CH642745A5 - Dispositif differentiel de pesage. - Google Patents

Description

La présente invention se rapporte à un dispositif pour peser rapidement des charges de marchandise et plus particulièrement à un dispositif de ce type qui diminue l'imprécision de pesage due aux différentes conditions qui se présentent en fonctionnement réel d'un tel dispositif et qui donc augmente la précision de pesage.

L'invention traite en particulier d'un dispositif de pesage comprenant une cellule de pesée, du modèle des balances à ressort, délivrant un signal électrique de sortie proportionnel au poids. Un certain nombre de conditions, qui se présentent durant le fonctionnement d'une telle cellule de pesée, détériorent la précision de la cellule de pesée. Par exemple, durant la pesée nette ou brute, la mise en place des marchandises sous la forme de grandes pièces, le choc de ces pièces au moment du contact crée des signaux indésirables, qui cachent ou interfèrent avec le signal de pesée. De même, les vibrations transmises à la cellule de pesée et au transducteur électrique, par exemple des signaux transitoires de commutation, contribuent également avec des composantes indésirables aux signaux de pesée. Ces signaux ou composantes de signaux indésirables, appelés ci-après bruit, sont superposés au signal de pesée et établissent ainsi une limite pour la variation de poids la plus faible qui peut être détectée avec précision par la cellule de pesée.

5 L'effet résultant de l'impact de pièces individuelles de la marchandise à peser sur la précision de pesée peut être apprécié facilement en remarquant qu'une tranche de pomme de terre tombant par une trémie de balance sur le bord de la tranche crée un signal instantané deux fois plus grand que la même tranche tombant à plat sur io les autres tranches du plateau de balance. Une grande tranche va peser environ 3 grammes, de sorte que l'impact créé ainsi peut conduire à une pesée qui est réellement plus légère de 3 grammes que la pesée réelle, parce que la tranche en tombant sur son bord sera perçue comme si elle pesait 6 grammes.

15 Le problème de vibration indiqué ci-dessus impose l'usage de cellules de pesée plus lentes. Expliquons: une suspension à ressort donnée a une durée minimale pour trouver sa position d'équilibre, lorsque la suspension a un amortissement critique qu'on appelle sa réponse optimale. Dans ces conditions, la durée de réponse est égale 20 à un cycle de la fréquence propre de la suspension. Lorsque la suspension est plus dure, de façon à doubler la fréquence propre, le chemin de la suspension pour une augmentation de poids donnée sera réduit d'un facteur quatre. En d'autres termes, une amplitude donnée de vibration correspond à un signal représentant un poids 25 quadruple lorsque la vitesse de réponse de la suspension est doublée.

Considérons, dans un exemple spécifique traitant la vibration, qu'une cellule de pesée de Vio seconde avec une trémie de balance, des parties mobiles et une charge de 900 grammes ne bougera que de 0,71 microns lorsque 0,5 gramme ajouté. Toutefois, la vibration 30 pour une cellule de pesée habituelle de Vio s d'une balance automatique dépassera notablement le signal correspondant à un poids de 0,5 gramme et ainsi les limites de la précision de pesée imposées par les vibrations sont évidentes.

On a aussi noté que les fréquences de vibration rencontrées lors 35 du fonctionnement varient de 0,3 à 60 Hz, tandis que les fréquences propres des cellules de pesée varient entre 3 et 10 Hz. Une balance à échelle multiple peut comprendre une vingtaine de conduits d'amenée, qui agissent ou sont découplés à différents moments. Les moteurs d'entraînement pour un tel ensemble peuvent produire des io fréquences entre 20 et 30 Hz pendant que les rubans transporteurs, engrenages et parties mobiles associées créent un grand nombre de fréquences. De plus, les chariots avec les mâchoires de fermeture, les bras de manivelle et les supports de mise en forme créent des fréquences inférieures aux fréquences propres des cellules de pesée. 15 Enfin quelques-unes des vibrations les plus fortes sont transmises par le sol, ces vibrations venant du passage de convoyeurs, d'engins de levage, des équipements de distribution de produits par vibration et autres matériels similaires. Ainsi les vibrations mentionnées ci-dessus apparaissent dans le signal du poids généré par la cellule de 50 pesée comme un mélange de composantes de différentes fréquences et dont le rapport des phases varie.

