Jauge
L'invention a pour objet une jauge comportant une enveloppe contenant un cadran et une aiguille, une tige contenant un élément sensible et un élément flexible de transmission du couple accouplant l'élément sensible à l'aiguille de façon à provoquer le mouvement de l'aiguille devant le cadran sous l'effet exercé par les conditions ambiantes sur l'élément sensible, et qui est caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif d'accouplement de la tige avec l'enveloppe qui permet d'orienter l'enveloppe de façon à diriger le cadran et l'aiguille dans un azimut quelconque à volonté par rapport à l'axe de la tige comme centre et de la faire basculer dans cette position d'orientation suivant un arc de l'ordre de 1800,
de façon à faire varier l'inclinaison de la face du cadran et de l'aiguille par rapport à l'axe de la tige sans déranger l'étalonnage de la jauge.
Une forme d'exécution de la jauge faisant l'objet de l'invention, ainsi qu'une variante, sont représentées, à titre d'exemples, sur le dessin ci-joint.
La fig. 1 est une vue en élévation de ladite forme d'exécution, observée d'un côté, dans une position dans laquelle sa tête est perpendiculaire à l'axe de la tige
la fig. 2 est une vue en élévation latérale de la jauge, observée du côté droit de la fig. 1 ;
la fig. 3 est une coupe verticale de la jauge à plus grande échelle, observée du côté de la fig. 1, et sur laquelle la tête a basculé d'un angle d'environ 90O à gauche par rapport à l'axe de la tige
la fig. 4 est une vue en élévation de la jauge, correspondant à la fig. 1, sur laquelle le raccord de la tige est fixé et la tête a basculé à droite et qui représente en traits mixtes diverses positions angulaires que peut prendre la tête dans le plan de la figure par rapport à son axe perpendiculaire;
la fig. 5 est une vue en élévation de la jauge observée du côté gauche de la fig. 1, sur laquelle le raccord de la tige est fixé et la tête a basculé de façon que sa face soit parallèle à l'axe de la tige et qui représente en traits mixtes diverses positions angulaires que la tête peut prendre autour de l'axe vertical pendant qu'elle a basculé à angle droit par rapport à l'axe de la tige;
la fig. 6 représente schématiquement les diverses positions rendues possibles par les réglages multiples des fig. 4 et 5
la fig. 7 est une représentation schématique du tracé géométrique de la transmission articulée accouplant la tête avec la tige;
la fig. 8 est une élévation de ladite variante, observée du côté correspondant à celui de la fig. 1 et sur laquelle la tête a basculé du côté gauche;
la fig. 9 est une coupe verticale de la fig. 8, et
la fig. 10 est une élévation observée du côté droit de la fig. 8.
La jauge représentée, qui peut être un thermomètre indiquant la température ou un manomètre indiquant la pression, comprend une tête 10 (fig. 3) qui consiste en une enveloppe circulaire 12 en forme de cuvette formant la partie postérieure de la jauge, sur le bord antérieur de laquelle est vissée une couronne 14 de fixation d'une plaque de verre transparente 16 de la jauge devant sa face antérieure. Un bloc de portée 18 est fixé dans une ouverture centrale du couvercle postérieur 12, par exemple par soudure, et comporte des portions dirigées en avant dans l'enveloppe et en arrière de l'enveloppe. Une plaque de cadran 20, sur laquelle est imprimée ou fixée de toute autre manière une échelle appropriée, est fixée sur la portion dirigée en avant du bloc de portée 18.
Celui-ci est percé d'un trou axial qui forme une portée sensiblement au centre géométrique de la tête et dans lequel l'axe 22 d'une aiguille est monté à rotation et se prolonge à une extrémité en avant dans l'enveloppe de façon à supporter une aiguille 24 qui y est fixée et est t mobile par rapport à l'échelle du cadran, tandis que l'autre extrémité de l'axe se prolonge en arrière et est accouplée à un mécanisme approprié, décrit ci-après, qui le fait tourner sous l'action d'un élément sensible 25 logé dans une tige 26.
