Balance de torsion
La présente invention a pour objet une balance de torsion comprenant une base et un équipage comportant des entretoises extrêmes mobiles portant chacune des organes d'appui supérieur et inférieur et une entretoise intermédiaire montée verticalement sur la base et portant également des organes d'appui supérieur et inférieur, un fléau supérieur et un fléau inférieur montés sur les organes d'appui parallèlement l'un à l'autre, le fléau supérieur étant susceptible de tourner autour de l'organe d'appui interné faire supérieur et le fléau inférieur étant susceptible de tourner autour de l'organe d'appui intermé faire inférieur en restant parallèle avec le fléau supérieur.
Elle est caractérisée en ce qu'elle comprend un ressort spiral dont les extrémités sont connectées respectivement à la base et à l'un des fléaux à proximité de l'entretoise intermédiaire, de manière à exercer un couple sur l'équipage autour desdits organes d'appui, des organes rotatifs connectés au ressort spiral et permettant de tendre ou détendre ce dernier pour modifier ledit couple, et des organes de réglage connectés au ressort spiral et permettant de faire varier la longueur effective dudit ressort et/ou la distance radiale entre les extrémités de ladite longueur effective.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la balance objet de l'invention.
La fig. 1 en est une vue frontale en perspective.
La fig. 2 en est une vue arrière en perspective le coffret étant retiré.
La fig. 3 est une coupe selon 3-3 de la fig. 2.
La fig. 4 est une coupe selon 4-4 de la fig. 3.
La fig. 5 est une vue frontale, à plus grande échelle, d'un détail de cette forme d'exécution.
La fig. 6 est une coupe selon 6-6 de la fig. 5.
La fig. 7 est une coupe selon 7-7 de la fig. 6.
La fig. 8 est une coupe verticale, à plus grande échelle, d'un autre détail de cette forme d'exécution.
La fig. 9 est une coupe selon 9-9 de la fig. 8.
La forme d'exécution représentée comprend une base 10, un équipage 11, un plateau d'équilibrage 12 destiné à recevoir des poids connus, un plateau de pesée 13 destiné à recevoir le corps à peser, un mécanisme de réglage de couple 14 et un amortisseur 15 relié à l'équipage. La majeure partie du mécanisme est montée dans un coffret 16, monté sur la base 10. Le coffret comprend un couvercle à charnière 17.
L'équipage 1 1 comprend deux entretoises extrêmes 20, 21 et une entretoise intermédiaire 22 sur lesquelles sont fixés un fléau supérieur 23 et un fléau inférieur 24. L'entretoise 21 comprend un plateau comportant des ailes 25, 26. Ces ailes sont symétriques par rapport à une ligne centrale verticale 18 passant à travers le plateau de l'entretoise et présentent des bords 27 et 28. Des échancrures 29, 30 sont ménagées en haut et en bas. des ailes, de sorte que ces. dernières présentent extérieurement des pointes 33, 34, 36, 37. Une bande d'acier 19 est montée rigidement autour de l'entretoise, formant ainsi un organe d'appui supérieur 32 s'étendant depuis. la pointe 33 à la pointe 34 des ailes supérieures. et un organe d'appui inférieur 35 s'étendant entre les pointes 36 et 37 des ailes inférieures.
L'entretoise intermédiaire 22 et l'autre entretoise extrême 20 sont de construction semblable à l'entretoise 21. L'entretoise 20 comprend des. organes d'appui supérieur 32a et inférieur 35a, et l'entretoise centrale des. organes d'appui supérieur 32b et inférieur 35b. L'entretoise intermédiaire 22 est fixée sur un pied 40 fixé à la base 10, sa partie inférieure étant serrée dans ledit pied de manière que l'entretoise soit disposée dans un plan perpendiculaire à la base 10 et perpendiculaire aux fléaux supérieur 23 et inférieur 24 qui sont disposés dans un plan vertical passant par les. lignes centrales verticales des trois entretoises 20, 21, 22.
