WO1983000222A1 - Capteurs a jauge perfectionnes - Google Patents

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S.E.O.P.
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Dal Dan, Félice
Landion, Marc
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G3/00—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
    • G01G3/12—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
    • G01G3/14—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing measuring variations of electrical resistance
    • G01G3/1402—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01G3/1412—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being parallelogram shaped
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01L1/2243—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being parallelogram-shaped

Definitions

  • the present invention relates to improved gauge sensors and their manufacturing process.
  • Gauge sensors are currently used in scales, in particular for measuring the weight of objects deposited in the pan of said scale.
  • a gauge sensor generally consists of a metallic piece of parailelepipedal of a certain thickness, hollowed out in the middle to make it elastic, on which one or more gauges are bonded intended to measure the deformation of said piece under the action of the weight d 'an object placed in a tray to which it is connected.
  • the object of the present invention is to remedy these various drawbacks by producing very economical and reliable gauge sensors.
  • the subject of the invention is the production of sensors with a parallelepipedal shape gauge of the type comprising a central recess which is practically insensitive to the variation in position of the load on the weighing pan.
  • the sensor according to the invention is obtained by milling or by pressure molding, or by injection of an aluminum alloy, in a mold whose configuration allows the final shape with its foundry to be rough with its central recess.
  • the central recess of said sensor is characterized in that it is asymmetrical or asymmetrical in shape, preferably having the shape of a trapezoid whose apices or angles advantageously have grooves.
  • the gauges are arranged on one side of the parallelepiped, preferably that corresponding to the largest side of T recess.
  • This shape allows the arrangement of deposited gauges as well as obtaining very reduced heights.
  • a 15 kg sensor supporting a 40 cm plate. x 40 cm. was made with a height of 22 mm.
  • the invention also relates to the production of a sensor having a symmetrical structure, characterized in that the gauges are arranged asymmetrically on either side of the axes of maximum stress on one of the sides of said sensor.
  • the thinnest part of a sensor that is to say the weakest part where the deformation due to a stress exerted on the sensor, is called the axis of maximum stress.
  • Several axes of maximum stress are obtained on the same sensor by giving the interior recess of various shapes, which may be symmetrical with respect to the vertical and horizontal axes.
  • this embodiment allows an original method of manufacturing the sensors from extruded metal profiles.
  • Figure 1 is a perspective view of a gauge sensor according to the invention showing its main characteristics
  • FIG. 2 represents a particular embodiment of a gauge sensor according to the invention
  • FIG. 3 represents a gauge sensor according to the invention having a symmetrical structure.
  • the gauge sensor is made up of a block of metal that is parelelipiped 1.
  • This block 1 has a recess 2 in the middle having the general shape of a trapezoid, the four angles A, B, C, D of which have grooves 3 having the shape of a half-circumference.
  • the thickness E of material remaining between the bases of the trapezoid AB-CD, or between the grooves 3 in semi-circumferences, and the long sides 4 and 5 of block 1 can be variable, different at the top or bottom of the block 1. Furthermore, tests have shown that the angle of inclination of the two sides AC and BD of the trapezoid which are not parallel depends on its height.
  • This embodiment makes it possible to arrange the gauges only on one side of the sensor, preferably on that corresponding to the long side of the trapezoid.
  • Block 1 with its recess 2, are obtained, unlike the manufacturing processes employed to date, by simple injection under pressure of aluminum alloy in a conforming mold to obtain the sensor with its rough foundry recess.
  • This manufacturing process saves material and does not require any machining.
  • the next step is to deposit the gauge on the side corresponding to the long side of the recess, also in an original manner.
  • the gauge is deposited on the sensor after degreasing, polishing and depositing an insulator.
  • the raw machining or foundry sensor is varnished, or simply coated with a thin layer of paint or possibly of enamel or anodized on which the gauge is deposited.
  • FIG. 2 represents a particular embodiment of a gauge sensor according to the invention.
  • the metal block 21 has the shape of a parallelepiped.
  • the half-circumferences 23, arranged on the long side AB of the recess, include ribs (or webs 28).
  • This block 21 has on each side, at its lower part and opposite two fixing lugs 31-32 made rigid by means of ribs 33.
  • the tab 32 forms a slight extra thickness 34 so that the assembly, once fixed on a frame, is cantilevered and facilitates a certain elasticity of the assembly.
  • the gauges 26 are arranged on the side 34 of the block 21.
  • This last embodiment allows a substantial saving of material while ensuring precision and fidelity of the measurements.
  • Figure 3 shows another embodiment of a sensor according to the invention which is constituted by a metal block parai! epipedic element comprising at its center a recess 42 having in the example shown a section formed by two intersecting circles 43, 44.
  • This block 41 forms in this embodiment a symmetrical structure on either side of the axes X-X and Y-Y.
  • the axes of maximum stress aa pass through the centers of circles 43, 44.
  • the thickness e of material on these axes aa can be variable, as can the thickness E of said block 41.
  • Gauges 46-45a and 47-47a are arranged on one side of the block 41, but in this case asymmetrically, that is to say on either side of the two axes aa of maximum stress, and on the side external to these axes, as shown in the drawing.
  • the block 41 itself can be obtained in this embodiment advantageously from an extruded metal profile for example, which is cut into slices of a thickness E more or less important depending on the elasticity of the 'together that we want to obtain.
  • Such an embodiment makes it possible to considerably lower the manufacturing cost of the gauge sensors without thereby reducing their reliability.
  • the block 41 can also be obtained either by extrusion or by pressure molding, just as the recess 42 can have a configuration different from the example shown.

