CH456463A - Diapason de torsion pour appareil de mesure du temps - Google Patents

Description

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 Diapason de    torsion   pour    appareil   de mesure du temps L'invention a pour objet un    diapason   de torsion, pour    appareil   de    mesure   .du temps. 



  Dans    l'étude   des oscillateurs de torsion que la titulaire a faite, on a cherché à se rapprocher de    l'oscilla-      teur   parfait qui peut être    envisagé   sous l'aspect d'un système vibrant    co,nservatif,      isolé   dans    l'espace.   



  Ceci conduit, du    point   de vue ,pratique, à    rechercher   un    dispositif   qui    puisse      satisfaire   à deux    ciitères,      c'est-      à-dire,   d'une part, présenter    urne      perte      d'énergie   globale qui soit    nulle   et, d'autre part, une quantité de mouvement et un    moment      cinétique      élaborés   en    observateurs   fixes qui soient également nuls. 



  Le diapason objet du    présent   brevet,    constitué   pair un. élément élastique    reliant   deux .masses    oscillantes,   est réalisé sous la forme d'un    oscillateur   à moment    cinétique   nul, non par l'intermédiaire de deux    oscillateurs   plus ou moins indépendants pour lesquels    il   faut respecter les conditions de fréquences égales, d'amplitudes égales et d'opposition: de phase,    notamment   dans le cas d'un diapason de flexion    classique   en U, mais par un seul et unique    dispositif   vibrant    remplissant   parfaitement et sans ajustage    .les   conditions    ci=dessus.   



  Ce diapason de torsion ,permet de réduire les sources    d'amortissement.   En ce qui concerne le frottement    in-      terne   de    l'oscillateur,      il   faut noter que la torsion pure    faisant   intervenir    uniquement   du    cisaillement,   les déformations ont lieu    théoriquement      sans   changement de volume. Il n'y a donc .pas de    courants   thermiques    tra@ns-      versaux   et le frottement interne est toujours plus faible qu'en traction compression.

   Un    oscillateur   à vibration de torsion présente donc des    avantages      certains   sur tout autre oscillateur à vibrations    longitudinales,      transversales   ou radiales. 



  D'autre part, une symétrie aussi    parfaite   que possible de    l'oscillateur   permet de réduire ou de faire    dispa-      raître      les   zones à forte concentration de    contrainte,   et cette symétrie est donc    également   favorable à de faibles pertes    internes.   



  Pour les pertes    acoustiques,   le diapason utilisant la torsion, le rayonnement de    l'oscillateur   est nul. En effet, seules    interviennent   des rotations des sections droites les unes par rapport aux autres. Quant au circuit d'entretien, il peut être    réalisé   avec des    @dimensions   telles que son    rayonnement   soit    négligeable.   



  Si, dans les oscillateurs utilisant un autre genre de vibrations, il faut tenir compte du frottement résultant de l'air entraîné, il faut noter que pour une vibration de torsion le régime    est      ,laminaire,   donc à frottement faible. De toute manière, on. peut agir sur les dimensions de l'oscillateur en utilisant des matériaux à haute densité permettant de réduire    celles-ci   et par suite ce terme visqueux. 



  L'invention a pour objet un :diapason de torsion pour appareil de mesure du temps,    caractérisé   en ce qu'un fil de support    encastré   à ses deux extrémités    dans   un bâti porte au moyen d'au moins un    canon   .de    centrage,   un    oscillateur   constitué par un élément élastique    reliant   deux masses    oscillantes,      cet   élément    étant   soumis à    l'action   d'une force de torsion entretenue par au moins un organe capteur et au moins un organe    excitateur   fixés sur    l'os-      cillateur,

     utilisés en    combinaison   avec un    dispositif   d'amplification. 



  Le dessin annexé    illustre      schématiquement   et à    titre   d'exemple une forme de    réalisation   et    des      variantes   du diapason. 



