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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de
BREVET D'INVENTION DE VINGT ANS la Société Anonyme: Société Française DE METROGRAPHIE
11 bis, rue d'Aguesseau à PARIS - FRANCE "APPAREIL DE PESAGE"
La présente invention a pour objet un appareil de pesage du type des balances romaines, c'est-à-dire comportant un fléau à bras de leviers variables soit pour la charge, soit pour le contrepoids, et ne présentant qu'une seule position d'équilibre,
L'invention se caractérise par an fléau angulairement déformable sous l'action d'un effort moteur dont la réaction s'exerce sur le fléau lui-même, et dont la déformation angulaire lors de l'équilibre est caractéristique de la mesure,
Le dessin annexé représente.
à titre d'exemple seulemen, certaines formes d'exécution de l'invention.
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La figure 1 est un schéma de l'invention;
Le figures 2 et 3 sont des schémas analogues de variantes,
La figure 4 est une vue d'une forme d'exécution.
La figure 5 est un schéma d'une autre variante.
Les figures 6 et 7 sont respectivement une élévation en coupe et un plan d'une forme pratique d'exécution.
La figure 8 est relative à une variante.
La figure 9 est un sehéma d'un perfectionnement.
La figure 10 est un schéma d'un autre perfectionnement.
Dans l'exemple de la figure 1, le levier défor- mable se compose de deux parties la et lb articulées entre elles en 2.
La partie la repose sur un bâti fixe 3 par un couteau 4. Par un autre couteau 5, elle reçoit le poids P à mesurer. La partie 1b est munie da contrepoids Q.
Une butée est prévue en 6 pour la partie la.
Soit V la verticale passant par l'articulation 2 ; 1 la distance horizontale entre les arêtes des couteaux 5 et 4 ; m la distance horizontale entre l'arête du couteau 4 et l'axe d'articulation 2 ; n la distance entre l'articulation 2 et le centre de gravité de la partie 1b avec son contrepoids Q; enfin, l'angle formé avec la verticale V par la partie 1b, à un instant quelconque,,
La ligne 5-4 des arêtes des couteaux étant supposée horizontale et l'articulation 2 rendue rigide par un moyen quelconque après eécution du mouvement angulaire convenable du bras 1b par rapport au bras la, l'équation
EMI2.1
&'équilibre serait évidemment : Pl = Qm + qu sin
Il est donc clair que la mesure de donne une @ mesure de P.
Donc, cette disposition donne directement la mesure d'un poids par celle d'an déplacement angulaire,
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On remarquera que la nature et la position de ltarticulation 2 n'importent pas. Dans l'exemple de la figure 1, elle est située en dehors des pointa 5 et 4 du coté 4 ; mais elle pourrait être placée d'une façon quelconque. Dans la figure 2, elle est entre 5 et 4 ; dans la figura 3, elle est en dehors de 5-4. mais du même côté que 5. Elle pourrait aussi coïncider avec 5 ou avec 4.
Dans les exemples précédents, on a supposé que le contrepoids était porté par la partie 1b, et la charge par la partie la du levier du fléau. On pourrait aussi faire l'inverse.
Pour opérer le déplacement angulaire relatif des parties la et lb, on pourra utiliser un moteur, par exemple électrique, monté sur l'une des parties la ou lb pour agir sur l'autre, de sorte que le motear fait partie de l'ensemble oscillant; les efforts moteurs et les résistances passives, lors de la déformation du levier, sont donc parement internes, et n'interviennent en aucune façon sur la position d'équilibre,
On peut aussi utiliser pour opérer la déplacement angulaire relatif des parties la et 1b, l'énergie poten- tielle soit de la charge à peser. soit du contrepoids.
Le travail exécuté par cette charge ou ce contrepoids ne nuit aucunement à la précision de la position d'équilibre,
Dans l'appareil de la figure 4, le bras 1b est relié au bras la non seulement par l'articulation 2, mais encore par une disposition propre à ralentir la vitesse de chute du contrepoids, par exemple pour rendre celle-ci pratiquement uniforme. D'autre part, l'appareil comporte un dispositif qui solidarise, l'une avec l'autre, les parties la et lb dès que l'équilibre est réalisé.
