Balance d'inclinaison.
La présente invention a pour objet une balance d'inclinaison comportant au moins un fléau auquel une force proportionnelle à la charge à mesurer s'applique suivant une di
rection invariable (c'est-à-dire constamment paralléle à elle-même) en au moins un point d'un axe qui est invariablement lié à ce fléau et qui est un axe de rotation relative de ce fléau et dlau moins un organe par l'intermé diaire duquel agit ladite force proportion nielle à la charge, balance dans laquelle, par conséquent,
les rotations du fléau par lesquelles il passe de sa position d'équilibre correspondant à une charge nulle à celles qui correspondent aux charges à mesurer ne sont pas proportionnelles à ces charges et dans laquelle la charge est cependant mesurée, au moins pour ce dont elle surpasse en valeur une charge de base, à l'aide de la position d'équilibre dudit fléau sous effet de cette charge, position repérée par un organe ciné rnatiquement relié au susdit fléau, lequel or- gane comporte l'un des deux éléments à mouvement relatif constituant un dispositif indicateur que sont un index et un cadran portant au moins mie ligne de lecture divisée.
Cette balance est caractérisée en ce que cette ligne divisée est une droite à division régulière distante de l'axe dudit fléau et ayant une projection non nulle sur un plan perpendiculaire à cet axe, et en ce que l'antre élément du dispositif indicateur est un dispositif faisant connaître l'intersection, avec cette droite, d'non plan contenant cet axe.
Il est entendu que la charge de la balance, normalement due à un poids, pourrait aussi avoir une origine autre que la gravité.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue en pers- pective semi-sehématique et simplifiée de cette forme d'exécution. La fig. 2 est une vue en élévation de face à plus grande échelle d'un détail de la fig. 1. La fig. 3 montre une partie de ce détail en coupe verticale.
Le bâti 1 supporte des guides du mouvement de rotation non représentés, détermi- nant un axe 5 qui est celui d'un arbre 6 solidaire de deux leviers coudés 4 et 4'. Un autre axe parallèle à cet axe 5 et déterminé par des guides semblables est celui de deux autres leviers 4 et 4'semblables aux deux prerniers. Le levier 4 de droite est représenté en fig. 2. Il porte des guides de rotation qui déterminent un axe 7 qui coïncide avec un axe 7' déterminé de la même manière par des guides du levier 4'. Le dispositif de gauche est semblable à celui de droite, sauf que l'arbre 6 de droite est seul à porter une aiguille faite d'une lame de verre 18 sur laquelle est tracé un trait opaque formant une droite radiale 23.
Cette droite perpendiculaire à l'axe 5 du fléau 4 pourrait aussi être matérialisée par un fil tendu sur un archet.
L'aiguille 18 se meut devant un cadran 19 mobile dans un plan vertical perpendiculaire à l'axe 5. Ce cadran est pour cela monté dans une coulisse 20-21 et est muni d'un bouton de manoeuvre 22 qui permet qu'on l'éloigne d'une butée de la coulisse qui détermine sa position zéro. Les deux paires de leviers 4-4' sont reliées par deux bielles 10 et 10'. Les deux axes d'articulation 9 de ces bielles constituent donc, avec les axes 5, les axes d'un parallélogramme articulé. Les axes d'un second parallélogramme sont constitués par les mêmes axes 5 et par les deux axes 7-7' de droite et de gauche qui sont. reliés par un plateau à charges 2 qui s'articule sur ces axes 7-7' par ses quatre pieds 3 munis de tourillons cylindriques 8 qui reposent sur les guides de rotation sus mentionnés portés par les leviers.
Ces guides sont constitués par des jeux de galets cylindriques 25a, 25b dont les tourillons 26a, 26b ont eux-mêmes pour paliers des galets 29a, 29b 27a, 27b. Les tourillons 28 de ces derniers galets sont montés dans des trous de supports 30, 36, fixés au levier par des vis 31.
La fig. 3 montre qu'un levier 4 ou 4' peut être fait de deux plaques découpées identiques entre lesquelles sont montés les galets 25a, 25b, et qui portent à leur extérieur des plaques 37 qui font contre-pivot et déterminent axialement la position du cylindre 8 dont les deux bouts sont coniques afin que le bras de levier du frottement contre ces plaques soit minimum.
