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La présente invention concerne un procédé pour la mesure de forces et de moments et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Les procédés connus utilisent pour la mesure de forces et de moments soit'des systèmes de leviers soit des ressorts. Dans les systèmes de leviers, l'état d'équilibre est.déterminé en vertu du principe des moments. Des dynamomètres à ressort mesu- rent la compression ou l'extension d'un ressort produites sous l'action d'une force à mesurer ; force et la course du ressort sont converties l'une en l'autre au moyen de facteurs de propor- tionnalité.
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La figure 2 représente une installation de mesure de forces verticales.
La figure 3 représente une installation de mesure de moments
Les. figures 4 à 7 représentent des installations de mesure comportant des organes d'appui et de maintien.
Une force à mesurer 2 agit par une tige 3 d'un appareil de mesure 1,- par l'intermédiaire d'un plateau (non représenté) .
Cette grandeur de mesure 2 est transmise par la tige 3 à un diaphragme circulaire 4 qui divise une boîte cylindrique 5, perpendiculairement à son axe de rotation, en deux chambres 6 et 7 approximativement égales. Les compartiments ainsi formés reçoivent un gaz, rationnellement de l'air, par un conduit 8 se bifurquant et des obturateurs d'étranglement 16. La tige 3 porte à ses points de traversée de la boîte des plateaux de sou- pape qui déterminent avec la boîte des intervalles réglables 9.
Chaque chambre a une ouverture commandée par ces plateaux de soupape, qui la relie à l'atmosphère. Des canalisations de transmission 10 relient l'appareil de mesure 1 à un récepteur 11 également à deux chambres, ces canalisations réunissant les deux chambres correspondantes coopérant entre elles. Le récepteur 11 est constitué par un soufflet 12 à deux chambres, fixé par son dessus et par son dessous. Un .déplacement de la cloison provoqué par des différences de pression dans les deux chambres est trans- mis a un.système de leviers 13 à l'extrémité duquel se trouve un dispositif 14- indiquant la valeur de la. grandeur ? à mesurer.
Pour de très grandes différences de pression, il faut, pour des raisons de solidité, utiliser à la place du récepteur à soufflet à membrane. un piston dont le cylindre exécute constamment un mouvement d'oscillation ou de rotation pour diminuer le frottement.
Lorsque la force 2 pousse la tige 3 vers le bas, celle-ci modifie l'intervalle réglable 9 de la chambre supérieure 7 dans le sens de l'ouverture et celui de la chambre inférieure 6 dans le sens de la fermeture.
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Il s'établit ainsi dans la chambre 6 une pression plus élevée, la pression baissant au contraire dans la chambre 7.
Pour un mouvement opposé de la tige 3, les différences de pres- sion s'établissent de façon inverse dans les deux chambres 6 et 7.
Les pressions régnant dans ces deux chambres sont transmises au récepteur 11, leur différence déplaçant la cloison et avec elle le soufflet jusqu'à ce que l'équilibre avec les poids oscillants du dispositif indicateur 14 s'établisse.
Le soufflet 12 du récepteur 11 a une dimension telle qu'il exécute des déviations facilement mesurables, tandis que l'élément de mesure ne subit qu'un déplacement très faible de la tige 3.
Les déviations sont transmises par la barre 13, qui les amplifie- encore au besoin, à un dispositif indicateur 14, sur lequel on peut lire la grandeur de la force à mesurer.
Un très petit déplacement de la tige 3, de l'ordre de gran- deur de quelques centièmes de mm, peut se traduire sur la gradua- tion de lecture par une déviation de quelques décimètres.
Le dispositif représenté à la fig. 2 permet de mesurer des forces verticales, c'est-à-dire situées dans des plans normaux à l'axe de la tige 3. Un plateau 25 est supporté de façon articulée et relié horizontalement à un organe de maintien :la tige 3, le dispositif de-support formant avec le plan perpendicu- laire à l'axe de la tige un angle # dont la grandeur est une donnée cohstructive. La force G à déterminer est reçue suivant ses composantes par les barres d'appui 26 et la-tige -3. - Les barres d'appui 26 décomposent la force G en les composantes G . tg y et G/cos qui ne sont pas parallèles, La grandeur de la force totale G est mesurée au moyen de la composante G .
tg # dans le cas présent. Niant donné que le dispositif de mesure est construit de façon à travailler avec de très faibles déplacements (des fractions de mm) lors de la mesure, l'angle # ne change pratiquement pas lorsque le plateau est chargé;
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# est dans un invariant du système et l'élément de mesure 14 présente une échelle linéaire proportionnelle aux forces G à mesu rer.