Le fléau supérieur 23 est fixé à l'une de ses extrémités à l'organe d'appui supérieur 32 de l'entretoise 21, à son autre extrémité à l'organe d'appui supérieur 32a de l'entretoise 20, et à son centre à l'organe d'appui supérieur 32b de l'entretoise inter médiaire 22, par des pinces 41, 41a, 41b, respectivement qui sont fixées de manière amovible aux fléaux au moyen de vis. Le fléau inférieur 24 est attaché de même aux organes d'appui inférieurs extrêmes 35, 35a par des pinces extrêmes semblables et, à mi-longueur, à l'organe d'appui inférieur 35b par une pince centrale semblable.
Le fléau inférieur 24 présente de chaque côté de l'entretoise intermédiaire 22 une tige filetée 42, 43 sur chacune desquelles est monté un poids fileté 44 ou 45, destiné au réglage vertical. Un autre poids de réglage 46 est monté le long du fléau inférieur 24.
On voit que les fléaux 23, 24 peuvent tourner autour des lignes centrales des organes d'appui supérieur et inférieur 32b, 35b de l'entretoise intermédiaire fixe 22, car les deux entretoises extrêmes sont libres de se déplacer vers le haut et vers le bas en réponse au mouvement des fléaux, ces entretoises extrême s n'étant pas fixées à la base.
Sur des étriers verticaux 47, 47a des entretoises extrêmes sont montés des supports 48, 48a qui portent respectivement le plateau de pesée 13 et le plateau d'équilibrage 12. Un bras d'amortisseur 49 est fixé à l'entretoise extrême 20. Son extrémité externe 50 est montée pivotante au moyen d'une cheville en U 50a, sur l'extrémité extérieure d'une tige de piston 51. Celle-ci porte un bouchon de fermeture 52a en forme de collier, fixé à la tige 51 par soudure, par exemple. L'extrémité inférieure du bouchon porte un anneau 52 de section circulaire en une matière élastique, par exemple du néoprène.
L'extrémité inférieure de la tige 51 est reliée à un piston 53 comprenant deux plateaux 54, 55 qui peuvent être réglés angulairement l'un par rapport à l'autre pour modifier la surface de retenue efficace du piston 53 qui peut se déplacer verticalement, dans un bain d'huile 56, dans un cylindre 57 de l'amortisseur 15 monté sur la base 10. La tige de piston peut se déplacer dans un capuchon 58 présentant une ouverture 58a et monté à l'extrémité supérieure du cylindre 57. L'ouverture 58a s'évase vers l'extérieur jusqu'à sa partie supérieure, formant ainsi un siège annulaire 58b dans le capuchon 58. L'ex trémité inférieure du cylindre 57 porte une vis 66 s 'étendant vers le bas qui peut tourner dans un bossage 67 fileté intérieurement au moyen d'un bouton 66a.
Ainsi, quand on fait tourner la vis de manière à la déplacer vers le haut, le cylindre 57 est soulevé.
I1 peut être soulevé d'une distance suffisante pour que le siège 58b dans le capuchon 58 engage l'anneau 52 pour fermer le cylindre et empêcher une fuite de l'huile 56, par exemple pendant le trans- port de la balance. Une butée de fléau 59 est utilisée pour bloquer l'équipage quand la balance est transportée. Une tige d'index 60 est montée sur un étrier 61 fixé sur le fléau 23 au milieu de sa longueur. La tige 60 s'étend vers le haut et porte un index 62 horizontal qui peut se déplacer sur une échelle graduée fixe 63. L'échelle 63 est montée sur un plateau 64 porté par l'extrémité supérieure d'un montant 65 fixé sur la base 10 à son extrémité inférieure. Quand l'équipage est équilibré, l'index 62 coïncide avec une division zéro centrale de l'échelle graduée.
Le mécanisme pour appliquer un couple aux fléaux est important. On va voir qu'il comprend un ressort dont une extrémité est fixée à l'équipage et l'autre extrémité à des moyens montés sur la base et agencés pour modifier la tension du ressort afin que ce dernier puisse appliquer un couple à l'ensemble articulé. Le couple peut être modifié dans certaines limites et le ressort est calibré pour appliquer un couple déterminé pour un réglage déterminé, de manière à faciliter la détermination du poids d'une masse inconnue à peser.