  La    fig.   1 est une vue en    élévation   du diapason de torsion muni de    capteurs   et d'excitateurs de    flexion.   La    fig.   2 est une vue d'un diapason    muni   de deux    canons   de centrage. 



  La    fig.   3 est    une   vue -en élévation d'un diapason muni d'un    capteur   et d'un excitateur de ,torsion. 

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 La    fig.   4 est une vue en bout du    diapason   de la    îig.   J. 



  La    fig.   5    est   une vue en élévation d'un diapason    dans   lequel le    capteur   et    l'excitateur   sont    constitués   par    des   anneaux de torsion. 



  La    fig.   6 est une vue en coupe suivant la ligne    VI-VI   de la    fig.   5. 



  La    fig.   7 est une vue à    échelle      agrandie      d'un,   mode de fixation    d'un      bilame   de flexion sur    l'oscillateur.   



  La    fig.   8 est une vue    schématique   montrant les    dé-      formations   d'un    bilame   de    flexion   monté    sur   l'oscillateur. 



  Le diapason représenté à la    fig.   1 comprend un    oscil-      lateur   constitué par deux masses    oscillantes   1, 2 de forme    cylindrique   qui sont    reliées   par un ,tube élastique 3 susceptible de se    déformer   par torsion,    mais      il   est bien évident que    ce   dernier pourrait être remplacé par un arbre    élastique.   



  Les masses 1, 2 peuvent être    obtenues   par    usinage   dans la masse, de    manière   à ne former    qu'une      seule      pièce   avec la partie    centrale,   ou être rapportées, et    réalisées      notamment   en alliages    métalliques   à    densité      élevée      tels   que    lnermet   ou    Pondéral,

        eéhnvar.   Le tube 3 est    réalisé   notamment en    alliage      métallique   à    coefficient      thermo-      élastique      ajustable      (élinvar   par    exemple)   en alliage    NiCr   80/20,    aluminium   ou    @duralumin,   verre    desilice   ou quartz. 



     Le   tube 3 et les deux masses oscillantes 1, 2 présentent un    alésage   central 4 débouchant aux deux extrémités, qui est traversé    axialement      par   un fil 5    réalisé   de préférence en    NiCr   80/20 ou    Phynox,      Bronze.   Ce    fil   5 est    encastré   rigidement à ses deux    extrémités   6, 7    dans   un bâti non    représenté   sur le dessin, et il est solidaire sur sa longueur d'un canon de centrage 8    fixé   dans la partie    médiane   du tube 3    près   d'un    noeud   de rotation. 



     Le   canon de    centrage   est    réalisé   de    préférence   en métal, en matière    plastique   ou en    caoutchouc.      L'oscillateur      constitué   par le tube 3 et les masses 1, 2 est excité en    torsion;   par des    organes      excitateurs      décrits   plus    loin.   



  En    fonctionnement,   les deux :masses 1, 2    présentent   des ventres de    To:tation   et vibrent en opposition parfaite de phase, car l'ensemble n'admet qu'une seule fréquence propre de torsion    fo   à la condition    essentielle   que l'on évite    d'imposer,   par une    liaison   mécanique    quelconque,   un    nceud   de rotation le long du tube    élastique   3. 



  Le fil 5 et l'oscillateur    constitué   par le tube 3 et des deux    masses   1, 2 forment un deuxième    oscillateur   de torsion de    fréquence   fi et on recherche toujours à    obtenir   une fréquence fi qui soit très    inférieure   à    fo   comme cela peut être obtenu très facilement. 



  De cette    manière,   cette    disposition      présente   deux    avantages      très      importants   et tout d'abord que l'oscillateur    =principal   ne    transmet   au support qu'une très    faible   partie de son énergie. Par exemple, dans le cas où le rapport    fo/fi   est voisin de 100, le facteur    d'isolation   est de l'ordre de    10-a.   