Au début de l'opération de pesée, le bras 1b est horizontal et le coup Inexercé par le contrepoids 0, est supérieur à celui de la charge P. Les parties la et lb
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étant supposées solidarisées, l'ensemble 1a- lb a tendance à tourner dans la sens des aiguilles d'une montre et le bras la bute contre la portée fixe 6 .Si on libère à ce moment le bras lb, celui-ci commence à tomber en tournant autour de l'articulation 2.
Le mouvement de chute de Q étant supposé uniforme, il n'y'a pas lien de tenir compte d'aucune force d'inertie dans l'équation d'équilibre, gni est évidemment : Pl - Qm - Qn sin # = 0 (1)
Lorsque sin # aura atteint la valeur qui résulte de cette équation : sin # = Pl - Qm (2) eln Qn l'équilibre statique par rapport au point de pivotement 4 sera réalisé.
A ce moment, le bras la quitte la butée fixe 6 et par un moyen quelconque (par exemple à l'aide d'un cliquet 8 s'engageant, par l'effet d'un pendule 10, dans la roue 9 calée sur la partie 1b), les deux parties la et lb sont rigidement liées l'une à l'autre. L'équilibre atteint se maintient donc, et l'angle # mesure la valeur de la charge P,
Si le mouvement de chute de 0. n'est pas uniforme, une force d'inertie est à appliquer en sens inverse de Q; tout se passe donc comme si le contrepoids Q avait sa masse diminuée.
Donc l'équilibre apparent se produira pour un angle #' supérieur à l'angle # correspondant à l'équilibre réel, Les deux parties la et 1b se solidariseront, ce qui arrê- tera la chute de Q; la force d'inertie disparaissant, l'en- semble basculera à nouveau autour de 4 pour amener la sur la portée fixe 6.
Le levier 1b sera libéré et recommencera son mouvement, pour aboutir ainsi de proche en proche à la position d'équilibre statique exact où il s'arrêtera, définiti- vement,
Pour opérer une nouvelle pesée, il suffira de rame- ner le contrepoids Q à sa position initiale, ce qui pourra avoir lien soit à la main, soit par un moteur. On pourrait,
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pour permettre de remonter plus vite le contrepoids, faire usage d'une roue libre (par exemple cliquet et rochet.) qui permettrait, pendant le remontage, de désolidariser le contrepoids de tout autre organe mobile; cette disposition permettrait en particulier de constituer une bascule totalisatrice, car les dits organes mobiles intégreraient les mesures successives.
Dans ce cas où l'appareil est combiné avec un dispositif d'enregistrement ou d'impression qui doit être ramené à zéro après chaque pesée, le dispositif à cliquet et rochet ne peut être employé que si, avant de ramener le contrepoids Q à sa position haute, on lui fait continuer son premier mouvement pour atteindre une position dans laquelle l'index et le dispositif d'enregistrement, quand il y en a un, marquent zéro.
Dans ce qui vient d'être décrit, c'est le sinus de l'angle qui est proportionnel à la charge P à mesurer; mais on peut facilement faire que ce soit l'angle± lui-même qui soit proportionnel à P, en faisant usage de l'un quelconque des moyens de rectification du sinus déjà bien connus. Par exemple, le bras lb se terminera par une came lk en développante de cercle sur laquelle roule un lien flexible 1r retenant le contrepoids Q.
Cette disposition a une très grande importance comme il sera expliqué relativement à la figure 9, car elle permet d'assurer une sensibilité constante, le centre de gravité du fléau restant toujours dans le même plan horizontal.
Il est particulièrement remarquable que la chute de Q produit une diminution de l'énergie interne du système, diminution qui n'intervient en aucune façon sur la précision de la position d'équilibre statique. On comprend alors qu'on paisse sans aucun inconvénient utiliser cette dépense d'énergie pour 1'entraînement de dispositifs d'indication, d'enregistrement, d'impression ou toets autres.
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Dans l'équatión (1) qui précède, on pourra éliminer Qm soit en amenant l'articulation 2 à coïncider avec le couteau 4, soit à l'aide d'un contrepoids on tare placé sur la bras la, Si d*autre part, on fait usage d'un moyen connu de rectification du sinus, on aura : # = Pl/Qn (3)
Cette équation montre que l'appareil ainsi consti- tué est propre à 8tre utilisé comme compteur automatique de nombre de pièces. Soit en effet p le poids d'une pièce; si l'on constitue le contrepoids Q, par un nombre a de ces pièces, on voit que l'on a : p a n/l # = P = px (4)
1 x étant le nombre de pièces de la charge.
