexible. Le bras d'actionnement 10 forme un manche rigide constitué d'une tige métallique

d'une longueur appropriée pour l'actionnement de la clé.

- La clé selon l'invention est munie d'un capteur capacitif 22. Ce cap-

teur capacitif, représenté à plus grande échelle sur la figure 2, comporte deux parties mobiles notées 22A et 22B disposées en regard l'une de l'autre. Une première partie, dite fixe 22A, est portée à l'extrémité libre d'un bras rigide 24 s'étendant le long du corps d'épreuve 18. Le bras rigide 24 est

relié, à son extrémité opposée à celle portant la partie fixe du capteur capa-

citif, à une face principale de la tête d'entraînement 16 perpendiculaire à l'axe de la douille 12. A cet effet, le bras rigide 24 comporte une saillie 25 reliant le bras rigide 24 à la tête d'entraînement 16 au voisinage immédiat du logement 14. Le bras rigide 24 s'étend parallèlement au plan de déplacement du corps d'épreuve en étant séparé de ce dernier. La longueur du bras rigide

24 est inférieure à la longueur de la poutre 18.

La seconde partie notée 22B du capteur capacitif, partie dite mobile,

est solidaire du corps d'épreuve 18 et est disposée essentiellement en re-

gard de la partie fixe 22A du capteur.

Ainsi, les deux parties 22A, 22B du capteur sont reliées de part et d'autre du corps d'épreuve 18, de manière à subir un déplacement relatif

lors de la déformation du corps d'épreuve.

Le capteur capacitif 22 est relié électriquement à un circuit de traite-

ment 26 dont le schéma sera décrit en regard de la figure 4. Ce circuit de traitement est porté par le bras d'actionnement 10, ou est disposé dans un

coffret relié au capteur 22 par une liaison filaire.

Plus généralement, une clé dynamométrique selon l'invention com-

porte, en plus des éléments classiques tels que corps, manche, dispositifs de calcul et d'affichage, clavier, alimentation,..., les éléments particuliers suivants: - un moyen pour, sous l'action du couple à mesurer ou à partir de la force de serrage, provoquer le déplacement d'un premier organe par rapport

à un second organe, de préférence proportionnellement à la valeur du cou-

ple; - un moyen constituant le capteur proprement dit et comportant par

exemple au moins deux armatures, chacune reliée mécaniquement au pre-

mier et au second des organes précités, ces armatures constituant au moins un condensateur dont la capacité, ou sa variation, est représentative et de

préférence proportionnelle au déplacement et au couple à mesurer.

- un moyen pour mesurer la capacité, c'est-à-dire pour, à partir de sa valeur, obtenir un signal électrique représentatif de cette valeur. Ce signal peut être analogique ou numérique, il peut être simple ou complexe et peut même être virtuel, c'est-à-dire constitué de l'association de plusieurs signaux physiques. Il convient de préciser que le terme "mesurer" n'implique pas ici I'utilisation d'une unité de mesure reconnue ni même d'une unité explicite. Il suffit pour les besoins de l'invention que l'information obtenue permette d'obtenir le résultat cherché, à savoir la valeur du couple. De même, il n'est

pas indispensable que cette information existe en tant que telle.

Pour obtenir, à partir du couple à mesurer ou à partir de la force de serrage, un déplacement relatif entre deux points distincts d'un même ou de deux objets, il est obligatoire que le dispositif comporte une pièce ou une

partie fonctionnellement élastiquement déformable, que lesdits points exis-

tent matériellement et que leur position relative ne soit pas influencée par d'autres causes. La nature de cet élément déformable n'importe pas en théorie. Ce peut être un ressort de traction ou de compression, une lame ou une barre travaillant en flexion ou en torsion, etc. La relation fonctionnelle entre le déplacement et la force de commande est indifférente pourvue qu'elle soit définie et stable. Avantageusement, cette fonction est choisie

linéaire. -

Un agencement particulier est décrit sur la figure 1, dans lequel

l'élément élastiquement déformable est formé du corps d'épreuve 18.