Les parasites électriques recueillis par couplage mentionnés ci-dessus peuvent être rayonnés ou pénétrer par conduction et les plus inquiétants sont causés par les tensions transitoires. Les conduits 55 d'amenée par vibrations peuvent créer des transitoires de 2000 volts, tandis que les solénoïdes et les relais créent aussi des transitoires notables.

Comme expliqué ci-dessous avec plus de détails, la présente invention apporte une amélioration notable dans le signal de pesée 60 généré par une cellule de pesée par rapport au signal de bruit créé par l'impact, la vibration ou les parasites électriques de couplage, et un aspect de l'invention traite des mesures d'amortissement dans ce but. Deux brevets relèvent de cet aspect de l'invention, les brevets US 2793026 (Giardino et coll.) et réémis US 28303 (Blodgett). 65 Le brevet US 2793026 porte sur un appareil de pesage avec balance à ressort pour des opérations de pesée et de contrôle rapides, comprenant une paire de suspensions à ressort, reliées individuellement à un support commun par l'intermédiaire de mécanis

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mes d'amortissement individuels. Une des suspensions comprend un plateau gradué et une plaque de capacité associée à chaque suspension. Le mouvement relatif entre les plaques (comme cela se produit lorsque les suspensions se déplacent l'une par rapport à l'autre) provoque une modification de la distance entre les plaques de la capacité et ainsi une modification du signal de sortie détecté par un instrument de mesure électrique associé. Le brevet en question propose un ajustement pour éviter un couplage indésirable des deux suspensions.

Le brevet US 28303 se rapporte à des balances de pesée compensées dynamiquement, dans lesquelles un couplage sensible à la vitesse est établi entre une suspension du plateau de la balance et une suspension compensatrice. Le brevet dit aussi qu'un amortissement du plateau de balance peut être souhaitable. Le brevet met l'accent sur la compensation de l'impact et la détection de la vitesse. L'objet de ce brevet est inclu ici pour référence.

Selon la présente invention, on prévoit un dispositif de pesée qui permet une réduction très importante de la dégradation du signal de pesée, en comparaison avec tous les dispositifs de pesage, selon l'état de la technique connu, y compris ceux mentionnés ci-dessus. En particulier, le dispositif de pesage selon l'invention permet une amélioration dans le-rapport du signal de pesée au bruit causé par les vibrations, l'impact et les couplages électriques, c'est-à-dire au bruit selon tous les types fondamentaux rencontrés dans les dispositifs de pesage. L'invention montre des aspects mécaniques et peut aussi avoir des aspects électriques et ces aspects combinés permettent une amélioration optimale dans le rapport signal/bruit. Pourtant,

l'aspect mécanique de l'invention permet à lui seul une amélioration importante par rapport à au moins une catégorie de bruit, en comparaison avec tous les dispositifs de pesage mesurés de l'art antérieur, y compris ceux des brevets mentionnés ci-dessus.

Selon l'invention, un dispositif de pesage différentiel comprend une première suspension avec le support du poids pour recevoir la marchandise à peser, une seconde suspension ayant une fréquence propre accordée à celle de la première suspension, des premiers moyens pour amortir le mouvement de la première suspension par rapport au sol, des seconds moyens pour amortir le mouvement de la seconde suspension par rapport au sol, des troisièmes moyens d'amortissement reliant la première et la seconde suspension, afin d'amortir le mouvement relatif entre les deux suspensions, et un moyen sensible au déplacement relatif entre la première et la seconde suspension, afin de fournir une indication en rapport avec ce déplacement relatif. La disposition de ces moyens d'amortissement en combinaison constitue ce qu'on appelle l'aspect mécanique de l'invention et donne les résultats améliorés mentionnés ci-dessus.

Le dispositif selon l'invention peut comprendre un circuit pour traiter le signal électrique, pour traiter le signal de sortie se rapportant au déplacement, le circuit comprenant un amplificateur différentiel et un filtre passe-bas. Le moyen sensible au déplacement comprend de préférence un transducteur électrique de déplacement avec une paire de bobines ou d'enroulements de détection, branchés en parallèle et placés sur l'une des suspensions pour détecter un déplacement relatif entre les enroulements et un noyau placé sur l'autre suspension. Les sorties des deux enroulements détecteurs sont branchées aux deux entrées d'un amplificateur différentiel. L'amplificateur différentiel réduit de façon efficace le bruit apparaissant aux deux entrées, surtout les couplages électriques. Le filtre passe-bas est branché à la sortie de l'amplificateur différentiel et a une fréquence de coupure placée à la fréquence propre des deux suspensions ou au-dessus. Comme expliqué ci-dessous, tandis que les fréquences inférieures aux fréquences propres des suspensions de la cellule de pesage contiennent l'information du signal de pesée et ne devraient pas être filtrées, des fréquences au-dessus de ces fréquences propres peuvent être éliminées sans risque par filtrage.