Un ressort spiral 68 est fixé par son extrémité extérieure 69 à une console 70 au moyen d'un plateau 71 maintenu en place par des vis 72. Une branche 73 de la console 70 est fixée sur une branche verticale 74 d'une console 75 dont la branche horizontale est en forme de fourche présentant deux bras 76, 77 qui sont fixés au fléau 23 par des vis 78. La console 75 est montée à mi-longueur du fléau 23. I1 faut noter que la branche verticale 74 présente une fente verticale 79, de sorte que la console 70 peut être réglée verticalement entre certaines limites en dévissant des vis de serrage 80 et en revissant ces dernières quand la console occupe la position voulue.
L'extrémité intérieure 81 du ressort 68 est fixée à l'extrémité intérieure 82 d'un arbre 83 (fig. 6).
Ce dernier est monté pour tourner horizontalement dans un palier 83a, dans la partie extrême supérieure d'un montant de support 84 dont la base 85 est fixée sur la base 10 de la balance. Pour constituer une résistance par frottement contre une rotation indésirable de l'arbre 83, une bille 86 est montée dans un trou fileté 87. La bille est élastiquement pressée contre l'arbre 83 par un ressort de compression 88 dont la force est réglée par une vis 89. Cette construction permet de faire tourner à la main l'arbre 83 mais empêche une rotation involontaire de ce dernier. Le mouvement axial de l'arbre 83 est empêché par un collier 90 et un anneau 91, ce dernier étant maintenu en place par une vis 92.
Sur l'extrémité extérieure 93 de l'arbre 83 est monté un bouton de commande 94 qui est maintenu sur l'arbre 83 par une vis de serrage 95 s'étendant à travers un trou fileté. L'extrémité intérieure de la vis 95 engage une rainure annulaire 96 taillée dans
L'arbre 83. Ainsi, le bouton 94 peut être réglé angulairement sur l'arbre 83 et peut être calé dans toute position angulaire désirée sur cet arbre. Le bouton 94 comprend une bride annulaire 97 s'étendant vers l'extérieur. Cette bride présente une partie inclinée 98 sur laquelle est gravée une échelle graduée 99 disposée à proximité d'un index 100 et susceptible de se déplacer par rapport à cet index. Ce dernier est porté par un plateau 101 monté de manière réglable sur le coffret (fig. 1 et 5), au moyen de fentes et de vis 101a.
L'échelle graduée 99 est divisée en dix parties principales par des traits marqués de 0 à 10. Chaque partie est subdivisée en dix parties. Ainsi, l'ensemble de l'échelle 99 de O à 10 est en relation avec le ressort 68 pour représenter, par exemple, un poids de 0 à 1 g, dans quel cas chaque division principale représente un dixième de gramme et chaque subdivision représente un centième de gramme. Comme on le verra en détail plus loin, le bouton 94 peut tourner avec l'arbre 83 pour prendre toute position angulaire désirée et la division de l'échelle graduée 99 qui coïncide avec l'index 100 est proportionnelle au couple appliqué, opposé au couple fourni par le poids inconnu dans. le plateau 13. Cette division correspond donc au poids placé sur le plateau 12.
Supposons par exemple que la masse inconnue placée sur le plateau de pesée pèse entre dix et onze grammes, ce qui peut être déterminé en plaçant un poids connu de dix grammes sur le plateau 12 et ensuite, en plus, un poids d'un gramme sur ce même plateau 12. On enlève alors le poids d'un gramme et on tourne le bouton 94 à partir de zéro sur l'échelle 99 jusqu'à ce qu'il donne un couple qui équilibre l'équipage.
Supposons que le bouton soit arrêté sur la position 8,3 , soit sur la subdivision 3 entre les divisions principales 8 et 9 sur l'échelle opposée
à l'index 100, le poids de la masse inconnue est
alors de 10,83 g, représenté par le poids. de dix
grammes sur le plateau et l'équivalent d'un poids de 0,83 g assuré par le couple supplémentaire du res
sort 68 opposé au couple fourni par la masse inconnue sur le plateau 13.