Le capteur capacitif 22, représenté à plus grande échelle sur la figure 2, est de type différentiel. Il comporte deux condensateurs 30A, 30B ayant une armature commune. Cette armature commune, notée 32, et dite fixe, constitue la partie fixe 22A du capteur capacitif. Elle est constituée d'une plaque métallique rectangulaire solidarisée à l'extrémité libre du bras rigide

24 par l'intermédiaire d'un patin isolant 33.

Les secondes armatures notées 34A, 34B des condensateurs 30A, B constituent la partie mobile 22B du capteur capacitif. Ces armatures,

dites mobiles, 34A, 34B sont constituées de plaques conductrices rectangu-

laires disposées côte à côte dans un même plan en regard de l'armature 32.

Les armatures 34A, 34B sont séparées par un intervalle longitudinal

s'étendant suivant l'axe de la clé. Ainsi, les armatures 34A, 34B sont répar-

ties de part et d'autre du plan médian du bras rigide 24 lorsque la clé est au repos. Les armatures 34A, 34B sont solidarisées à l'extrémité du corps

d'épreuve 18 reliée au bras 10 par l'intermédiaire d'un patin isolant 36.

L'armature fixe 32A s'étend parallèlement aux armatures mobiles 34A, 34B et est séparée de celles-ci par une couche d'air d'épaisseur cons- tante. En l'absence de couple appliqué sur le bras d'actionnement 10, comme représentée sur les figures 1 et 2, l'armature fixe 32 couvre des

surfaces identiques des armatures mobiles 34A et 34B. Chacune des surfa-

ces ainsi recouvertes est sensiblement égale à la moitié de la surface totale

de chaque armature mobile.

Les armatures 32, 34A et 34B sont reliées par des conducteurs élec-

triques 38 au reste du circuit de traitement 26 dans lequel elles sont inté-

grées. Comme représenté sur la figure 3, lors de l'application d'un effort sur l'extrémité libre du bras d'actionnement 10 suivant le sens de la flèche F,

alors que la tête 16 est retenue fixe par l'intermédiaire de la douille 12 enga-

gée sur l'organe à serrer, le corps d'épreuve 18 fléchit. Au contraire, le bras rigide 24 relié à la tête d'entraînement indéformable 16 reste fixe par rapport

à l'organe à serrer, puisqu'il n'est pas sollicité.

On conçoit ainsi que les deux parties 22A, 22B du capteur capacitif se

déplacent l'une par rapport à l'autre dans le plan de serrage de la clé.

Ainsi, les surfaces en regard des condensateurs 30A et 30B varient.

Plus particulièrement, avec la configuration représentée sur la figure 3, les surfaces en regard du condensateur 30A augmentent, alors que les surfaces en regard du condensateur 30B décroissent d'une valeur correspondante et

sensiblement égale.

Ainsi, les capacités des condensateurs 30A et 30B varient.

Le circuit électronique 26 représenté sur la figure 4 est adapté pour déterminer une valeur représentative du couple appliqué en fonction de la

variation des capacités des condensateurs 30A et 30B.

Le circuit de traitement 26 comporte un étage d'acquisition 26A et un

étage de mise à disposition de l'information 26B.

L'étage d'acquisition 26A comporte un oscillateur 48 ou plus précisé-

ment un relaxateur dont la période est déterminée sélectivement en fonction des capacités des condensateurs 30A et 30B. L'oscillateur 48 est constitué

d'un intégrateur actif 50 associé à un trigger de Schmitt 52. La sortie du trig-

ger de Schmitt 52 est reliée à l'étage 26B de mise à disposition de l'informa- tion par l'intermédiaire d'un étage de translation de niveau 56. L'étage 26B comporte une unité de traitement d'information 54 reliée à un afficheur 58 pour la mise à disposition à l'utilisateur d'une information représentative du

couple appliqué.

L'unité de traitement d'information 54 comporte par exemple un mi-

croprocesseur programmé afin de déterminer la fréquence du signal issu de l'oscillateur 48, et ainsi en déduire une valeur représentative des capacités des condensateurs 30A et 30B. L'unité de traitement 54 comporte en outre des moyens logiciels de calcul de la valeur du couple à partir des capacités calculées pour les condensateurs 30A et 30B, comme cela sera expliqué en

détail dans la suite de la description.