Les leviers 4, 4'présentent chacun trois bras. Le bras 4a porte les galets sus mentionnés auxquels s'applique la charge par l'intermédiaire du plateau 2. Les bras 4b d'une paire 4-4' sont reliés rigidement par un arbre cylindrique 12 d'axe 9. Les deux plaques découpées formant chaque levier sont assemblées par des vis 14 et des piliers 15 et 13 déterminant leur distance. Le pilier 13 faisant partie du bras 4c sert en outre à régler la position du centre de gravité du levier par son poids.
II est supposé dans la fig. 2 que le centre de gravité d'une paire de leviers s se projette en G et que le poids s'appliquant à ce centre se compose avec le poids des bielles 10 en une résultante R. En l'absence du plateau 2, cette résultante se placerait sur la verticale de l'axe 5. Lorsqu'on place le plateau, elle passe à gauche de cette verticale, les leviers et l'aiguille tournant d'un angle R-5-9 pour passer à la nouvelle position d'équilibre correspondant à la position zéro de l'aiguille. La lecture sur le cadran n pourrait faire connaître le poids du plateau vide si l'échelle divisée était prolongée à gauche du zéro.
Mais on peut aussi régler les choses de manière que l'ensemble des deux paires de leviers, du plateau vide et de l'aiguille soit en équilibre indifférent en l'absence des bielles 10, ce qui exige que le centre de gravité de chaque paire de leviers chargés de a moitié du plateau soit sur l'axe 5, celle de droite avec l'aiguille, celle de gauche sans l'aiguille. Connaissant les distances d'un axe 5 aux axes 7 et 9, on peut alors aisément déterminer le poids que doivent avoir les bielles 10 avec une charge éventuelle d'un plateau les reliant, pour qu'il fasse équilibre à la plus grande charge du plateau 2 que le cadran peut indiquer lorsque l'inclinaison des leviers correspond au maximum prévu par la construction du cadran.
On voit que les bielles 10 s'articulent sur les axes 9 par roulement, sur les arbres 12, de galets 32 et 33 analogues aux galets 25a et 25b et dont les tourillons roulent sur des galets 35 analogues aux galets 27 et 29.
Chaque bielle 10 peut aussi être faite de deux lames de métal assemblées par des vis 16 et des piliers 17. Ces moyens d'articulation peuvent être remplacés par des dispositifs à vés et couteaux. Les cylindres 7 peuvent être remplacés par des couteaux roulant sur des galets.
L'avantage de la balance telle qu'elle est décrite jusqu'ici est qu'elle est une balance d'inclinaison complètement automatique dont les divisions de lecture sont régulières bien que les mouvements de l'aiguille ne soient pas proportionnels aux charges du plateau et cela en vertu d'un théorème sur lequel sont fondés certains dynamomètres où un bras radial correspondant au trait 23 pousse une crémaillère qui engrène avec un pignon portant aiguille.
En effet, Si B est l'angle initial d'inclinaison du plan des axes 5 et 7 dans la position représentée, une charge Q posée sur le plateau fera tourner les leviers d'un angle A.
Si les centres de gravité sont réglés de la deu xième manière susdite et si q est la somme du poids des bielles 10 et de leur charge. on a l'équation d'équilibre:
Ql cos (B-A) = qL sin a, d'où l'on tire:
L 1 Q=q B cosBcotgAQsinR
L est ici la distance des axes 5 et 9 et l la distance des axes 5 et 7. D'autre part, si d est la distance à l'axe 5 d'une droite divisée 24 du cadran, le déplacement du trait 23 le long de cette droite s'exprime par: a = d. tg . B-d . tg. (B-A).
En combinant ces deux relations. on trouve:
Q l
a = d sécante B.
qL
Comme L, I, B et q sont des constantes dans une pesée, les déplacements a le long de l'échelle sont proportionnels aux charges Q du plateau.
Cet avantage est obtenu sans qu'il soit recouru à une transmission d'un fléau à un autre par un ruban flexible passant sur une came destinée à rendre le mouvement du second fléau proportionnel aux charges. La fabrication s'en trouve simplifiée. De plus, le ruban flexible susdit, en métal très mince, n'est pratiquement pas réalisable pour des balances destinées à peser de très petites charges. Cela est en tout cas certain pour ce qui est d'un second ruban flexible utilisé dans les balances purement automatiques où les mouvements du fléau à came sont amplifiés par transmission à un tambour au moyen de ce ruban.