     Secondement,   la    suspension   ainsi    réalisée      constitue   un filtre mécanique    excellent   et    l'oscillateur      ,principal   présente de ce fait une très grande insensibilité aux perturbations. Des butées disposées de manière convenable et non représentées au    dessin   empêchent le fi 5 de prendre des amplitudes dangereuses. 



  Le réglage fin de la fréquence    fo   de    l'oscillateur   est obtenu    facilement   par des procédés    connus   et notamment, à (la    fig.   1, par    :des   masselottes 9, 10, qui permettent un réglage en Vissant celles-ci plus ou    moins.      Il   faut encore noter que    la   suspension de    l'élément      oscillateur,   au moyen d'un    fil,   permet encore de réduire    considérablement   les pertes dans    la   suspension.

   En    effet,      un   support quel    qu'il   soit    constitue      un;,   zone d'écoulement de l'énergie et il se traduit donc    par      un      accroisse-      ment   de la    dissipation      d'énergie.   



  A da    fig.   1 sont représentés deux    capteurs   11, 12,    constitués      -par   des    bilames   de    flexion      piézo-électriques   disposés symétriquement par rapport à l'axe de    torsion   et dont l'une des    extrémités   13 est    fixée   rigidement sur les masses 1, 2 de    l'oscillateur,   alors que l'extrémité 14 est libre. 



  Les    capteurs   sont situés de préférence au    voisinage   d'un ventre de déplacement. De la    même      manière,   les excitateurs 15, 16 également constitués par des    bilames   (de    flexion      piézo-électriques   :sont disposés    symétrique-      ment   aux    capteurs   11, 12 et    fixés   de    la   même façon que ceux-ci. 



  A .la    fig.   7, on a représenté un mode de fixation d'un    bilame      capteur   de flexion, tel que 11, dont l'extrémité 13 est    encastrée   dans    .une      rainure   13 A pratiquée    dans   la    masse   1. 



  La flexion du    bilame      capteur   tel que 11 représentée à la    fig.   8,    indique   la ,po    ition   11 A du    bilame   au repos et les positions 11 B et 11 C ide celui-ci qui correspondent aux positions de    maximum   d'amplitude de    rotation   de    l'oscillateur.   



  Les    bilames   de flexion sont dimensionnés pour    tra-      va.iller   en    capteur   absolu    d'accélération.   



  Les capteurs et    excitateurs   sont    reliés   par l'intermédiaire d'un -dispositif    d'amplification      électronique   d'un type    connu,   au moyen de    'fils   fis disposés de manière à perturber au    minimum   le fonctionnement de    l'oscillateur.   



     Le      diapason,   représenté à la    fig.   2 est    constitué   par un tube 3    solidaire   à    ses   extrémités de deux    .masses   oscillantes 1, 2 ;    l'oscillateur      ainsi      constitué   est    fixé   au bâti par    l'intermédiaire   d'un fil 17    comme   :dans l'exemple de    réalisation      précédent,      mais   on    utilise      dans      ce      cas   deux canons de    centrage   18, 19 qui sont fixés aux extrémités du :

  tube 3,    près   des ventres de rotation. 



  D'autre part, un seul    capteur   20 constitué par un    bi-      lame   de    flexion      piézo-électrique   est    fixé   par l'une de ses extrémités sur la masse oscillante 1 alors que son autre    extrémité   est    libre.   



     Symétriquement   au    capteur   20, un    excitateur   21 est fixé sur la masse 1 de    (l'oscillateur.   



  Aux    fig.   3 et 4 est représentée une autre    avariante   du    diapason   :de    torsion   identique à celui de la    fig.   1,    dans   lequel    les      bilames   de flexion constituant des capteurs et les    excitateurs   sont remplacés par des bilames de torsion    piézo-électriques   25, 26    qui   .sont    fixés   rigidement par une    extrémité   telle que 27 sur la    tête   1 pour le capteur 25 dont    l'extrémité   28 est    libre.   Dans ce    cas,

     le capteur et    d'excitateur   sont disposés de façon à présenter leur axe de mesure de telle    manière      qu'il   soit confondu avec celui de    l'oscillateur.   Cette    liaison      est   réalisée au voisinage d'un ventre de    #ro.tafion   de    l'oscillateur.   