La tige 26 est de forme tubulaire fermée à son extrémité inférieure par un couvercle 28 et fixée à son extrémité supérieure dans un rac
cord fileté 30 par lequel elle peut se visser dans un trou fileté d'un support s (fig. 4 et 5) faisant partie de l'installation avec laquelle on désire se servir de la jauge. L'élément sensible 25 a la forme d'un serpentin qui a tendance à se dilater ou à se contracter sous l'effet des variations des conditions ambiantes. Suivant la forme représentée, il consiste en un serpentin plat bimétallique sensible aux variations de température et faisant tourner un arbre de commande 32 fixé sur son extrémité supérieure.
Si la jauge doit servir à mesurer la pression, le serpentin bimétallique est remplacé par un tube enroulé de Bourdon, sensible aux variations de pression et faisant tourner de la même manière la tige 32. L'extrémité inférieure du serpentin est fixée sur un goujon 34 fixé à l'intérieur du couvercle 28, de sorte que le serpentin ne peut pas tourner librement dans la tige et que par suite le mouvement du serpentin a pour effet de faire tourner l'arbre de commande 32. Suivant la longueur de l'arbre 32, on dispose un ou plusieurs guides ou portées espacés 36 à l'intérieur de la tige de façon à supporter l'arbre, et au moins l'un de ces guides 36 est disposé dans le trou au voisinage de l'extrémité supérieure du raccord 30.
Pour pouvoir orienter librement la tête par rapport à la tige, on accouple l'arbre de commande 32 à l'axe 22 de l'aiguille par un élément flexible 38 de transmission du couple.
Cet élément flexible de transmission du couple consiste en un fil métallique plat enroulé suivant son axe sous forme de long ressort librement flexible et accouplé sous forme rigide à ses extrémités opposées à l'axe 22 et à l'arbre 32 par des éléments d'accouplement 40, par exemple en soudant les extrémités du ressort directement sur des têtes plates en forme de disques qu'il porte. Etant donné que l'élément de transmission du couple 38 est flexible dans tous les sens, il est évident que la tête 10 et la tige 26 peuvent prendre à peu près n'importe quelle position relative l'une par rapport à l'au- tre sans gêner l'accouplement de commande entre l'élément sensible et l'aiguille.
Bien qu'il soit ainsi possible de faire basculer la tête suivant un angle quelconque par rapport à la tige sans gêner la transmission du couple de l'élément sensible à l'aiguille, la tête
doit être fixée de façon à ne pas tourner dans le plan de son cadran autour de l'axe de la tige, de façon à conserver une relation fixe entre l'aiguille et l'échelle et par suite sa précision d'étalonnage. On arrive à ce résultat au moyen d'un élément 42 accouplant la tête avec la tige de façon à empêcher la tête de tourner autour de l'axe de la tige, mais à lui permettre de basculer par rapport à elle. Ainsi qu'on peut le voir, cet élément 42 consiste en un tube creux en forme de soufflet parfaitement flexible dans le sens longitudinal mais résistant à la torsion, c'est-à-dire rigide au point de vue de la transmission du couple.
L'élément 42 est de préférence en acier inoxydable ou autre matière résistant à la corrosion et est soudé ou fixé de toute autre manière à ses extrémités sur le bloc de portée 18 derrière la tête d'une part et sur l'extrémité supérieure du raccord 30 d'autre part. Outre que le tube en soufflet empêche la torsion de la tête par rapport à la tige, il forme un joint étanche pour les éléments de commande contenus dans la tête et les protège ainsi contre le contact avec les souillures et une atmosphère corrosive, de sorte que ces éléments peuvent être fabriqués si on le désire en matériaux moins coûteux, par exemple en cuivre, qui convient parfaitement à la fabrication de ces éléments intérieurs mais ne résiste pas à l'action corrosive des acides.