Au lieu de s'étendre vers le haut à partir de l'axe, l'aiguille pourrait s'étendre vers le bas et, afin que son mouvement se fasse encore de gauche à droite, les axes 7 seraient alors à gauche des axes 5. Lorsqu'ils sont à droite comme en fig. 1, l'aiguille pourrait en core s'étendre vers la gauche en bas en posl- tion zéro, et indiquer les charges sur une échelle verticale ascendante.
L'aiguille pourrait être fixe et le cadran porté par le fléau, qu'il fasse avec l'axe un angle droit comme en fig. 1 ou un angle non droit ou encore nul, c'est-à-dire qu'il serait dans ce dernier cas parallèle à l'axe.
Lorsque le cadran serait fixe et parallèle à l'axe (la droite à division régulière ayant, comme toujours, une projection non nulle sur un plan perpendiculaire à cet axe), l'aiguille se mouvrait devant l'un de ses bords ou serait remplacée par un faisceau lumineux réfléchi par un miroir fixé au fléau dans un plan passant par l'axe et éclairé par une lampe solidaire du fléau. Le dispositif optique pourrait comprendre une lampe à filament rectiligne disposé dans le plan focal d'une lentille dans le faisceau émergeant de laquelle serait située une fente ménagée entre deux écrans au moins partiellement opaques et parallèle audit filament, fente qui, de ce faisceau, ne laisserait passer qu'une nappe lumineuse plane.
Le cadran pourrait être fixe et disposé suivant un plan parallèle à l'axe du fléau, un miroir plan solidaire du fléau étant disposé sur l'axe de celui-ci perpendiculairement au plan radial passant par le zéro des échelles graduées dudit cadran lorsque le fléau est dans sa position d'équilibre qui correspond à une charge nulle, les autres parties du dispositif optique étant solidaires du fléau et disposées de manière à diriger la nappe lumineuse sur ledit miroir, et le cadran étant disposé en outre de manière à recevoir le faisceau réfléchi par ce miroir.
Le cadran pourrait être solidaire du fléau et disposé, lors de l'équilibre sans charge, de manière que la nappe lumineuse plane le rencontre aux zéros de ses divisions.
Un dispositif optique semblable serait aussi applicable à un cadran oblique ou perpendiculaire à l'axe. Pour que la lampe soit fixe, le cadran serait de préférence solidaire du fléau et recevrait la lumière par l'inter médiaire d'un dispositif optique à fente éclairée. L'avantage d'un cadran parallèle à l'axe serait que toutes ses lignes divisées seraient de même longueur.
Le cadran peut être en verre transparent ou dépoli. L'aiguille peut être double, de manière à fournir une lecture par l'avant et par l'arrière du cadran divisé alors sur ses deux faces, blanches opaques. Si le cadran est porté par le fléau, l'index peut être porté par un organe pouvant coulisser parallèlement à la ligne divisée afin qu'on puisse l'amener en regard du zéro de la division lorsque le cadran porté par le fléau a pris la position d'équilibre correspondant au poids d'un récipient à tarer placé seul sur le plateau.
La force qui s'applique à l'axe d'articulation 7 pourrait provenir de l'extrémité d'un fléau prineipal comme celle qui tire sur le ruban des balances d'inclinaison à came et ruban, pourvu que la pièce par laquelle cette force s'applique soit une bielle assez longue pour qu'on puisse admettre qu'elle reste pratiquement parallèle à elle-même au cours de la rotation de l'axe 7 autour de l'axe 5. Le plateau agit alors sur le fléau principal et il suffit d'un seul des leviers coudés 4. On peut encore n'avoir qu'un seul de ces leviers, comme dans les pèse-1ettres ordinaires, en prévoyant une bielle parallèle à la distance des axes 5 et 7 et articulée, d'une part, sur le support et, d'autre part, sur un prolongement vers le bas du pied central d'un plateau.
Si l'on ne veut pas amplifier optiquement les indications de la balance, on peut avoir recours à des poids de commutation permettant que la capacité du cadran soit limitée à une petite unité pour laquelle on règle la force appliquée aux axes 9. Pour cela, les leviers 4-4' présentent chacun un bras s'étendant à l'opposé du bras 4a et portant des moyens d'articulation dont l'axe est dans le plan des axes 5 et 7. Cet axe est de préférence situé à une distance des axes 5 dix fois plus grande que celle de ces deux axes 5 et 7, afin que les poids de commutation soient le dixième de multiples entiers de la charge qui, sur le plateau, correspond à la déviation maximum de l'aiguille. Ces poids de commutation doivent être déposés sur un plateau s'articulant sur les axes ainsi déterminés des longs bras des leviers.