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Abstract

Les capteurs à jauge selon l'invention sont obtenus par usinage ou par moulage sous pression d'un alliage métallique dans un moule permettant l'obtention d'un bloc parallélépipédique (1) comportant un évidement central (2) de forme dissymétrique ou comportant des saignées asymétriques (3), les jauges (6) étant disposées sur un seul des côtés du bloc, ou une structure symétrique (41), les jauges (46, 47) étant alors disposées de façon dissymétrique. Ces capteurs à jauge sont utilisés dans les appareils de pesage.

Description

Capteurs à jauge perfectionnés
La présente invention a pour objet des capteurs à jauge perfectionnés et leur procédé de fabrication.
On utilise actuellement des capteurs à jauge dans les balances, notam ment pour mesurer le poids d'objets déposés dans le plateau de ladite balance.
Un capteur à jauge est constitué généralement par une pièce métallique parailëlépipëdique d'une certaine épaisseur, ëvidée en son milieu pour la rendre élastique, sur laquelle on colle une ou plusieurs jauges destinées à mesurer la déformation de ladite pièce sous l'action du poids d'un objet déposé dans un plateau auquel elle est reliée.
Pour rendre plus sensible ce genre de capteur, on pratique à l'intérieur de l'évidement des saignées plus ou moins profondes qui ont pour effet d'accroître l'élasticité du capteur.
Malheureusement, on s'est rendu compte que la valeur mesurée variait lorsque le même poids est disposé en différents points du plateau, par exemple au centre ou sur le côté.
Pour remédier à cet inconvénient, en a réalisé des capteurs ëvidés dans leur partie centrale comme prëcêdenment, mais on les a munis d'une barre centrale. Ces capteurs à jauge sont dits "à moment constant". De tels capteurs donnent une valeur moyenne, sont difficiles à usiner et, par conséquent, d'un coût très élevé.
En effet, ils sont généralement fraisés dans un bloc de métal en tenant compte du fil du métal pour éviter les contraintes.
La présente invention a pour objet de remédier à ces différents inconvénients en réalisant des capteurs à jauges très économiques et fiables.
L'invention a pour objet la réalisation de capteurs à jauge de forme parallélëpipëdique du type comportant un ëvidement central qui soit pratiquement insensible à la variation de position de la charge sur le plateau de la balance.
Le capteur selon l'invention est obtenu par fraisage ou par moulage sous pression, ou par injection d'un alliage d'aluminium, dans un moule dont la configuration permet d'obtenir brute de fonderie la forme définitive avec son évidement central.
L' ëvidement central dudit capteur est caractérisé en ce qu'il est de forme dissymétrique ou asymétrique ayant de préférence la forme d'un trapè dont les sommets ou les angles présentent avantageusement des saignées.
De plus, selon l'invention, les jauges sont disposées sur un seul côté du parallélépipède, de préférence celui correspondant au plus grand côté de T ëvidement.
Cette forme permet la disposition de jauges déposées ainsi que l'obtention de hauteurs très réduites.
Par exemple: un capteur de 15 kg., supportant un plateau de 40 cm. x 40 cm. a été réalisé avec une hauteur de 22 mm.
II est apparu qu'il était avantageux également d'utiliser une structure symétrique pour réduire encore le coût de réalisation du capteur à jauge en simplifiant sa fabrication. Toutefois, ce capteur doit toujours rester insensible à la variation de position de la charge sur le plateau de la balance dans laquelle il est utilisé, afin d'obtenir des performances id tiques à celles obtenues avec les capteurs précités.
L'invention a pour objet également la réalisation d'un capteur ayant une structure symétrique, caractérisé en ce que les jauges sont disposées de manière dissymétrique de part et d'autre des axes de contrainte maximale sur l'un des côtés dudit capteur.
On appelle axe de contrainte maximale la partie d'un capteur la plus minc c'est-à-dire la partie la plus faible où se produit la déformation due à une contrainte exercée sur le capteur. On obtient plusieurs axes de contrainte maximale sur un même capteur en donnant à 1 'ëvidement intérieur d formes diverses, qui peuvent être symétriques par rapport aux axes vertic et horizontal. De plus, cette réalisation permet un mode de fabrication original des capteurs à partir de profilés métalliques extrudês.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit e à l'examen des dessins annexés sur lesquels:
La figure 1 est une vue en perspective d'un capteur à jauge selon l'inven tion montrant ses principales caractéristiques;
La figure 2 représente une réalisation particulière d'un capteur à jauge selon 1'invention;