On voit d'après ce qui précède qu'en tournant le bouton 94 dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre (fig. 1), on enroule le ressort 68 puisque son extrémité extérieure est fixée à la con
sole 70 qui est fixée elle-même à la console 74, fixée
à son tour au fléau 23, et que son extrémité inté
rieure est fixée à l'extrémité 82 de l'arbre 83. Plus
le bouton 94 est tourné dans le sens du mouvement
des aiguilles d'une montre pour faire tourner l'échelle
99 de la position zéro à une position supérieure, plus
la tension du ressort 68 augmente. La valeur du
couple résultant sur l'extrémité extérieure du res
sort 68 (reliée par les consoles 70, 74 au fléau 23),
et par conséquent sur le fléau 23, s'opposant au
couple produit par la masse placée sur le plateau
13, est proportionnelle à la rotation du bouton 94
indiquée par l'échelle 99.
Pour utiliser la balance, on place la masse dont le poids doit être déterminé sur le plateau de pesée 13, l'échelle graduée 99 étant en position zéro. Des poids connus sont placés sur le plateau d'équilibrage 12 jusqu'à ce que le poids soit approché dans la limite imposée par le ressort 68. On tourne alors le bouton 94 pour faire tourner l'échelle 99, et l'arbre 83 sur lequel l'extrémité intérieure du ressort 68 est fixée. On produit ainsi un couple au niveau de l'extrémité extérieure du ressort, couple qui est transmis au fléau 23 de l'équipage 11 par le fait que cette extrémité extérieure est fixée audit équipage par les consoles 70, 74. Le couple appliqué au fléau 23 produit un couple de sens opposé à celui produit par la partie encore non équilibrée de la masse inconnue.
Quand l'échelle 99 a tourné d'un angle tel que le couple produit équilibre l'équipage, comme indiqué quand l'index 62 coïncide avec la marque zéro sur l'échelle fixe 63, la rotation enregistrée, qui est directement proportionnelle à la variation du couple, peut être lue sur l'échelle 99 calibrée pour donner immédiatement le poids de la masse placée sur le plateau 13. En résumé, la somme des poids connus sur le plateau 12 et du poids d'équilibrage lu sur l'échelle 99 donne le poids total de la masse inconnue.
On peut remarquer certaines variations dans les ressorts spiraux du commerce. Cependant, les res sorts de ce type peuvent être fabriqués de manière à développer un couple déterminé en cm-g pour une rotation donnée exprimée en degrés. Dans les fabrications en série, cette valeur peut varier quelque peu d'un ressort à l'autre. La déviation à partir du couple déterminé peut être compensée afin d'utiliser une échelle standard valable sur différentes balances.
En d'autres termes, au lieu de faire varier l'échelle 99 d'une balance à l'autre, on prévoit des moyens pour régler le ressort de chaque balance, de manière que les diverses balances du même type et de la même capacité pèsent avec la meme précision.
L'équation qui représente le couple produit par le ressort spiral comprend la longueur du fil ou de la bande utilisé pour fabriquer le ressort, c'est-à-dire la longueur effective depuis le point d'attache sur l'extrémité 82 de l'arbre 83 jusqu'à l'extrémité exté- rieure fixée à la console 70. Une réduction de cette longueur permet d'obtenir un couple donné avec une rotation plus faible de l'arbre 83 et, inversement, une augmentation de cette longueur permet d'obtenir le même couple donné avec une plus grande rotation de l'arbre 83. En conséquence, pour permettre le réglage suivant une pesée précise, la console 70
et le plateau 71 sont agencés de manière que l'extré
mité libre du ressort 68 puisse être déplacée et fixée
dans la position voulue pour modifier la longueur
effective du ressort.
Le raccourcissement ou l'allongemment de cette longueur modifie la configuration
géométrique, de sorte qu'un second réglage est dési
rable. La console 70 peut être réglée vers le haut
ou le bas au moyen de la fente 79 et des vis 80, de sorte que la configuration du ressort peut être réglée de manière à empêcher que les spires adjacentes du ressort viennent en contact les unes avec les autres quand l'arbre 83 est tourné dans le sens d'enroulement du ressort ou quand cet arbre est tourné de manière à relâcher le ressort.