Quoique le soufflet tel qu'il est décrit soit en métal, on peut aussi envisager suivant l'invention de le fabri quer en une matière synthétique appropriée, telle que le nylon ou matières plastiques analogues résistant à la corrosion, à la chaleur et à l'humidité et possédant une résistance et une flexibilité suffisantes pour remplir les conditions nécessaires.
Une variation de longueur de l'élément 38 de transmission du couple a pour effet de faire tourner une de ses extrémités par rapport à l'autre. I1 en résulte évidemment un mouvement de rotation parasite de l'axe de l'aiguille qui affecte la précision de la jauge. En conséquence, pour que la jauge conserve sa précision, il est nécessaire que la longueur de l'élément 38 de transmission du couple reste constante pendant toute la durée du mouvement angulaire de la tête par rapport à la tige, de sorte qu'il ne se contracte ni se dilate. Ce résultat est obtenu au moyen d'éléments inextensibles 44 en forme de deux bielles articulées métalliques croisées, rigides (fig. 1, 2 et 4) qui fixent la tête sur le raccord. Sous la forme la plus simple, il suffit de deux de ces bielles 44.
Mais si l'on désire que la jauge se manoeuvre plus doucement et lui donner un aspect plus symétrique, on peut y prévoir quatre bielles.
Les bielles sont fixées et articulées sur la tête et sur le raccord par des bras de portée respectifs 46 et 48. Le bras 46 consiste en une plaque rigide plane percée d'un trou circulaire et montée sur la portion dirigée en arrière du bloc de portée 18, sur laquelle elle est maintenue en place par une rondelle élastique 50 logée dans une gorge 52 formée dans le bloc en arrière de la plaque. La plaque comporte deux pattes 54 diamétralement opposées, dirigées en arrière, percées de trous filetés dans lesquels est vissée une vis 56 qui articule les extrémités des bielles. Le bras 48 consiste en un manchon de serrage cylindrique fendu, monté sur la portion supérieure du raccord 30 et serré sur lui par un boulon 57 qui se visse dans des pattes 58 à ses extrémités contiguës.
Pour empêcher le mouvement axial du manchon de serrage sur le raccord, celui-ci présente une gorge périphérique 60 (fig. 3) dans laquelle le boulon 57 se loge de façon à faire pénétrer une partie de sa tige dans la gorge. Des bras parallèles espacés 62 se dirigent vers le haut à partir du manchon de serrage et sont percés de trous dans lesquels passent des boulons 64 d'articulation des extrémités inférieures des bielles.
Le trajet du mouvement qu'on désire imprimer à la tête et au ressort est représenté schématiquement sur la fig. 7 par l'arc MN. On construit ce trajet en traçant d'abord une droite
GJ qui correspond à l'axe du ressort 38 dans sa position rectiligne et dont la longueur est égale à la longueur - totale du ressort. Puis on trace une droite KJ perpendiculaire à la droite
GJ au point J. Puis, en choisissant des centres arbitraires le long de la droite KJ, on trace une série d'arcs partant tous du point J. Ces arcs représentent l'axe du ressort dans diverses posi tions de flexion. Le ressort prend une forme circulaire puisque ses deux extrémités subissent l'action de deux moments de flexion égaux et opposés. Le ressort subit donc l'action d'un moment de flexion constant sur toute sa longueur et son rayon de courbure est constant.
Lorsqu'on incline la tête de façon à faire prendre une flexion au ressort, le moment de flexion augmente et le rayon de courbure diminue.
En conséquence, il est à prévoir que le ressort suit un trajet courbe dont le centre de rayon de courbure se trouve sur la droite KJ. Bien entendu, lorsque le ressort se trouve sur la droite JG, le rayon de courbure est infini et le moment de flexion est nul. L'axe de l'arbre 22 de l'aiguille doit être sensiblement tangent à chacun des arcs tracés à partir du point J.
En conséquence, on détermine ensuite avec deux pointes de compas sur chaque arc une distance égale à JG à partir du point J dans chaque sens. Les extrémités des arcs sont désignées par une série de points E, F, etc., puis, par approximations successives, on détermine un rayon HG qui décrit un arc passant par les extrémités des arcs arbitraires et qui est l'arc MN.
