Dispositif de mesure du déplacement d'un organe et utilisation de ce dispositif dans une installation pour la mesure du pincement des roues d'une voiture automobile
L'invention a pour objet un dispositif de mesure du déplacement d'un organe, caractérisé par le fait qu'il comprend un pont de Wheatstone en deux points diagonaux duquel est appliquée une tension alternative et comprenant deux rhéostats dont les curseurs constituent les deux autres points diagonaux du pont et sont reliés électriquement aux extrémités de l'enroulement primaire d'un transformateur, et mécaniquement.
respectivement audit organe et à un dispositif d'entraînement, un détecteur de phase comparant la phase de la tension alternative dans ledit enroulement primaire du transformateur avec une tension de référence, et délivrant une tension redressée positive ou négative selon que la tension à comparer est en phase ou en contre-phase avec la tension de référence, un moteur à courant continu auquel est appliquée la tension redressée fournie par le détecteur de phase et entraînant ledit dispositif d'entraînement relié à l'un des curseurs des rhéostats du pont, et des moyens indicateurs entraînés par ledit dispositif d'entraînement, le tout étant agencé de manière que lorsque l'organe dont on veut mesurer le déplacement entraîne le curseur auquel il est associé dans une certaine direction,
le moteur entraîne l'autre curseur dans une direction déterminée jusqu'en un point tel que la tension entre les deux curseurs soit annulée, et avec elle ladite tension redressée.
Le dispositif selon l'invention peut être réalisé d'une façon simple et fait preuve d'une très grande sensibilité et d'une très grande exactitude.
Les rhéostats pouvant être rectilignes ou curvilignes, le dispositif selon l'invention peut être réalisé aussi bien pour les mesures de déplacements rectilignes que de déplacements curvilignes, en particulier de déplacements circulaires.
L'invention a également pour objet une utilisation particulière du dispositif selon l'invention dans une installation pour la mesure du pincement des roues d'une voiture automobile, comprenant une plate-forme de roulement susceptible de se déplacer transversalement dans un sens ou dans l'autre à partir d'une position médiane sous l'effet de la force de ripage appliquée à la plateforme par la roue avant de la voiture dont on désire mesurer le déplacement, cette utilisation étant caractérisée par le fait que ledit organe, relié à l'un des curseurs de l'un des rhéostats, est constitué par une tige palpeuse entraînée par la plate-forme.
Cette solution présente l'avantage de supprimer toute liaison mécanique entre la plate-forme et le dispositif indicateur, I'un des rhéostats pouvant être monté près de la plate-forme et relié par un câble au reste du dispositif de mesure, qui peut être ainsi situé en un point quelconque, par exemple sur un pupitre comprenant d'autres instruments de mesures situé dans une cabine.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple. une forme d'exécution du dispositif selon l'invention.
La fig. 1 représente le schéma électrique et schématiquement, les mécanismes directement associés au circuit du dispositif.
La fig. 2 représente une vue de face en élévation du dispositif de mesure avec ses moyens indicateurs. sans le boîtier.
La fig. 3 représente une vue en élévation de profil du dispositif.
La fig. 3a représente un détail.
La partie électrique du dispositif, représentée à la fig. 1, comprend essentiellement un pont de Wheatstone constitué par un premier rhéostat 1, un deuxième rhéostat 2 et un troisième rhéostat 3. Le curseur 4 du rhéostat 1 est relié mécaniquement à une crémaillère 5 par des moyens qui seront décrits en détail en relation avec les fig. 2 et 3, et électriquement à l'une des extrémités d'un enroulement primaire 6 d'un transformateur 7, tandis que le curseur 8 du rhéostat 2 est relié mécaniquement à l'organe dont on désire mesurer le déplacement, constitué dans le cas particulier par la tige 9 d'un compa mateur, et électriquement à l'autre extrémité de l'enroulement 6.
Tandis que les curseurs 4 et 8 constituent une des paires de points diagonaux du pont, L'autre paire de points diagonaux est constituée par le point fixe 10 et par le curseur 11 du rhéostat 3 reliés respectivement à chacune des extrémités d'un bobinage secondaire 12 d'un transformateur d'alimentation 13 dont l'enroulement primaire 14 est relié au secteur par l'intermédiaire d'un interrupteur 15.
Lorsque le pont de Wheatstone est équilibré, la tension entre les curseurs 4 et 8 est nulle, mais lorsque l'un des curseurs se déplace par rapport à l'autre, une tension alternative apparaît aux bornes de l'enroulement 6. La phase de cette tension alternative est comparée avec la phase d'une tension de référence au moyen d'un comparateur de phase réalisé selon le principe des détecteurs de phase utilisés par exemple dans les postes récepteurs de télévision. Ce détecteur de phase comprend, de manière connue, deux éléments redresseurs Tl et T2 montés en opposition aux extrémités de deux bobinages secondaires 16 et 17 du transformateur 7 bobiné en série et en sens inverse, et dont le point commun 18 est relié à la source de tension de référence U prise sur un deuxième enroulement secondaire 19 du transformateur d'alimentation 13.