Donc : x = a n/l #
Le nombre x est donc proportionnel au produit a n # ; par une graduation convenable, on obtiendra x en 1 multipliant le nombre des pièces témoins a par l'indication donnée sur le cadran.
Il est à remarquer que, dans tout ce qui précède, on a supposé que le contrepoids, par exemple, remonté à un potentiel maximum, descend jusqu'à la position correspondant à l'équilibre et effectue dans ce mouvement tout travail utile sans fausser la mesure.
Le môme travail peut être accompli, à partir de la position de l'équilibre, de la manière suivante :
L'équilibre étant atteint, comme il est dit pré- cédemment, par exemple, on enlève la charge. Le contrepoids est libéré et continue à descendre jusqu'à la position zéro.
Pendant cette période, il pourra, bien entendu, accomplir tout travail voulu, comme dans les précédents exemples.
L'articulation 2 peut, comme dans l'exemple de la figure 5, être constituée par une simple lame élastique 2 reliant le bras lb au bras la. Dans cet exemple, la
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déformation est produite par la rotation de la came 7, qui peut avoir tout profil convenable, par exemple pour permettre la rectification. La rotation de la came 7 est produite à la main ou par un moteur.
Les figures 6 et 7 sont relatives à une forme pratique d'exécution.
Dans cette forme d'exécution, l'appareil comprend un bâti 27, qui est l'équivalent du bras la des précédente exemples schématiques, ce bâti 27 reposant par des couteaux
11 et 12 sur un support 13. l'intérieur du bâti 27 sont montés des arbres tournants 14 et 15, L'arbre 15 porte, folle sur lui, une roue 25, sur le moyeu de laquelle est calé le bras 1b qui porte à son extrémité le contrepoids; la roue 25 entraîne, par un train d'engrenages formant des démultiplications convenables, les arbres 14 et 15, Une roue d'impression 16 est calée sur l'arbre 15, et une autre roue 17 sur l'arbre 14. La roue 17 marque les unités supérieures, et la roue 16 les unités les plus basses.
Le train démultiplicateur a donc ici une double fonction; celle de ralentir la chute du contrepoids et celle de faire tourner les roues 16 et 17 dans le rapport convenable. La charge à peser est supportée par le couteau 29.
L'arbre 14 reçoit en outre un index 18, tandis que le cadran est, de préférence, monté sur le bâti 27.
On pourrait aussi pivoter le cadran sur le support fixe 15 ou sur le bâti 27 et le munir d'an contrepoids. Le couloir
19 de sortie des tickets imprimés est de préférence monté sur le support fixe 13, et traverse le bâti 27, qui n'os- cille que très peu, par une fenêtre 20.
Lorsque le bâti 27 (analogue au bras la) quitte. à l'équilibre, sa position normale, un contact se ferme pour provoquer l'excitation d'un électro 21 qui* par l'attraction de son armature, engage un cliquet 22 dans la denture d'une roue 25 calée sur l'arbre 15, Ce cliquet remplit ici une fonction double, car il solidarise le bâti 27 avec le
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bras 1b (l'arbre 15 et l'arbre 14 par conséquent, ne peuvent plus tourner) et, d'antre part, Immobilise la roue 16 en bonne position d'impression, si le nombre et la position des dents de la roue 23 correspond aux chiffres por- tés par la roue 16.
Pour remonter le contrepoids, on peut utiliser un moteur 24 entraînant l'arbre 15 par la courroie 28 et la poulie 26. On pourrait aussi placer normalement le contrepoids en position basse, et le soulever par le moteur pour opérer la pesée; les deux moyens sont équivalents, mais dans le second cas l'excitation de l'électro 21 pourrait avanta- geusement couper le circuit du moteur 24.
D'ailleurs, si ce circuit n'était pas coupé, la courroie 28 patinerait sur la poulie 26, sans grand inconvénient. Bien entendu, on pourrait comme précédemment utiliser pour l'actionnement du cliquet 22 le basculement du bâti 27, ou tout autre moyen convenable,
Dans l'exemple de la figure 8, le bras la du fléau est prolongé par une partie 1d en forme de came rectificatrice, et le contrepoids Q est attaché à un axe 30 qui est librement mobile dans une rainure :il du bras lb articulé en 2.