L'intégrateur actif 50 comporte un amplificateur opérationnel 60, as-

socié à une résistance d'injection 62 reliée à sa borne inverseuse. La boucle

de contre-réaction de l'amplificateur opérationnel 60 comporte les deux con-

densateurs 30A, 30B reliés en parallèle. Ces derniers sont associés chacun par leur armature mobile 34A, 34B en série avec un interrupteur électronique

noté respectivement 64A, 64B, constitués chacun d'un transistor de com-

mutation commandé respectivement sur une borne 66A, 66B depuis l'unité

de traitement d'information 54. Un inverseur est prévu sur l'entrée de com-

mande des transistors 64A, 64B.

De même, l'armature mobile 34A, 34B de chaque condensateur peut

être reliée à la masse par l'intermédiaire de transistors de commutation no-

tés respectivement 68A, 68B. Ces transistors de commutation sont com-

mandés respectivement directement depuis les bornes 66A et 66B par

I'unité de traitement d'information 54.

L'ensemble des quatre transistors de commutation constitue ainsi des moyens de commutation commandés par l'unité de traitement d'information 54. Ils sont destinés à fixer la période d'oscillation de l'intégrateur actif 50 en

fonction de la capacité totale insérée dans la boucle de contre-réaction.

L'insert des condensateurs 30A, 30B dans la boucle de contre-réaction de

l'intégrateur actif 50 modifie la constante de temps de celui-ci et, en consé-

quence, la période de l'oscillateur. Dans la plage utile, la constante de temps de l'intégrateur actif 50 et donc la période de I'oscillateur 48 sont rigoureu-

sement proportionnelles à la capacité existant dans la boucle de contre-

réaction de l'intégrateur 50. Cette capacité peut ainsi être nulle, être égale à l'une ou l'autre des capacités des deux condensateurs, ou être égale à la

somme de celles-ci.

La résistance d'injection 62 est reliée au point milieu d'un pont divi-

seur de tension constitué de résistances 70 et 72 disposées en série entre la masse et la sortie du trigger de Schmitt 52. Le pont diviseur de tension est destiné à diminuer la tension à l'entrée de l'intégrateur actif 50 et ainsi à

augmenter la période d'oscillation sans que la valeur de la résistance 62 de-

vienne prohibitive.

Le trigger de Schmitt 52 comporte un comparateur 74 avec une ré-

sistance 76 formant une boucle de réaction reliant sa sortie à son entrée non inverseuse et une résistance 78 reliant la sortie de l'intégrateur actif 50 à son entrée non inverseuse. La sortie du comparateur 74 est reliée à la tension

d'alimentation V par une résistance 79.

L'étage 56 de translation de niveau comporte un pont diviseur de ten-

sion constitué des résistances 80, 82 reliant la sortie du tigger de Schmitt à la tension d'alimentation V. Un circuit logique 84 assurant la mise en forme du signal en vue de son traitement dans l'unité de traitement de l'information

54 est connecté au point milieu du pont diviseur de tension.

On comprend que la commande depuis la borne 66A des transistors de commutation 64A et 68A assure d'une part la connexion du condensateur A dans la boucle de contre-réaction de l'amplificateur opérationnel 60 et d'autre part la déconnexion simultanée de la masse et de l'armature mobile

du condensateur 30B ou l'inverse.

Au contraire, la commande depuis la borne 66B des transistors de commutation 64B et 68B assure la mise à la masse de l'armature mobile du condensateur 30B et la déconnexion du condensateur 30B de la boucle de

contre-réaction de l'amplificateur opérationnel 60.

Ainsi, les moyens de commutation permettent de placer sélectivement le condensateur 30A, le condensateur 30B, aucun d'eux, ou les deux, en tant que capacité d'intégration de l'intégrateur actif 50. La capacité mise en oeuvre dans l'intégrateur actif 50 détermine la

fréquence d'oscillation de l'oscillateur 48, et ainsi la fréquence du signal re-

cueilli par l'unité de traitement de l'information 54. Cette dernière déduit des différentes fréquences de ces oscillations les valeurs des capacités des condensateurs 30A et 30B, en commandant successivement la connexion

de l'une et l'autre des capacités.