La figure 3 représente un capteur à jauge selon l'invention ayant une structure symétrique.
En se reportant à la figure 1, on voit que le capteur à jauge, selon l'invention, est constitué d'un bloc de métal parai lélépipèdique 1.
Ce bloc 1 comporte un ëvidement 2 en son milieu ayant la forme générale d'un trapèze, dont les quatre angles A, B, C, D comportent des saignées 3 ayant la forme de demi-circonférence.
L ' épai sseur E de matière restant entre les bases du trapèze AB-CD, ou entre les saignées 3 en demi-circonférences , et l es grands côtés 4 et 5 du bloc 1 peut être variable , différente en haut ou en bas du bloc 1. Par ailleurs, des essais ont montré que l'angle d'inclinaison des deux côtés AC et BD du trapèze qui ne sont pas parallèles dépend de sa hauteur.
Cette réalisation permet de disposer les jauges que d'un seul côté du capteur, de préférence sur celui correspondant au grand côté du trapèze.
Dans l'exemple représenté, on a disposé quatre jauges 6 sur le côté 4 du bloc 1 correspondant au grand côté AB du trapèze ëvidé 2.
Le bloc 1, avec son ëvidement 2, sont obtenus, contrairement aux procédés de fabrication employés à ce jour, par simple injection sous pression d'alliage d'aluminium dans un moule conforme pour obtenir le capteur avec son ëvidement brut de fonderie.
Ce procédé de fabrication permet une économie de matière et ne nécessite aucun usinage.
Le capteur étant moulé, on procède ensuite au dépôt de la jauge sur le côté correspondant au grand côté de 1 'ëvidement, d'une manière également originale. Dans les procédés actuellement utilisés, on dépose la jauge sur le capteur après dégraissage polissage et dépôt d'un isolant. Dans le procédé selon l'invention, le capteur brut d'usinage ou de fonderie est verni, ou revêtu simplement d'une mince couche de peinture ou éventuellement d'émail ou anodisé sur laquelle on dépose la jauge.
Cette façon d'opérer s'est révélée très avantageuse et sans inconvénient quant à la fiabilité du capteur ainsi réalisé.
La figure 2 représente une réalisation particulière d'un capteur à jauges selon 1 'invention.
Dans cette réalisation, le bloc métallique 21 a la forme d'un parallélépipède.
Il comporte en son centre un ëviderent 22 en forme de trapèze dont les côtés ABCD sont constitués par deux déni-circonférences 23 presque tangentes dans la partie centrale du bloc. Les demi-circonférences 23, disposées sur le grand côté AB de 1 'ëvidement, comportent des nervures (ou voiles 28).
Ce bloc 21 comporte de chaque côté, à sa partie inférieure et à l'opposé deux pattes 31-32 de fixation rendu rigide au moyen de nervures 33.
A sa partie inférieure, la patte 32 forme une légère surëpaisseur 34 de façon que l'ensemble, une fois fixé sur un bâti, soit en porte à faux et facilite une certaine élasticité de l'ensemble.
Les jauges 26 sont disposées sur le côté 34 du bloc 21.
Cette dernière réalisation permet un gain substantiel de matière tout en assurant une précision et une fidélité des mesures.
Les capteurs réalisés par moulage sous pression d'un alliage répondant à dé bonnes caractéristiques élastiques ou de tout autre métal sans tenir compte du fil dudit métal, ne nécessitent aucun usinage, d'où une économie appréciable.
La figure 3 représente une autre forme de réalisation d'un capteur selon l'invention qui est constitué par un bloc métallique parai! él épipëdique comportant en son centre un ëvidement 42 ayant dans l'exemple représenté une section formée de deux cercles sécants 43, 44. Ce bloc 41 forme dans cette réalisation une structure symétrique de part et d'autre des axes X-X et Y-Y. Les axes de contrainte maximale a-a passent par les centres des cercles 43, 44. L'épaisseur e de matière sur ces axes a-a peut être variable, de même que l'épaisseur E dudit bloc 41. Les jauges 46-45a et 47-47a sont disposées sur un seul côté du bloc 41, mais dans ce cas de manière dissymétrique, c'est-à-dire de part et d'autre des deux axes a-a de contrainte maximale, et du côté extérieur à ces axes, comme représenté sur le dessin.
Le bloc 41 lui-même peut être obtenu dans cette réalisation avantageuse- ment à partir d'un profilé métallique extrudé par exemple, que l'on coupe en tranches d'une épaisseur E plus ou moins importante en fonction de l'élasticité de l'ensemble que l'on veut obtenir. Une telle réalisation permet d'abaisser considérablement le coût de fabrication des capteurs à jauge sans pour cela en amoindir leur fiabilité. Bien entendu, le bloc 41 peut être également obtenu soit par extrusion, soit par moulage sous pression, de même que 1 'ëvidement 42 peut avoir une configuration différente de l'exemple représenté.