Ce plateau peut se réduire à une bande ou à une barre située à la gauche des leviers 4 et 4' de gauche et solidaire de deux bras formant une fourche par laquelle il s'appuie sur les deux leviers de droite. Les choses sont naturellement réglées pour que les poids des deux plateaux vides s'équilibrent.
Afin d'éviter tout tâtonnement quant aux poids de commutation nécessaires à une pesée, on peut prévoir, pour chaque paire de le vers, deux couteaux ou arbres ayant la fonction des arbres 12, mais étant plus près de l'axe 5 et supportant une bielle qui convient à la charge maximum mesurable sans poids de commutation.
Cette bielle est constamment en place ou remplacée par une position convenable du centre de gravité des leviers que l'ensemble des deux plateaux peut suffire à rendre cinématiquement solidaires, par le fait que le se cond plateau assure l'existence d'un second parallélépipède articulé remplaçant celui des axes 9 inférieurs lorsqu'ils ne supportent pas leurs bielles 10. Le poids de celles-ci est alors réglé de manière que, lorsqu'on les fait agirn elles fournissent une réaction capable d'équilibrer à elles seules, sans poids de commutation, les plus grandes charges qu'on veut pouvoir peser à l'aide de ces poids de eommu- tation. On ne les met alors en place que pour faire une pesée préliminaire indiquant exactement quels poids de commutation on doit faire agir.
Cette pesée étant faite, on ôte ces bielles 10 inférieures, place ces poids, et lit sur le cadran les dernières unités du nombre exprimant la pesée.
Par exemple, si la balance doit pouvoir mesurer jusqu'à cent grammes à un milligramme près, on fait en sorte que les bielles supérieures fassent équilibre à un gramme à l'inclinaison maximum des leviers. Si le cadran présente une échelle de trente centimè tres, trente millimétres correspondent à un décigramme et trois millimètres à un centigramme. Mais ces trois millimètres correspondent à un gramme lorsque les bielles inférieures sont en place, de sorte que le nombre entier de grammes lu lors de la pesée préliminaire est certain. Ainsi, pour une charge de 74,635 g, on posera sur le plateau décimal des poids correspondant à 74 g en sachant déjà que le chiffre 4 doit être suivi d'un autre lors de la pesée définitive oe l'aiguille indiquera sur le cadran six-cent-trente-cinq milligrammes par exemple.
Les jeux de galets employés à la place de vés assurent une plus grande constance des distances d'axes au cours d'une pesée, d'où une justesse de la pesée compatible avec la précision de lecture. Pour que la sensibilité le soit aussi, on peut au besoin soumettre tout le support des axes 5 à des vibrations verticales, ce qui a pour effet d'annuler les frottements d'articulation.
Les traits de division des s lignes de lecture pellvent être tracés soit radialement à partir de l'axe 5, soit verticalement. Partout ailleurs qu'au milieu d'une échelle, des traits de division verticaux permettent d'observer avec plus de précision que des traits obliques le point où la projection du trait 23 coupe la ligne divisée.
Des traits obliques ne présentent cet avantage que lorsqu'on déplace le cadran vers la droite pour tenir compte de la tare d'un réci pient.
Le dispositif d'amortissement de la balance n'est pas représenté au dessin, pouvant être d'un type connu quelconque ou spécialement adapté au fait que les rotations des leviers 4 sont beaucoup plus grandes que les mouvements du fléau principal qui eomman- dent ce dispositif dans les balances à came et ruban.
Il sera de préférence à air comprimé afin que la poussée hydrostatique sur son organe mobile soit remplacée par une poussée aérostatique négligeable. Par exemple, l'aiguille 18 sera quelque peu prolongée pour porter un disque mince de métal ou de papier, circulaire ou rectangulaire, introduit dans un secteur de tore creux surmontant le cadran 19.
Ce tore serait fendu d'une fente étroite livrant passage à la pièce de liaison du disque à l'aiguille; il serait fermé à ses deux extrémités par un fond présentant une ouverture réglable. Il pourrait être en matière organique transparente.
Les balances d'inclinaison décrites peuvent être construites pour n'importe quelle charge maximum, par exemple pour quelques grammes ou plusieurs tonnes.