Afin de déduire la position relative des armatures des condensateurs, l'unité de traitement de l'information 54 combine les valeurs mesurées pour

les capacités 30A et 30B.

En particulier, afin de s'affranchir des facteurs climatiques et environ-

nementaux pouvant modifier la capacité des condensateurs, I'unité de trai-

tement de l'information 54 effectue un rapport d'une combinaison linéaire de

ces capacités.

En choisissant la valeur de position 0 lorsque l'armature 22 est placée

symétriquement par rapport à un plan médian du capteur capacitif, le dépla-

cement relatif des deux parties du capteur capacitif peut être donné par la relation Cl - C2 Cl +C2 o Cl est la capacité du condensateur 30A

et C2 est la capacité du condensateur 30B.

Avec une telle relation, les positions extrêmes du capteurs sont res-

pectivement +1 et -1. Ces positions correspondent aux couples extrêmes

théoriques pouvant être appliqué à l'aide de la clé dynamométrique.

Connaissant la rigidité de la poutre 18, l'unité de traitement d'informa-

tion 54 déduit du déplacement mesuré entre les deux parties du capteur le

couple appliqué qu'elle affiche sur l'afficheur 58.

Toute autre combinaison adaptée des valeurs Cl et C2 peut être utili-

sée pour déterminer les positions relatives des deux parties du capteur ca-

pacitif. En particulier, cette combinaison peut être une fonction à deux varia-

bles obtenue de façon théorique et dont le résultat est représentatif du dé-

placement entre les deux parties du capteur. La valeur mise à la disposition de l'opérateur sur l'afficheur 58 peut

être compensée de l'erreur due au temps d'acquisition et de calcul néces-

saire à l'élaboration du résultat d'une mesure. A cet effet, I'unité de traite-

ment d'informations 54 comporte des moyens d'extrapolation d'une valeur

de couple futur en fonction des valeurs de couple précédemment mesurées.

De plus, I'unité de traitement d'informations est également avanta-

geusement adaptée pour modifier les conditions d'acquisition des mesures

afin de réduire la consommation énergétique de la clé.

En particulier, en fonction des conditions d'utilisation de la clé, la fré-

quence des mesures est modifiée. De même, le nombre de variables remi-

ses à jour lors de chaque mesure est réduit dans certaines circonstances

afin de limiter la consommation. En particulier, dans le cas d'un capteur ca-

pacitif différentiel, seul l'une des capacités est déterminée et la valeur de

l'autre capacité est extrapolée par calcul.

En outre, I'algorithme de calcul du couple peut être simplifié pour ré-

duire la charge de l'unité de traitement d'information en supprimant par

exemple les corrections d'erreur de non linéarité.

La géométrie du capteur capacitif tel que décrit, par exemple, aux fi-

gures 1 à 3, entraîne des erreurs de linéarité du fait que le déplacement n'est pas rectiligne mais s'effectue, en simplifiant, suivant un cercle. Il existe donc une erreur d'orientation (angle de flexion du bras flexible) et une erreur

de position (cosinus de cet angle). Avantageusement, ces erreurs sont cal-

culées ainsi que leur influence sur le résultat final de mesure du couple. El-

les peuvent également être mesurées. L'évaluation faite de ces erreurs est

utilisée pour corriger la valeur du couple mesurée.

Une autre source d'erreur de linéarité est due au fait que lorsque les armatures d'un condensateur ne se recouvrent plus que très peu ou pas du tout, la loi reliant leur position à leur capacité n'est plus du tout linéaire alors qu'elle l'est autrement. Cet effet est connu sous la dénomination générale de

"effet de bord". Ces erreurs, comme les précédentes, peuvent être calcu-

lées ou mesurées, puis corrigées mais seulement dans le cas o la distance entre les plans des armatures est stable ou connue car cette distance agit différemment sur la capacité et sur les effets de bord. Pour s'affranchir de

cette erreur, il est avantageux de ne pas provoquer de situation o les surfa-

ces en vis-à-vis deviennent faibles ou, autrement dit, de ne pas utiliser tota-

lement la plage de mesure du capteur.