Les caractéristiques et avantages de l'invention vont être décrits ou seront apparents dans la description détaillée des formes d'exécution préférées qui va suivre.

La fig. 1 est une représentation schématique d'une cellule de pesage différentielle selon l'invention et la fig. 2 est le schéma du circuit du transducteur de déplacement de la fig. 1 en combinaison avec le circuit de traitement du signal électrique selon l'invention.

En se référant à la fig. 1, une représentation schématique montre les éléments fondamentaux du dispositif de pesage selon l'invention. Comme indiqué, le dispositif comprend une première suspension à ressort, habituellement avec la référence 12, montée sur un socle commun 14. La première suspension à ressort 10 comprend un montant de support ou pilier 16, placé sur le socle 14, qui est relié à travers des plaques flexibles 18a et 18b à une tige verticale 20 de balance. Un plateau 22, fixé à la tige 20, reçoit l'entonnoir ou le réceptacle 24, dans lequel une marchandise est déposée depuis une unité d'alimentation 25 telle qu'une alimentation à vibrations. On comprend que d'amener une marchandise à l'entonnoir 24 entraînera un déplacement proportionnel linéaire vers le bas de la tige de balance 20. Un amortisseur ou un piston d'amortissement 26 est placé au bas de la tige de balance 20 pour amortir son mouvement.

La seconde suspension à ressort 12 est de construction semblable et comprend un montant de suspension ou pilier 28 qui porte une paire de plaques flexibles 30a et 30b reliées à un membre en tige vertical ou tige verticale de balance 32 et à un amortisseur 34 fixé à la tige 32.

Un bras de support 36 fixé à la tige 32 permet de fixer un noyau 38, qui est une partie du transducteur de déplacement 40 à bas voltage décrit ci-dessous plus en détail. Une bobine 42 est portée par un bras de support 44 associée à la tige de balance 20 de la première suspension à ressort 10. En général, le noyau 38 et la bobine 42 sont disposés et la bobine 42 est branchée de façon que tout mouvement relatif entre les deux génère un signal de sortie correspondant, qui va sur un circuit électrique de traitement 48, qui commande l'opération d'une soupape d'admission et un actuateur, désigné par 50, pour l'amenée des marchandises 25.

Le piston 46a de l'amortisseur 46 est aussi relié au bras de support 36, tandis que le cylindre 46b de l'amortisseur 46 est fixé à la tige de balance 20. L'amortisseur 46 indique une représentation d'une liaison par un amortisseur entre les suspensions à ressort primaire et secondaire; d'autres formes d'amortissement entre les suspensions à ressort primaire et secondaire connues dans le métier peuvent être utilisées.

Les fréquences propres des suspensions à ressort 10 et 12 sont choisies de façon à être le plus identique possible. Le transducteur de déplacement 40 donne, comme indiqué ci-dessus, un signal de sortie (on modifie un signal de sortie constant) seulement quand une suspension se déplace relativement à l'autre et ne donne pas de signal de sortie (ou de modification dans le signal de sortie) pour des mouvements, où les deux suspensions sont déplacées du même montant par rapport au sol. En théorie, il n'y aura pas de mouvement relatif entre les deux suspensions et ainsi aucun changement de signal quand le socle 14 vibre. Pourtant, en pratique, un amortissement parfait et un accord parfait entre les fréquences propres des suspensions n'est pas possible parce que la fréquence propre et l'amortissement de la première suspension 10 changent avec le poids pesé. D'autre part, ce rapprochement de l'amortissement et dans l'accord des fréquences des deux suspensions a permis une amélioration d'un facteur vingt dans le rapport signal/bruit par rapport aux dispositifs de pesage usuels du même type.