  Les    fig.   5 et 6 représentent une autre    variante   de réalisation du    diapason   de la    fig.   4 dans lequel les lames de torsion constituant le capteur et    (l'excitateur   sont    rem-      placés   par    des      anneaux   de torsion    piézo-électriques.   Dans ce cas, l'un des    anneaux   31 est fixé à l'intérieur de l'alésage 4 par sa paroi extérieure et    il      Teçàit      intérieurement   le canon de centrage 8 sur lequel    il   est fixé.

   L'autre anneau 32 est fixé sur la paroi extérieure du tube 3 qu'il    entoure.   Les anneaux de torsion    piézo-électriques   sont fixés à leurs deux extrémités et situés de    préférence   au 

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 voisinage d'un    noeuid   de    rotation   de :l'oscillateur dans la partie médiane du tube 3. 



  Comme pour les    bilames   de flexion, on utilise également un :dispositif électronique d'amplification connu qui relie le    capteur   et    l'excitateur   constitués par des organes d e torsion    piézo-électriques.   



  D'autre part, on peut également utiliser n'importe quel circuit magnétique ou    capacitif   connu délivrant deux forces opposées, de telle sorte que le capteur et    l'excita-      teur   soient suspendus au même fil que    l'oscillateur   luimême.

Claims (1)

1. REVENDICATION Diapason de torsion pour appareil de mesure du temps, caractérisé en ce qu'un fil de support encastré à ses deux extrémités .dans un bâti porte au moyen d'au moins un canon de centrage, un oscillateur constitué par un élément élastique reliant :deux masses oscillantes, cet élément étant soumis à l'action d'une force de torsion entretenue par au moins un organe capteur et au moins un organe excitateur fixés sur l'oscillateur, utilisés en combinaison avec un @dispositif d'amplification. SOUS-REVENDICATIONS 1.

   Diapason de torsion suivant la revendication, caractérisé en ce que l'élément .élastique est un tube portant à ses :deux extrémités deux masses oscillantes, dans lequel le fil de support qui le traverse est fixé par un canon de centrage situé près du -n#ud de rotation. 2. Diapason de torsion suivant la revendication, caractérisé en ce que l'élément élastique est un tube dans lequel le fil de support est fixé par deux organes de centrage situés près des masses oscillantes dans la zone des ventres de rotation. 3.

   Diapason de torsion suivant la revendication caractérisé en ce que l'organe excitateur et l'organe capteur sont constitués chacun par un bilame de flexion piézo-électrique, dont une extrémité est fixée sur l'oscillateur près d'un ventre de rotation et dont l'autre extrémité est libre. 4. Diapason de torsion suivant la revendication, caractérisé en ce que l'organe excitateur et l'organe capteur sont constitués chacun par un bilame de torsion piézo-électrique, disposés symétriquement par rapport à 'l'axe de torsion et dont l'une des extrémités est fixée sur l'oscillateur près d'un. ventre de rotation et dont l'autre extrémité est libre. 5.

   Diapason :de torsion suivant la revendication, caractérisé en ce que l'organe excitateur et l'organe capteur sont constitués chacun par un bilame @de torsion piézo-électrique, disposés symétriquement par rapport à l'axe de torsion et dont les deux extrémités sont fixées sur l'oscillateur près d'un ventre de rotation. 6. Diapason de torsion suivant la revendication, caractérisé en ce que l'organe excitateur et l'organe capteur sont constitués chacun par un anneau de torsion piézo-électrique, :dont l'axe est confondu avec celui de l'oscillateur et dont les deux extrémités sont fixées sur l'oscillateur près du n#ud de rotation. 7.

   Diapason selon l'une des sous-revendications 3, 4, 5 ou 6, caractérisé par le fait que le éléments piézo- électriques sont en céramique.