Le bouton 94 porte une cheville d'arrêt 101' s'étendant vers l'extérieur depuis la face intérieure du bouton vers le support 84. Un disque d'arrêt 102, constituant une butée, coopère avec cette cheville 101'. Ce disque 102 est monté sur une vis 103, décalée par rapport au centre du disque et vissée dans un trou fileté 104 taraudé dans le support 84. On voit que le disque 102 est disposé dans la trajectoire circulaire décrite par la cheville 101' quand le bouton 94 tourne sur l'arbre 83. La position angulaire du bouton 94 pour laquelle la cheville 101' engage le profil de came 105 du disque 102 et arrête ainsi la rotation ultérieure, dans un sens ou dans l'autre, peut être modifiée dans certaines. limi- tes grâce au fait que l'ouverture dans le disque 102 à travers lequel passe la vis 103 est décalée par rapport au centre.
Ainsi, on peut faire tourner le disque 102 puis le serrer dans la position voulue en serrant la vis 103. Quand le disque tourne dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre, en regardant la fig. 7, le profil de came 105 sur lequel la che ville 101' engage le disque 102 est déplacé vers la gauche. La rotation du disque d'arrêt 102 en sens inverse du mouvement des aiguilles d'une montre déplace le profil de came 105 vers la droite. Ainsi par un réglage angulaire du disque 102 sur la vis 103, le bouton est empêché de tourner plus avant quand il atteint la position angulaire désirée. Ce : e ré- glage est fait de manière que le bouton 94, quand il ramène l'échelle 99 sur la position zéro, au niveau de l'index fixe 100, est arrêté à zéro, ce qui représente un avantage au début d'une pesée.
De même, le disque constitue également un arrêt quand le bouton est tourné dans le sens du mouvement des aiguilles d'une. montre, de sorte que le ressort ne peut être enroulé trop fortement au-delà de l'extrémité de l'échelle 99. Cet arrêt empêche de tourner le bouton dans l'un et l'autre sens suffisamment pour dérouler ou enrouler le ressort au-delà de ce qu'il peut supporter.
On utilise encore un autre arrêt pour le réglage de l'arbre 83 et du bouton 94 relativement au ressort 68. Une cheville 106 s'étend vers l'extérieur à partir du support 84. Cette cheville est engagée par une vis de serrage 92 qui s'étend à travers un trou fileté taraudé dans l'anneau 91. Cet anneau 91 peut être réglé angulairement sur l'arbre 83 et fixé par la vis 92 de manière que cette vis 92 engage la cheville d'arrêt 106. Cet arrêt permet la mise en place du ressort spiral dans une condition proche de la condition relâchée quand l'échelle 99 marque zéro . Cependant, cette cheville 106 et l'anneau 91 constituent un dispositif d'arrêt secondaire relativement au dispositif constitué par la cheville 101' et au disque 102, ce dernier dispositif étant suffisamment robuste pour supporter les efforts.
Par ailleurs, la cheville d'arrêt secondaire 106 peut devenir inefficace pour le réglage par suite d'un mauvais usage du bouton 94. En conséquence, la construction est telle qu'instantanément, lors de l'engagement de la cheville 106 par la vis 92, la cheville 101' la plus robuste engage l'arrêt le plus robuste, soit le disque 102, pour transmettre tout choc ou tout effort inhabituel à l'arrêt le plus robuste et le plus sûr.
I1 est évident qu'on pourrait utiliser d'autres constructions ou d'autres dispositifs pour déterminer l'angle de rotation et indiquer le poids cherché qui est fonction du ressort spiral. Par exemple, on peut utiliser tout dispositif qui indique par un chiffre la rotation effective d'un arbre et le couple appliqué. De même, l'échelle graduée 99 peut prendre une autre forme que celle décrite et présenter d'autres. subdivisions, de manière à pouvoir déterminer des poids dans un autre domaine de poids. On pourrait utiliser aussi un engrenage entre l'arbre 83 et son bouton et l'échelle 99 pour changer le rapport de la rotation de l'arbre du ressort à la rotation de l'échelle graduée.