Afin d'obtenir une précision suffisante sans devoir réaliser un disposi-

tif de mesure de capacité sophistiqué et onéreux, il est souhaitable de

s'affranchir de la variation de sensibilité du dispositif de mesure des capaci-

tés. Ceci est obtenu, comme décrit précédemment, par la comparaison de

deux capacités au lieu de mesures absolues directes.

La mise en oeuvre de capteurs capacitifs pose un problème en raison de la présence de capacités parasites dont la valeur peut dépasser celle de la faible capacité à mesurer. Pour s'affranchir de ces capacités parasites, celles-ci sont mesurées avec précision et soustraites ensuite des valeurs

brutes. Cette solution est mise en ceuvre dans la clé selon l'invention.

Pour réduire encore les capacités parasites introduites par le circuit

de mesure, le circuit proposé met en oeuvre un intégrateur actif.

A la figure 5 sont représentées des variantes de réalisation du cap-

teur capacitif de la figure 2. Sur cette figure, les éléments analogues à ceux du mode de réalisation précédent sont désignés par les mêmes numéros de référence. Dans ce mode de réalisation, l'armature 32 portée par le bras rigide

24 est inchangée. En revanche, les armatures mobiles 30A et 30B sont cha-

cune divisées en quatre éléments d'armature adjacents et coplanaires. Ces

quatre éléments sont électriquement isolés les uns des autres. Ils sont dési-

gnés, pour l'armature 30A, par les références 30Aa, 30Ab, 30Ac et 30Ad, et,

pour l'armature 30B, par les références 30Ba, 30Bb, 30Bc, 30Bd.

Chacun des éléments d'armature est relié à l'unité de traitement d'information 54 par l'intermédiaire de quatre organes de commutation 88

commandés individuellement par une unité de pilotage 90.

Sur les figures 5 et 6, seule la connexion des éléments de l'armature A est représentée. Toutefois, les connexions des éléments de l'armature

B sont analogues.

Comme représenté sur la figure 6, lors de l'application d'un couple, les armatures 30A et 30B subissent un débattement angulaire par rapport à l'armature fixe 32. Ainsi, la surface de l'armature 32 au regard de chacundes éléments d'armature varie.

Sous la commande de l'unité de pilote 90, la capacité de chacun des condensateurs élémentaires constitués de l'armature fixe 32 et de l'un des éléments d'armature des armatures 30A et 30B est déterminée par l'unité de

traitement d'informations 54. A cet effet, l'unité de pilotage 90 connecte suc-

cessivement chacun des éléments d'armature afin de déterminer la valeur

de la capacité élémentaire propre au condensateur élémentaire la compor-

tant. Cette valeur est déterminée suivant la méthode exposée précédem-

ment pour les condensateurs 30A et 30B.

Ces valeurs sont mémorisées pour chaque condensateur élémentaire

* par l'unité de traitement d'information 54. Celle-ci détermine, par toute for-

mule adaptée, une approximation de la position et de l'orientation de

l'armature 32 par rapport aux armatures 30A, 30B et corrige en consé-

quence la valeur du couple calculée.

La figure 6 donne un exemple de détermination des erreurs de posi-

tionnement des armatures dans le cas d'une erreur de positionnement an-

gulaire.

Il est évident au vu de la figure que, par exemple, le rapport des ca-

pacités des éléments d'armatures 30Ab et 30Ba est représentatif du décen-

trement de l'armature 32 par rapport à l'ensemble de l'armature 30. Dispo-

sant de cette information, le rapport de capacité correspondant aux éléments

Ad et 30Aa (ou 30Ba et 30Bd) devient représentatif de l'inclinaison rela-

tive des axes des armatures.

Suivant le même principe, et sous réserve d'une disposition des ar-

matures adaptée, I'ensemble des informations de position des armatures

peut être estimé.

Plus généralement, I'utilisation d'armatures composées d'éléments indépendants permet de déterminer avec précision la position de l'armature fixe par rapport aux autres armatures. Cette information de position est avantageusement utilisée pour corriger les erreurs de mesure introduites par les imperfections de positionnement des éléments du capteur. La figure 7 montre un capteur capacitif 92 de type différentiel pouvant être utilisé en remplacement du capteur 22. Ce capteur capacitif est destiné à la mesure d'un déplacement sensiblement rectiligne s'effectuant dans le

plan de déplacement de la clé. Ainsi, les armatures le constituant sont dis-

posées parallèlement au plan de déplacement de la clé.