Pour déterminer les points A et B, on élève des perpendiculaires aux tangentes aux points
E, F et G à l'arc MN. On porte sur ces perpendiculaires les distances des axes de portée
Cl-Dl, C2-D2, etc., égales à l'écartement des extrémités supérieures des bielles 44. En traçant des arcs de courte longueur avec les points Cl, C2 et C3 comme centres et avec des rayons sensiblement égaux à HC3, on cons- tate que ces arcs se rencontrent sensiblement au point A, qu'on détermine ainsi. On détermine de la même manière le point B. En conséquence, les droites AC3 et BD3 représentent les longueurs des bielles cherchées.
L'opération finale consiste à déterminer la position des droites en pointillé qui représentent l'orientation finale de la tête et les positions
de portée Cl, Dl, etc., au moyen des longueurs finalement déterminées A C3 et BD3 des bielles et des centres A et B. Cette opération s'effectue en traçant des circonférences aux points E, F et G, puis avec un rayon égal à AC3 et le point A comme centre, on trace des arcs coupant les circonférences, en déterminant ainsi la position finale des points Cl, C2 et C3, de même des points Dl, D2 et D3. Les droites en pointillé tracées entre les points d'intersection indiquent l'orientation du plan du cadran qui est parallèle à ces droites.
Les perpendiculaires à ces droites en pointillé représentent les axes de l'arbre de l'aiguille et sont sensiblement tangentes aux arcs approximatifs aux points E, F et G. Les droites en pointillé
Cl-Dl, C2-D2 et C3-D3 ne passent pas exactement par les points E, F et G à l'écart précité près, mais elles en passent toutefois assez près pour les applications de la pratique.
Bien qu'il résulte de la construction géométrique de la transmission que le centre de la face de l'instrument suit un trajet légèrement elliptique, on choisit la longueur des bielles et la distance d'axe en axe du point de portée de façon à rendre très sensiblement égaux le grand et le petit axe de l'ellipse. De plus, étant donné qu'on n'utilise que le quart environ de l'arc elliptique MN, il en résulte que la transmission croisée précitée permet de réaliser une approximation très voisine du mouvement circulaire nécessaire.
Les trous des extrémités des bielles 44 dans lesquels passent les boulons 56 et 64 d'articulation des bielles sur les bras 46 et 58 ne sont pas filetés ; par suite, après avoir serré les boulons dans les bras, après avoir réglé la position de la tête et de la tige en faisant tourner la transmission par rapport à la tige, on peut bloquer les bielles dans leur position et par suite fixer la tête par rapport à la tige. De même, on peut fixer le manchon 48 en serrant le boulon 57.
Ainsi qu'il a déjà été dit, on peut disposer deux groupes de deux bielles, qui augmentent évidemment la résistance et donnent un aspect plus symétrique à la jauge, mais il doit être bien entendu que dans la pratique deux bielles seulement sont suffisantes.
Les fig. 8 à 10 représentent une variante de la jauge qui a l'avantage d'assurer de façon précise le mouvement de la tête par rapport à la tige, au lieu de l'approximation obtenue par la transmission croisée décrite ci-dessus. De plus, l'aspect de la jauge est plus symétrique.
Ainsi qu'on peut le voir, la forme de construction des éléments fondamentaux de la jauge correspond étroitement à celle de-la forme d'exécution décrite ci-dessus. La tête 110 consiste en une enveloppe circulaire 112 sur la face antérieure de laquelle une plaque de verre transparente de la jauge (non représentée) est fixée par une couronne 114. Un bloc de portée 118 est fixé sur la paroi postérieure de l'enveloppe et forme à son extrémité intérieure un support d'une plaque de cadran 120 et une portée de l'axe 122 d'une aiguille. L'élément sensible (non représenté) est logé dans la tige 126 qui est fixée à son extrémité supérieure dans un raccord d'adaptation 125 qui, de son côté, est monté dans l'extrémité supérieure d'un raccord fileté 130 où il est t fixé par un écrou à chapeau 127.