En outre, l'échelle 99 qui est utilisée dans la forme d'exécution décrite pour indiquer le poids n'a pas besoin d'être située dans la position représentée sur le coffret de la balance, mais on peut utiliser un arbre flexible ou un train d'engrenages permettant de la loger ailleurs sur le coffret.
Comme le ressort spiral peut être calibré et qu'on peut obtenir de tels ressorts de diverses dimensions on comprend que le ressort est capable de produire une certaine variété de couples. De plus, un ressort spiral de construction correcte peut être utilisé pour indiquer les couples de manière précise et linéaire dans un domaine allant de 1 à 'lion. Ainsi, on peut obtenir une balance de torsion d'une grande sensibilité. On peut mentionner également ici que la rotation de l'échelle ou du bouton n'est pas nécessairement limitée à un tour ou à moins d'un tour, car la rotation est une fonction de la forme du ressort spiral.
L'emploi d'un dispositif d'arrêt n'est pas nécessaire pendant la pesée, mais la balance comprend un dispositif d'arrêt du fléau. I1 est recommandé d'utiliser ce dispositif quand la balance n'est pas en usage, simplement pour protéger ses organes. Le dispositif d'arrêt comprend deux leviers 110, 111 présentant des bras 112, 113 tournés vers le haut et supportant des pièces de blocage 114, 115 qui sont dispos sées au-dessous. des parties extrêmes du fléau inférieur 24. Le levier 110 pivote en 116 sur une console 117 solidaire de la base 10.
Le levier 111 pivote en 118 sur une console 119 également solidaire de la base 10, les extrémités intérieures des leviers présentant des fentes 120, 121 à travers lesquelles s'étend une cheville excentrique 122 d'un arbre 123 monté transversalement aux leviers et susceptible de tourner dans des consoles 124 dans le coffret. L'extrémité extérieure de l'arbre 123 porte un bouton de commande 125 permettant de faire tourner cet arbre. Quand l'arbre 123 tourne d'environ 1800, la cheville 122 fait tourner les leviers 110, 111 sur leurs pivots 116, 118, ce qui déplace vers le haut les pièces. 114 et 115 qui appuient contre la partie inférieure des entretoises 20, 21, assurant ainsi le blocage de l'équipage qui ne peut tourner et supprimant l'effort sur les bandes de cet équipage dans le cas où des poids. trop forts seraient placés sur les plateaux de la balance.
La base de la balance comprend trois pieds dont l'un est fixe et les autres réglables verticalement. Les deux pieds 126 réglables sont placés aux angles avant de la base et l'autre pied (non représenté) au milieu du bord arrière. On peut ainsi mettre la balance de niveau même sur une surface rugueuse ou non de niveau. Des montants 127 supportés verticalement par la base 10 permettent de monter le coffret 16 sur la base 10, par-dessus l'élément articulé, au moyen de vis 127a.
Dans la balance décrite, l'entretoise intermédiaire est fixée sur la base, comme mentionné plus haut, de sorte que l'équipage comprenant le fléau supérieur, le fléau inférieur et les deux entretoises extrêmes, est libre d'osciller autour d'un centre instantané défini par les organes d'appui supérieur et inférieur de l'entretoise intermédiaire. Les fléaux supérieur et inférieur tournent ainsi autour desdits organes d'appui sans frottement. On voit ici la différence avec les autres types de balances dont les fléaux sont supportés par des pivots, des. couteaux ou d'autres. moyens conventionnels qui impliquent un frottement plus ou moins important. Quand les fléaux de la balance de torsion tournent autour de leurs centres. sur les organes d'appui intermédiaires, les entretoises extrêmes décrivent un mouvement qui diffère quelque peu de celui des fléaux supérieur et inférieur.
La ligne de centre verticale passant par une entretoise extrême reste verticale quand l'équipage tourne et présente un léger mouvement tant versal en direction de l'entretoise intermédiaire ou en sens inverse selon la position par rapport à l'horizontalité des. fléaux supérieur et inférieur.