Le signal apparaissant au secondaire du transformateur 7 étant faible, les éléments redresseurs T1 et T2 sont constitués par des transistors dont les bases sont reliées aux extrémités des enroulements 16 et 17 et dont les émetteurs sont reliés au point commun 18, tandis que les collecteurs sont reliés, d'une part, aux bornes d'un moteur à courant continu 20 et, d'autre part, à l'autre borne de la source de tension de référence U à travers un condensateur C1, respectivement C2, de capacité suffisante pour permettre l'établissement d'un courant quasi continu dans le moteur 20.
Le circuit est complété par une lampe témoin 21 montée en parallèle au bobinage 14 du transformateur d'alimentation, et par une lampe témoin 22 reliée, d'une part, aux bornes 23 et 24 d'un contacteur by-pass et. d'autre part, à l'interrupteur 15, destiné à signaler les positions extrêmes dangereuses susceptibles d'être atteintes par la crémaillère 5, c'est-à-dire le curseur 4, cette crémaillère entraînant dans son déplacement le doigt mobile 25 du contacteur by-pass qui atteint dans l'une ou l'autre des positions extrêmes la borne 23 ou 24 du contacteur.
Le dispositif de mesure fonctionne de la manière suivante
Après avoir relié le dispositif au secteur et contrôlé au moyen de la lampe témoin 21 que l'alimentation est établie, on effectue, si nécessaire. la mise à zéro de l'organe indicateur au moyen du potentiomètre de mise à zéro 3. Lors de la mise à zéro ou du déplacement ultérieur de la tige 9 du comparateur lors de la mesure, apparaît entre les curseurs 4 et 8, c'est-à-dire dans l'en roule- ment 6 du transformateur 7. une tension alternative qui engendre dans les enroulements secondaires 16 et 17 des tensions alternatives en opposition de phase qui sont respectivement soit en phase ou en contre-phase avec la tension de référence U qui est également la tension d'alimentation des transistors T1 et T2.
Le fonctionnement du détecteur de phase ne sera pas décrit plus avant, celuici étant identique au fonctionnement d'un détecteur de phase tel qu'utilisé en télévision. En bref, selon que la tension entre la base et l'émetteur du transistor T1 ou de l'émetteur du transistor T2 est en phase avec la tension de référence U, I'un ou l'autre de ces transistors conduira et il apparaîtra aux bornes du moteur à courant continu 20 une tension redressée positive ou négative, de sorte que le moteur 20 sera parcouru par un courant continu soit dans un sens, soit dans l'autre, de manière à être entraîné en rotation soit dans un sens, soit dans l'autre.
pour entraîner par l'intermédiaire d'un engrenage réducteur comprenant un pignon 26 la crémaillère dans un sens ou dans l'autre selon les flèches Fl et F2, jusqu'au moment où le curseur 4 atteint un point tel que la tension aux bornes de l'enroulement 6 s'annule entraînant l'arrêt du moteur 20.
Les éléments du circuit auront de préférence les valeurs suivantes:
Potentiomètre 3 32 ohms
Enroulement 6 5 () ohms
Enroulements 16 et 17 150 ohms
Condensateurs Cl et C2 120 microfarads
Transistors Tl et T2 type 2N 554
Tension d'alimentation du pont 24 volts
Tension de référence 12 volts
Potentiomètres 1 et 2 100 ohms
Les fig. 1 et 2 représentent une réalisation pratique du dispositif de mesure.
Il comprend un bâti constitué par un socle en matière synthétique 27 sur lequel est fixée une plaque verticale en matière synthétique 28 portant, d'un côté, une plaque isolante 29 maintenue par des entretoises 30 et 31 à une certaine distance de la plaque 28 et portant la plus grande partie des éléments du circuit électrique représenté à la fig. 1 qui sont partiellement réalisés sous la forme d'un circuit imprimé et le transformateur d'alimentation 13, tandis que le moteur 20 et le potentiomètre 3 sont montés directement sur le bâti 28.
Les rhéostats I et 2 du pont de Wheatstone devant collaborer avec des éléments mécaniques. le potentiomètre 1 est monté en avant de la plaque 28 entre les deux plaques 32 et 33, tandis que le potentiomètre 2 est monté dans une unité indépendante, non représentée aux fig. 2 et 3, comprenant le rhéostat 2 et la tige 9 logés dans un boîtier adéquat et constituant une tête de mesure reliée au reste du dispositif par un câble et susceptible d'être montée en un endroit approprié. Les rhéostats 1 et 2 sont réalisés sous la forme cylindrique à fil de résistance bobiné hélicoïdal.
L'axe du moteur 20 porte un pignon 34 entraînant un engrenage réducteur en nylon constitué par une roue dentée 35 dont le pignon 26 engrène avec la denture 35 de la crémaillère 5 constituée par une barre présentant une fraisure 36 s'étendant le long de la denture 35 et dont la paroi horizontale 37 roule sur un galet à billes 38. tandis que deux autres galets à billes 39 et 40 sont disposés au-dessus de la crémaillère de part et d'autre du galet 38, ces trois galets assurant un déplacement rectiligne horizontal de la crémaillère 5.