Au cours du mouvement angulaire du bras 1b, l'axe 30 se déplace le long de la courbe 1d laquelle est choisie de telle façon que, si l'on appelle # l'angle entre le bras 1b et la verticale passant par le point d'articulation 2, x la projection de la distance 2-30 sur l'horizontale, on ait toujours : d # / dx = constante, d # étant une variation infinitésimale de # et dx la variation correspondante de x.
L'équation de la courbe 1d, en coordonnées polaires ayant 2 pour pôle et l'horizontale xy pour axe est donc :
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# = a # sin rIv a étant un facteur constant.
En coordonnées cartésiennes, on aurait, x = a # y = a # cotg#
Cette courbe peut se déterminer, au voisinage de la verticale, par un simple arc de cercle de raccordement, car dans cette zone où les sinus sont assimilables aux arcs, la circonférence satisfait pratiquement aux conditions précitées, et se confond. avec la courbe théorique,
An lieu de se déplacer ou d'être déplacé dans un plan vertical, le contrepoids (ou la charge) pourrait être déplacé dans un plan horizontal, Dans ce cas, bien entendu, le contrepoids ne pourrait plus être automoteur.En outre, il y aurait intérêt à employer deux contrepoids se déplaçant en sens inverses, pour que le centre de gravité reste sur la verticale du couteau 4.
Dans l'exemple de la figure 9, on a dessiné une came lk en forme de développante de cercle, appartenant au bras lb, et dont la développée lm est tangente à la droite horizontale tu qui passe par les arêtes des cou- teaux 5 et 4. Bien entendu, il n'est pas absolument nécessaire que la développée lm soit tangente à cette droite, mais cette disposition facilité l'explication.
Lorsque le bras lb tourne autour de l'articulation 2, on voit que le point de tangence du lien flexible 1r avec la came lk est toujours situé sur la droite tu, conformément aux propriétés bien connues de la développante, On a d'ailleurs représenté en pointillé la came et le contre- poids dans une autre position. Dans ces conditions, on voit que le centre de gravité de l'ensemble la * lb ne subit aucun déplacement vertical au cours de la rotation du bras lb.
Dans cet exemple, lorsqu'on veut opérer une pesée,
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On appuie momentanément sur le contact 32, ce qui a pour effet d'exciter le relais 33. Ce relais reste excité par les contacts 34 et 35, et par la contact 56, il prépare un circuit pour les relais 37 et 38.
Dans la position de repos, qui est celle où le contrepoids 0. est complètement remonté, le prolongement ln du bras la touche le contact 39a. On voit alors que le circuit du relais 38 est fermé par : pôle + de la batterie, contact 36, relais 38, contact 39a, bras 1m et le second pôle de la batterie qui est relié à la masse de l'appareil. Le relais 38 s'excite, et il se maintient excité par les contacts 39 et 40.
An contact 41, le circuit de l'électro 21 est fermé, de sorte que le cliquet 22 dégage la denture de la roué 23, Le bras lb peut donc se déplacer angulairement par rapport au. bras la, Dans cet exemple, on a supposé que le contrepoids était insuffisant pour assurer ce mouvement, mais on voit qu'au contact 42 le cirait du moteur 24 est fermé par l'inducteur 43, ce qui permet an contrepQids de descendre,,
En même temps que l'électro 21, un électro 44, qui est en dérivation avec lui, a attiré son armature 45 pourvue, par exemple, de deux contacts 46.
Lorsque le contrepoids Q est arrivé à une position pour laquelle le basculement de l'ensemble la ¯ 1b autour du couteau 4 commence à se produire, le bras 1m quitte le contact 39a, ce qui ne produit aucun effet, mais rencontre, un peu aTant la position d'équilibre, le premier contact 46. Le circuit du relais 47 est alors fermé, et le circuit de maintien du relais 38 est alors coupé en 40. Le moteur s'arrête, les électros 21 et 44 retombant. Le cliquet 22 relie rigidement la et 1b, et les contacts 46 sortent du chemin du bras 1m.
L'ensemble du fléau peut donc librement osciller
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autour de sa position 0 équilibre*
La position des contacts 46 est déterminée pour que la position d'équilibre soit très probablement atteinte par cette première opération. Mais il peut arriver accidentellement que le contrepoids Q ait dépassé cette position d'équilibre. Dans ce cas, le bras lm doit venir au contact de la butée 48a. Le circuit du relais 37 est alors fermé. et ce relais se maintient excité par les contacts 48 et 40; au contact 49, les électros 21 et 44 sont à nouveau excités et au contact 50, le circuit du moteur est à nouveau fermé, mais cette fois par l'inducteur 51 qui fait tourner le moteur en sens inverse.