Avec un tel capteur, l'extrémité de la tige rigide 24 est reliée à la par-

tie fixe 92A du capteur. Celle-ci porte une armature commune 94 formée d'une série d'éléments d'armatures 94a, 94b, 94c disjoints mais connectés électriquement. Le corps d'épreuve 18 est relié mécaniquement à deux armatures mobiles 96, 98 formées de groupes d'éléments d'armatures 96a, 96b,..., 96f et 98a, 98b,..., 98f, respectivement. Ces groupes 96, 98 d'éléments d'armature forment la partie mobile 92B du capteur. Les éléments d'armature 96a, 96b,..., 96f et 98a, 98b,..., 98f se répartissent de part et d'autre de la partie fixe 92A du capteur en étant intercalés. Les éléments d'armature d'un même groupe 96 ou 98 sont connectés électriquement les uns aux autres et forment ainsi les armatures mobiles des condensateurs

coopérant avec l'armature commune centrale.

Cet agencement permet de réduire la sensibilité du capteur à un dé-

faut de position relative dans une direction perpendiculaire aux plans des armatures, puisque les éléments d'armature constituant les deux armatures mobiles se répartissent d'un côté et de l'autre de l'armature centrale, les

éléments des deux groupes étant intercalés. Cet agencement permet éga-

lement une augmentation de la valeur de la capacité pour un capteur ayant

une gamme de mesure donnée.

Suivant encore une variante de réalisation du capteur non représen-

tée, les armatures en regard du capteur capacitif présentent des formes ex-

térieures adaptées pour compenser les erreurs de non linéarité du capteur

résultant du déplacement des armatures suivant un trajet courbe et non rec-

tiligne. Par exemple, la forme des électrodes est trapézoïdale.

Sur la figure 8 est représentée une variante de réalisation d'une clé dynamométrique selon l'invention différant, en plusieurs points, de la clé de la figure 1. Dans cette variante, les éléments analogues à ceux de la figure 1

sont désignés par les mêmes références.

Dans ce mode de réalisation, I'agencement du corps d'épreuve 18 et du bras rigide 24 portant les deux parties mobiles du capteur capacitif est

coaxial.

En particulier, le bras rigide 24 est constitué d'une tige ou tube cylin-

drique rigide 102 reçue dans un logement 103 délimité par un tube flexible 104 constituant le corps d'épreuve 18. Le tube 104 et la tige 102 définissent

entre eux, dans le logement 103, un espace annulaire permettant le débat-

tement de la tige 102. L'autre extrémité du tube 104 est prolongée par un

manche tubulaire noté 106.

Le tube flexible 104 est solidaire de la tête d'entraînement 16. A son extrémité de liaison, le tube flexible 104 est borgne et présente un tronçon plein. L'extrémité avant de la tige 102 est scellée rigidement à l'intérieur du

tube 104 au voisinage de la tête 16. Avantageusement, la tige 102 est em-

manchée à force dans le tronçon plein obturant le tube 104.

L'emmanchement de la tige 102 s'effectue de préférence dans le plan neutre de la tête de la clé. Le plan neutre est défini par l'ensemble des fibres neutres, c'est-à-dire les lignes de contraintes nulles, présenté par la clé, lors de l'application d'un couple. Le plan neutre correspond au lieu géométrique

o les efforts de traction et de compression s'exerçant dans la clé s'inver-

sent. A leurs extrémités arrière, le bras rigide 102 et le tube 104 portent les deux parties mobiles d'un capteur capacitif 108. Ce dernier est disposé dans

le logement 103.

Dans un tel mode de réalisation, le bras rigide 102 et le capteur capa-

citif 108 sont disposés dans le logement 103 à l'intérieur du tube 104, amé-

liorant ainsi l'aspect visuel de la clé dynamométrique et la protection des

organes sensibles.