La crémaillère 5 est fixée à un cadre 4-1 dont elle constitue la diagonale, dont les deux autres joints diagonaux sont reliés respectivement au curseur 4 du rhéostat 1 et à un élément scripteur 42 pour l'enregistrement de la mesure sur un diagramme. Le curseur 4 comprend deux lames métalliques et élastiques 43 et 44 (fig. 3) la lame 44 constituant le curseur proprement dit et se déplaçant sur le bobinage du rhéostat 1, tandis que la lame 43 assure un contact continu avec une barre 45 reliée électriquement au bobinage 6.
Le cadre 41 entraîne par sa partie inférieure 46 la tige 47 d'une pièce 48 fixée d'une manière réglable sur l'aiguille indicatrice 49 qui se déplace devant un écran 50 en pivotant autour d'un point 51 situé à l'extrémité inférieure de l'aiguille dans le socle 27. Les graduations pourront être portées soit sur l'écran 50, mais de préférence sur un deuxième écran 52 comprenant une fenêtre 53 permettant une meilleure lecture. Précisons encore, comme il ressort de la fig. 3, que le cadre 41 est essentiellement constitué par deux lames métalliques découpées en forme de T 54, la crémaillère 5 étant fixée à chaque extrémité des jambes 54a de ces T.
Le centrage de l'aiguille 49 et sa remise exacte à zéro est assurée par un dispositif très simple et efficace comprenant un ressort-fil 55 en forme d'épingle dont les deux branches se croisent en un point 56 (fig. 3a) la boucle du ressort étant fixée autour du pivot 57 de l'aiguille 49. tandis que ses extrémités s'appuient de part et d'autre d'une butée de centrage 58 fixée sur le bâti et présentant une fraisure en V 59 maintenant le ressort 55 latéralement. Au-dessous de la butée 58 et entre les deux fils du ressort 55 est disposée la pièce 48 dont l'extrémité est conformée de la même manière que la butée 58.
Lors du déplacement de l'aiguille 49, la pièce 48 vient buter contre le ressort 55 et entraîne celui-ci qui agit à l'encontre de la force du moteur 20, l'aiguille étant ainsi constamment sous l'effet de deux forces opposées qui ont pour effet de supprimer toute oscillation de l'aiguille. En position de repos, le ressort 55 assure également le centrage de l'aiguille 49 et son maintien dans la position zéro sans oscillations.
L'organe scripteur 42 est constitué par la cartouche et la pointe d'un stylo à bille avec son ressort 60. le corps du stylo étant ici remplacé par une pièce adéquate 61 fixée à l'extrémité 46 du cadre et présentant deux portées 62 et 63 entre lesquelles est comprimé le ressort 60. Le dispositif comprend également un porte-diagramme constitué par une plaquette 64 maintenue élastiquement contre l'extrémité de l'organe scripteur par un ressort hélicoïdal 65 dont la pression peut être ajustée au moyen d'un écrou moleté 66. Pour placer ou retirer le diagramme. il suffit donc d'appuyer sur la plaquette 64 qui vient occuper la position représentée en traitillé. La bande de papier est en outre guidée par deux barreaux latéraux 67 et 68.
L'ensemble est monté dans un boîtier abritant le mécanisme et le circuit.
Dans une variante. la crémaillère pourrait être remplacée par une roue dentée entraînant le curseur d'un potentiomètre dans un mouvement circulaire. Le potentiomètre 2 pourrait être également curviligne. particulièrement circulaire, par exemple pour la mesure de déplacements angulaires.
Le dispositif décrit trouve une utilisation particulièrement intéressante dans une installation pour la mesure du pincement des roues d'une voiture automobile telle que décrite dans le brevet suisse No 391307. Une telle installation comprend essentiellement une plate-forme de roulement destinée à être parcourue sur toute sa longueur par l'une des roues avant du véhicule. Cette plate-forme est solidaire d'un châssis rigide susceptible de se déplacer transversalement par rapport à un châssis fixe noyé dans le sol, Lors de l'utilisation, le véhicule dont on désire mesurer le pincement des roues avant s'engage sur la plate-forme avec l'une des roues avant, tandis que l'autre roue reste à côté de la plate-forme.
Si la roue engagée sur la plate-forme présente un pincement, le pneu de cette roue roulant sur la terre ferme et immédiatement avant de s'engager sur la plate-forme est légèrement fléchi par un frottement sur le sol (ripage) dû au pincement. Dès l'instant où il s'engage sur la plate-forme mobile, il retrouve sa forme normale en entraînant la plate-forme. Le déplacement de la plate-forme est communiqué à la tige 9 de la tête de mesure montée en un point fixe par rapport au sol. Le boîtier de mesure pouvant être disposé en un endroit quelconque grâce à la liaison souple qui le relie à la tête de mesure, la lecture de la mesure pourra s'effectuer aussi bien à l'intérieur de la voiture qu'à l'extérieur, par exemple en un poste central de mesure. Le cadran de l'appareil est généralement gradué en mètres par kilomètre.
Le dispositif selon Invention trouvera bien entendu bien d'autres applications intéressantes, tant pour mesurer des déplacements rectilignes et angulaires que des pressions ou des niveaux.