Le fonctionnement se reproduira identiquement comme dans le cas précédent lorsque le bras 1m viendra à nouveau toucher l'un des contacts 46,
Lorsque la position d'équilibre est atteinte de façon certaine, l'opérateur provoque l'aimpression du résultat ce qui a pour effet, par un moyen quelconque, de couper le contact 35. Si on ne réalise pas l'impression du résultat, l'opérateur appuie sur le contact 35 pour désexciter le relais 33. On comprend que si au repos, le bras lm au lien de toucher la butée 39a touchait la butée 48a, le fonctionnement serait identiquement le même.
L'exemple de la figure 10 montre comment on peut réaliser à la main l'impression du résultat de la mesure,
Sur le bâti 50 de l'appareil est monté an plateau 51 où s'articule en 52 un levier 53. Lorsqu'après une pesée, on veut réaliser l'impression du résultat, on appuie sur le levier 53. Un doigt 54 est poussé par le cliquet 55. Si le fléau est bien dans sa position d'équilibre, ce doigt 54 s'engage dans une encoche ou trou 56 d'une pièce 57 portée par le fléau 1, et le mouvement du levier 53 'Peut s'effectuer librement. Si au contraire,
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le fléau 1 n'est pas dans sa position d'équilibre, le doigt 54 est arrêté et il fait tourner le cliquet 55, et le mouvement de 53 est arrêté.
En continuant son mouvement, le levier 53 vient appuyer sur la tige 58 par la butée 59 montée élastique- ment. La tête 60 qui termine la tige 58 vient alors s'appliquer sur le fléau. 1 pour l'immobiliser définitive- ment.Enfin, à la fin de son mouvement, le levier 53 appui. sur le dispositif d'impression 61.
Si on le désire, on peut prévoir des moyens d'ali- gnement pour les roues de type 16 et 17, afin qae l'im- pression soit effectuée en chiffres alignés.
La partie 1b du fléan entraîne en rotation l'ar- bre 2, Sur celui-ci est calée une roue 62, qui par la roue 63 fait tourner plus rapidement l'arbre 64:. Celui-ci par la roue 65 et par la roue 66 fait tourner la roue de types 16, qui est celle des anités inférieures. D'autre part, l'arbre 2 porte fixé sur lui un manchon 67 qui entraîne la roue de types 17 par l'intermédiaire d'un ressort 58.
Par les roues 69 et 70, l'arbre 64 entraîne, à la même vitesse que la roue 16; un manchon 71 qui porte une roue dentée 72, et une tige de butée 73 correspondant aux positions voisines de zéro de la roue de types 16, Par exemple, cette bntés 73 correspond aux chiffres 0 à 5 de la roue 16. En outre, la roue 17 reçoit, fixée sur elle, une denture 74.
La tige 58, précédemment décrite, peut s'engager dans la roue 72 pour arrêter le fonctionnement, et soli- dariser les parties la et lb du fléau. En continuant la mouvement du levier 53, celui-ci vient appuyer par la portée 75 contre la tige 76. Deux cas sont alors à considérer : ou bien la butée 73 se trouve au-dessous de la tige 76, on bien au contraire elle laisse le chemin libre à cette
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tige, On examinera d'abord ce second cas.
La tige 76 n'offrant aucune résistance, le mouvement de 53 peut continuer, et la portée 77 vient s'appuyer sur la tige 78 qui, en s'engageant dans la denture 74, force la roue 17 à se placer dans une bonne position d'impression, Dans de premier cas, au contraire, la butée 73 s'oppose au déplacement de la tige 76, Les portées 75 et 77 étant disposées sur une lame élastique 79, le mouvement de 53 fait fléchir cette lame de sorte que la portée 77 ne peut plus agir sur la tige 78, La roue 17 ne subit donc aucun mouvement d'alignement avant l'impression. Cette disposition est motivée par le fait que la roue 17, lorsque la roue 16 est placée entre 0 et 5 par exemple, est déjà alignée d'une façon suffisamment correcte, alors que, ai on faisait agir la tige 78 à ce moment,
il ne serait pas sûr qu'elle pénètre dans la bonne dent et des erreurs pourraient se produire.