Les armatures en regard, notées 110 et 112 du capteur capacitif 108 sont constituées de surfaces cylindriques d'axe parallèle à l'axe de rotation de la clé lors de l'application d'un couple. Ces armatures sont solidaires res-

pectivement de la tige 102 et du tube 104.

Ainsi, les déplacements relatifs des armatures ne s'effectuent plus

dans un plan parallèle au plan de rotation de la clé, mais au contraire per-

pendiculairement à celui-ci sensiblement autour de l'axe de rotation de la

clé. Lors de leur déplacement, les armatures restent concentriques.

En variante, les deux armatures du capteur capacitif sont déplaçables

l'une par rapport à l'autre suivant une direction perpendiculaire à leurs surfa-

ces en regard, conduisant à une variation de l'écartement entre les armatu-

res. Avantageusement, la section de la tige 102 est variable suivant toute la longueur. Elle est progressivement décroissante vers son extrémité libre portant le capteur. La diminution de la section de la tige 102 permet une

déformation réduite de celui-ci sous l'effet de son propre poids.

Afin de compenser la déformation du bras rigide 102 sous l'action de son propre poids, la partie du capteur portée par le tube flexible 104 est avantageusement montée sur celui-ci par une fixation élastique assurant aux deux parties du capteur des déplacements identiques sous l'effet de leur

propre poids.

En variante, pour évaluer la déformation du bras rigide 102 sous

I'action de son propre poids, un capteur capacitif est avantageusement dis-

posé entre le bras rigide 102 et le tube flexible 104 suivant la direction de déformation du bras rigide. A partir de cette évaluation, I'unité de traitement d'information 54 corrige la valeur de couple déterminée en fonction de la

déformation évaluée du bras rigide.

Quel que soit le mode de réalisation, afin de limiter le mouvement perturbateur des deux parties du capteur perpendiculairement au plan de rotation de la clé, I'inertie en flexion du bras rigide 24 ou 102 et du bras flexible 18 ou du tube 104 dans la direction de l'axe de rotation de la clé peut

être supérieure à leur inertie de flexion dans le plan de rotation de la clé.

Suivant une autre variante non représentée, le capteur capacitif com-

porte deux armatures fixes portées par une première partie du capteur et I'autre partie du capteur est constituée d'un élément diélectrique monté mo-

bile entre les deux armatures fixes. Comme précédemment, I'une des par-

ties du capteur capacitif est solidaire du bras rigide, alors que l'autre partie

est montée sur le bras d'actionnement flexible.

On conçoit que le mouvement de l'élément diélectrique provoque une variation de la capacité du capteur capacitif, permettant ainsi une mesure du

couple par un circuit approprié.

De même, l'élément diélectrique peut être remplacé par un écran conducteur formant blindage, ce qui conduit à une variation inverse de la

capacité du capteur. Cette variation permet également une mesure du cou-

pie par un circuit adapté.

De plus, quel que soit le mode de réalisation envisagé, tout type de diélectrique autre que l'air, tel que de l'huile ou un substrat solide, peut être

utilisé dans le capteur capacitif.

Suivant encore une autre variante, la clé dynamométrique comporte un capteur capacitif comportant un unique condensateur variable relié au

circuit de traitement 26.

Elle comporte alors en outre un condensateur de référence dont les deux armatures sont fixes. Ce condensateur de référence a une structure

aussi proche que possible de celle du capteur capacitif. Le circuit de traite-

ment comporte des moyens de combinaison des variations de la capacité du

capteur capacitif et de la capacité du condensateur de référence pour corri-

ger l'information représentative du couple appliqué mesurée par le capteur

capacitif 22 en fonction de la variation de la capacité du capteur de réfé-

rence.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1.- Clé dynamométrique, du type comportant un bras d'actionnement

(10) portant à une extrémité un organe d'entraînement (12, 16), et un cap-

teur (22) relié à un circuit électronique de traitement (26) adapté pour déli-

vrer une information représentative du couple appliqué, caractérisée en ce

que le capteur est un capteur capacitif (22) comportant au moins deux par-

ties (22A, 22B) mobiles l'une par rapport à l'autre, en ce qu'elle comporte un

organe élastiquement déformable (18) interposé entre le bras d'actionne-

ment (10) et l'organe d'entraînement (12, 16) de manière à être sollicité lors de l'application du couple, les deux parties mobiles (22A, 22B) du capteur

étant reliées de part et d'autre d'une région de déformation de l'organe élas-

tiquement déformable (18) de manière à subir un déplacement relatif lors de

la déformation dudit organe (18) pour faire varier la capacité du capteur ca-

pacitif (22).