Avec le dispositif représenté à la fig. 3, il est possible de mesurer directement des moments au moyen d'une boîte de mesure.
Dans ce dispositif, le vecteur moment doit être dans un plan ho- . rizontal.. Les deux supports verticaux 22 transmettent les deux vecteurs force qui définissent le moment, par l'intermédiaire d'un plateau 31, à des supports 32 montés articulés et inclinés l'un par rapport à l'autre de l'angle 2 Ó. Le couple Pl, P2 est décomposé par les supports 32 en les composantes P1/cos Ó, , Pl . tg Ó et P2/cos Ó, P2 tg Ó et les composantes hori- zontales de même direction P1 tg Ó et P2 tg Ó sont transmises à la boîte d'impulsion.
L'intervention, dans la mesu- re, d'autres foires (par exemple le poids dans la mesure du moment de rotation d'un moteur) n'est pas possible, car les composantes à mesurer ne subissent pratiquement pas d'autre action que celle du moment à mesurer. Même une poussée agissant sur le plateau 21 ne modifierait pas la mesure du moment. Le dispositif indicateur 14 est de nouveau étalonné en conséquence, tous les facteurs intervenant dans la mesure pouvant être consi dérés comme des invariants du système de mesure.
Des .dispositifs de mesure comportant des organes d'appui et de maintien sont représentés aux figures 4 à 7.
Le poids propre d'un plateau 40 est supporté par des orga- nes d'appui 41,' et un organe de maintien 42, par. exemple un ressort, tandis que des organes de maintien 43 empêchent des mouvements du plateau 40 dans des plans horizontaux perpendi... culaires à la tige d'une boîte de mesure à diaphragme 44.
Les organes d'appui 41 peuvent être montés articulés (figures 4 et 5), élastiques (fixés suivant les figures 6 et 7),
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suspendus par ressorts ou sur des couteaux. Les organes de main- tien 42 peuvent,être combinés avec les organes d'appui (fig. 6 et 7)', de manière que les forces internes de l'organe d'appui fas- sent équilibre aux composantes de forces agissant dans des plans horizontaux du poids propre du plateau. Dans ces conditions, la botte à diaphragme 44 n'est pas sollicitée par le poids propre du dispos itif. A la place de l'organe de maintien 42 (fig. 5 et 4), la tige 45 du dispositif de mesure, qui relie l'un à l'autre le pla- teau 40 et le dispositif de mesure 44 peut également servir d'or- gane de maintien.
Dans ce cas, la boîte de mesure 44 est chargée par le' poids propre du plateau et doit être tarée en conséquence..
Deux organes de maintien, s'ils sont constitués par des barres de traction-compression, suffisent à la place des quatre organes de maintien 43.
On peut utiliser également des systèmes à contrepoids à la place des organes de maintien 42 à ressorts.
Si on utilise des organes d'appui 46 élastiques montés fixes, tels qu'ils sont représentés aux figs. 6 et 7, l'organe de maintien 42 peut être supprimé.
Si deux organes d'appui 47 sont réalisés suivant la fig. 7, de façon à ne permettre aucun déplacement transversal du plateau, il est superflu de monter des organes de maintien 43.
Eléments d'appui et éléments de maintien doivent toujours autoriser un mouvement de déformation mesurable dans le sens de la force et des composantes à mesurer.
En combinant les formes de réalisation décrites, il est possible de créer un dispositif de mesure de forces permettant de déterminer'tout vecteur force ou moment par mesure de ses composais tes.
Le mode de décomposition des forces en leurs composantes et de mise en évidence de ces dernières n'est naturellement pas lié à la présence d'un support élastique dans le sens décrit. Des liaisons à articulation sphérique ou des balanciers montés sur des
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couteaux peuvent aussi être utilisés à cet effet. Seule est déterminante la position de la tige d'action de la grandeur à mesurer par rapport à la direction suivant laquelle la suspension reçoit la force.
A la place de boîtes ou capsules de mesure pneumatiques, on peut utiliser également d'autres dispositifs ayant une courbe de charge très raide (charge en fonction de la déviation), tels que quartz piézoélectriques, condensateurs, bobines d'inductance et autre s.
Diverses modifications peuvent d'ailleurs être apportées aux formes de réalisation représentées et décrites en détail sans sortir du cadre de l'invention.