L'arbre de commande 132 partant de l'élément sensible est monté à rotation dans plusieurs portées 136 réparties le long de la tige 126 et dans le canal de passage du raccord d'adaptation de la tige, et il est accouplé avec l'axe 122 de l'aiguille par un élément 138 de transmission du couple qui, comme précédemment, consiste en un ressort à boudin. Les extrémités du ressort 138 sont soudées ou fixées de toute autre manière sur des éléments d'accouplement 140 fixés respectivement sur l'extrémité supérieure de l'arbre de commande 132 et sur l'extrémité postérieure de l'axe 122 de l'aiguille.
Pour empêcher le mouvement de rotation relatif entre la tête et la tige, un élément en forme de soufflet 142, correspondant à celui qui a été décrit précédemment, est brasé ou soudé à ses deux extrémités sur le bloc de portée 118 et sur un manchon 143 serré sur l'extrémité supérieure du raccord d'adaptation 125 de la tige.
Les éléments qui précèdent sont à peu près semblables à tous les points de vue à ceux de la jauge décrite ci-dessus et comportent tous leurs avantages et caractéristiques. Toutefois, la jauge en question diffère de celle qui a déjà été décrite par la forme de construotion des éléments qui règlent le mouvement angulaire
de la tête par rapport à la tige de façon à conserver les relations voulues entre elles pendant le mouvement angulaire, c'est-à-dire à maintenir constante la longueur du ressort 138 et l'axe de l'aiguille tangent à l'arc du ressort du côté de la tête, quelle que soit sa position de courbure par rapport à son extrémité du côté de la tige.
Ce résultat est obtenu en rempla çant les bielles croisées par deux bielles parallèles espacées 144 articulées à leurs extrémités opposées sur la tête et sur la tige par des bras de portée 146 et 148 et par deux secteurs dentés 147 et 149 engrenant entre eux et portés respectivement par les bras. Le bras de portée
146 consiste comme 1} précédemment en une plaque plane rigide percée d'un trou circulaire par lequel elle est montée sur la portion dirigée en arrière du bloc de portée 118 et comportant des pattes parallèles espacées 154 dirigées en arrière. Des plaques semi-circulaires 155 sont boulonnées sur les pattes et viennent en saillie en arrière, parallèlement entre elles et à peu près perpendiculairement à la paroi postérieure de l'enveloppe.
Des dents découpées dans les bords postérieurs de ces plaques constituent les deux secteurs dentés 147 précités.
Dans des trous percés dans les plaques au centre des cercles primitifs de ces secteurs dentés passent des boulons 156 sur lesquels les extrémités des bielles 144 sont articulées. Le bras 148 consiste aussi comme le bras antérieurement décrit en un manchon de serrage cylindrique fendu et monté sur l'extrémité supérieure du raccord d'adaptation 125, sur lequel il est serré par un boulon 157 passant dans les pattes 158 à leurs extrémités contiguës. Pour empêcher le mouvement axial du manchon de serrage sur le raccord d'adaptation, celui-ci présente une gorge périphérique 160 et dans laquelle le boulon 157 est reçu de façon qu'une portion de sa tige pénètre dans la gorge. Des bras parallèles espacés 162 se dirigent vers le haut à partir du manchon de serrage.
Des dents sont découpées dans les extrémités supérieures des bras de façon à former les deux autres secteurs dentés 149 précités. Dans des trous percés au centre des cercles primitifs de ces secteurs passent des boulons 164 sur lesquels sont articulées les extrémités inférieures des bielles 144.