2.- Clé dynamométrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit organe élastiquement déformable comporte un corps d'épreuve élastique (18) reliant le bras d'actionnement (10) à l'organe d'entraînement (12, 16), et en ce qu'elle comporte un bras rigide (24) relié à l'organe d'entraînement (12, 16), lequel bras rigide (24) s'étend le long du corps d'épreuve (18) et porte une première partie (22A) du capteur capacitif (22),

la seconde partie (22B) du capteur étant portée par le corps d'épreuve (18).

3.- Clé dynamométrique selon la revendication 2, caractérisée en ce

que l'un parmi le corps d'épreuve élastique (18) et le bras rigide (24) com-

porte un tronçon tubulaire (104) délimitant un logement (103), dans lequel

est reçu l'autre du corps d'épreuve élastique (18) et du bras rigide (24).

4.- Clé dynamométrique selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de compensation de la flexion du bras

rigide (24) sous l'action de son propre poids.

5.- Clé dynamométrique selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte, en plus du capteur capa-

citif (22), un condensateur de référence, et en ce que le circuit de traitement

(26) comporte des moyens (54) de combinaison des variations de la capa-

cité du capteur capacitif (22) et de la capacité du condensateur de référence pour corriger l'information représentative du couple appliqué mesurée par le capteur capacitif (22) en fonction de la variation de la capacité du capteur de référence.

6.- Clé dynamométrique selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisée en ce que le capteur capacitif (22) comporte au moins deux condensateurs (30A, 30B) ayant chacun des parties mobiles

(22A, 22B), les capacités de chaque condensateur (30A, 30B) évoluant sui-

vant des fonctions différentes, notamment symétriquement, lors du mouve-

ment relatif des deux parties mobiles (22A, 22B), les deux condensateurs (30A, 30B) étant reliés au circuit de traitement (26), et en ce que le circuit de traitement (26) comporte des moyens (54) de combinaison des variations des capacités des condensateurs (30A,30B) lors de l'application d'un couple

pour délivrer l'information représentative de celui-ci.

7.- Clé dynamométrique selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisée en ce que le capteur capacitif (22) comporte au moins un condensateur (30A,30B), dont une des armatures (32, 34A, 34B) est fractionnée en plusieurs éléments d'armature (30Aa, 30Ab, 30Ac, 30Ad) isolés électriquement les uns des autres, chaque élément d'armature étant

relié audit circuit de traitement (26), lequel circuit de traitement (26) com-

porte des moyens d'estimation (90) de la position et/ou de l'orientation des armatures en regard du ou de chaque condensateur, et des moyens (54) de correction de l'information représentative du couple appliquée en fonction de

la position et/ou de l'orientation des armatures.

8.- Clé dynamométrique selon la revendication 7, caractérisée en ce que le circuit de traitement (26) comporte des moyens de commutation (88, ) reliant sélectivement chaque élément d'armature (30Aa, 30Ab, 30Ac,

Ad) à un même module d'analyse (54) du circuit de traitement.

9.- Clé dynamométrique selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisée en ce que les deux parties (22A, 22B) du capteur capacitif comportent des armatures en regard (32, 34A, 34B) disposées

sensiblement parallèlement au plan d'actionnement de la clé.

10.- Clé dynamométrique selon l'une quelconque des revendications

I à 8, caractérisée en ce que les deux parties (22A, 22B) du capteur capaci-

tif comportent des armatures (110, 112) en regard qui sont de génératrice

parallèle à l'axe de rotation de la clé.

11.- Clé dynamométrique selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisée en ce que le circuit électronique de traitement comporte un oscillateur (48) dont la fréquence est déterminée par la capacité du capteur capacitif (22), I'oscillateur (48) comportant un intégrateur actif (50).

12.- Clé dynamométrique selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de modifica-

tion des conditions d'acquisition des mesures.