Claims

Revendications
1. Capteur à jauge perfectionné constitué par un bloc métallique de forme parallélépipèdique du type comportant un ëvidement central, caractérisé en ce qu'il est obtenu, soit par usinage, soit par moulage sous pression d'un alliage métallique dans un moule dont la configuration permet d'obtenir un ëvidement central (2) de forme dissymétrique ou comportant des saignées asymétriques (3), les jauges (6) étant disposées sur un seul des côtés du bloc, l'épaisseur de matière restant entre 1 'ëvidement (2) ou les saignées (3) pouvant être différentes.
2. Capteur à jauge perfectionné selon 1, caractérisé en ce que la forme de Tévidement central (2) est un trapèze dont les quatre angles comportent des saignées (3) ayant une forme quelconque.
3. Capteur à jauge perfectionné selon 1, caractérisé en ce que l'ëvide ment central (22) a la forme d'un trapèze dont les angles sont constitues par deux demi -circonférences (23) presque tangentes dans la partie centrale du capteur, lesdites demi-circonférences (23) comportant des nervur ou voiles (28), deux autres ëvidement (23) étant disposés de part et d'autre de 1 'ëvidement central, ledit capteur comportant en outre deux pattes de fixation (31-32) dont l'une (32) forme une surëpaisseur (34).
4. Capteur à jauge perfectionné selon 1, caractérisé en ce que les jauges (25) sont appliquées sur le capteur (21) brut d'usinage ou de fonderie après vernissage, ëmaillage ou avec interposition d'une mince couche de peinture.
5. Capteur à jauge perfectionné selon 1, caractérisé en ce que les jauges (25) peuvent être collées ou déposées.
6. Capteur à jauge perfectionné constitué par un bloc métallique de forme parallélépipèdique (41) du type comportant un ëvidement central (42), caractérisé en ce que dans cette réalisation ledit bloc (41) forme une structure symétrique, les jauges (46-45a, 47-47a) étant disposées de façon dissymétrique de part et d'autre des deux axes (a-a) de contrainte maximale et sur un seul des côtés du bloc.
7. Capteur à jauge perfectionné selon 1 à 6, caractérise en ce que le bloc formant une structure symétrique est obtenu par découpage d'un profilé métallique, de manière telle que l'on obtienne un bloc d'épaisseur désirée.
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