Le centre du cercle primitif du secteur denté 149 coïncide avec le point H (fig. 7) qui est le centre de l'arc MN décrit par l'extrémité du ressort 138 partant d'une position de flexion à 90" à gauche, passant par une position rectiligne et venant dans une position de flexion à 90" à droite, pendant que sa longueur libre reste constante. Le centre du cercle primitif du secteur denté 147 se trouve dans une position correspondant à celle de l'extrémité du côté de la tête du ressort 138, qui doit décrire l'arc
MN (fig. 7). Pour faire suivre ce trajet avec certitude, un dispositif de guidage est formé par les deux bielles 144 dont les centres d'articulation coïncident avec les centres des cercles primitifs des secteurs 147 et 149.
Par suite, l'extrémité du ressort 138 accouplé avec l'axe 122 de l'aiguille est mobile le long de l'arc
MN (fig. 7).
Le plan de la tête 110 doit toujours être sensiblement perpendiculaire à l'extrémité du ressort 138, quelle que soit l'inclinaison de la tête, comme l'indique graphiquement la fig. 7 sur laquelle les droites Cl-Dl, C2-D2 et
C3-D3 représentent un plan parallèle au plan de la tête 110 dans les trois positions représentées et doivent être perpendiculaires aux tangentes respectives aux points E, F et G. Lorsque la tête vient d'une position parallèle à la droite Cl-Dl dans une position parallèle à la droite C3-D3, elle a tourné d'un angle de 90" autour d'un centre qui a suivi l'arc EG. En même temps, les bielles 144 doivent venir d'une position coïncidant avec la droite HE dans une position identique à la droite HG, correspondant à un angle de rotation de 60 autour du point H.
Pour arriver à ce résultat le rapport entre les secteurs 149 et 147 doit être d'environ 2 3.
Comme dans la jauge décrite ci-dessus, les boulons 156, 157 et 164 servent à fixer la tête par rapport à la tige dans une position choisie de réglage angulaire.
La fig. 6 indique les diverses positions que peut prendre la tige par rapport à la tête lorsqu'elle est fixée dans une position donnée ou celles que peut prendre la tête lorsque la tige est fixée dans une position donnée. Au lieu de représenter une tête unique dont la tige suit diverses directions ou une tige unique dont la tête est inclinée suivant des angles différents, chaque croquis de la figure représente une seule des positions qui peuvent être obtenues.
La tête étant fixée de façon à diriger la face de son cadran en avant, la tige telle qu'elle est représentée dans la portion inférieure de la fig. 6 peut se diriger dans un azimut quelconque (nord, sud, est ou ouest), et si la tige est fixée en position verticale, comme l'indique la partie supérieure de ta figure, la tête peut s'Tncîiner suivant un arc d'environ 1800 par rapport à l'horizontale.
Les caractéristiques essentielles de la forme d'exécution et de sa variante décrites ci-dessus consistent dans la liberté de mouvement absolue de la tête de la jauge par rapport à la tige, sans variation de la longueur de l'élément de transmission du couple accouplant l'élément sensible et l'axe de l'aiguille, et dans le maintien de l'axe de l aiguille dans une position sensiblement tangente à l'extrémité de l'arc décrit par l'élément de transmission du couple, quelle que soit la position de flexion qu'il occupe.
En outre, l'accouplement est rigide entre la tête et la tige et empêche toute torsion relative de ces éléments de façon à maintenir la précision de l'étalonnage, à former un joint étanche qui les protège, leur assure une plus longue résistance à l'usure et une plus grande précision, et à réaliser une jauge d'une forme de construction simple, robuste, efficace et d'un aspect satisfaisant.
Les jauges décrites ci-dessus sont spécialement destinées à indiquer la température et la pression et comportent une tête circulaire ordinaire avec cadran et aiguille mobile sur un axe, mais il doit être bien entendu que l'invention n'est pas limitée à l'application à laquelle sert la jauge mais qu'elle s'applique aussi bien et aussi utilement aux jauges qui comportent une tête qui, pour que les indications qu'elle donne soient faciles à lire, doit se trouver dans une position particulière et dont l'élément sensible doit se trouver dans une position angulaire particulière par rapport à la tête pour lui permettre d'atteindre le fluide à mesurer.