La liaison par piston d'amortissement ou amortisseur entre les deux suspensions permet un progrès supplémentaire par rapport aux dispositifs usuels. Une liaison d'amortisseur est une liaison sensible à la vitesse et, lorsque la première suspension 10 est déplacée lentement, comme lorsque du poids est ajouté, durant l'opération de remplissage, l'amortisseur de couplage 46 transmet très peu de force à la seconde suspension 12. D'autre part, quand la suspension primaire 10 est déplacée plus rapidement que sa fréquence propre, ainsi que cela se produit durant la période de dépassement créée par l'impact des unités de marchandise touchant la première suspension, la liaison est bien plus rigide, c'est-à-dire présente une résistance beaucoup plus grande. L'augmentation de rigidité entraîne un mouve5

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ment de la seconde suspension 12 et réduit ainsi le mouvement relatif entre les deux suspensions, ce qui entraîne une réduction de l'amplitude de signal de dépassement généré par le transducteur de déplacement 40. L'emploi de l'amortisseur de liaison 46 réduit également le mouvement relatif entre les deux suspensions, ce qui est dû, comme indiqué ci-dessus, aux différences inévitables dans l'accord des fréquences propres et dans l'amortissement des deux suspensions.

Quoique la construction mécanique représentée à la fig. 1 donne une augmentation substantielle du rapport signal/bruit, c'est-à-dire dans le rapport entre le signal de pesée et le signal du bruit produit par vibration, choc et autre effet similaire, le signal de sortie résultant pour la pesée contiendra encore quelques composantes du bruit de vibrations et de chocs ainsi que des composantes de bruit dues aux couplages électriques. Comme indiqué ci-dessus, un second aspect de l'invention concerne la réduction du bruit résiduel et comprend un circuit électrique 48 de traitement.

En se référant à la fig. 2, un schéma de principe du circuit électrique de traitement, représenté par le bloc 48 de la fig. 1, est représenté avec un schéma de principe du circuit du transducteur électrique de déplacement 40. En regardant d'abord ce dernier, un oscillateur 52 fournit une tension alternative d'entrée à une bobine ou un enroulement primaire 54 du transducteur. La bobine 54 est fixée à la suspension primaire avec une paire d'enroulements secondaires branchés en parallèle 42a et 42b, formant la bobine 42 à la fig. 1. Le noyau 38 entraîne l'induction d'une tension dans les enroulements 42a et 42b. Un mouvement relatif du noyau 38 et des enroulements secondaires 42a, 42b entraîne une modification du signal induit dans les enroulements secondaires.

Le circuit de traitement 48 comprend une paire de diodes 56 et 58, qui rectifient les signaux des enroulements secondaires 42a et 42b. Les signaux rectifiés sont fournis aux entrées directes et inverses d'un amplificateur opérationnel 60 qui, avec les résistances adaptées 62, 64, 66 et 68, forme le circuit de l'amplificateur différentiel 70. La sortie de l'amplificateur différentiel 70 est représentative de la différence entre les deux signaux d'entrée et ainsi proportionnelle au mouvement relatif entre les suspensions 10,12 de la cellule de pesée. Comme indiqué ci-dessus, quand le noyau 38 est immobile par rapport aux enroulements secondaires 42a et 42b, il n'y a pas de modification du signal de sortie.

De plus, quoique un changement du signal de sortie sera produit par un mouvement relatif des suspensions dans les deux directions, le mouvement vers le bas de la première suspension 10, tel qu'il se produit quand l'entonnoir se remplit, est d'importance primordiale: en tout cas, du bruit apparaissant aux deux entrées des amplificateurs opérationnels sera réduit d'environ mille fois à la sortie. Le bruit est surtout du bruit de couplage électrique.

La sortie du circuit d'amplificateur différentiel 70 est branchée à l'entrée d'un filtre actif passe-bas 72 du quatrième ordre et à plusieurs secteurs. Le filtre 72 comprend une paire d'amplificateurs opérationnels branchés en série 74 et 76, une première paire de capacités 78 et 80, chacune connectée entre la sortie et une entrée de l'amplificateur opérationnel associé, une seconde paire de capacités 82 et 84 branchées entre la même entrée de l'amplificateur opérationnel 1 associé et la masse et huit résistances 86, 88,90, 92, 94, 96, 98 et 100 branchées comme indiqué. La fréquence de coupure du filtre 72 est égale ou légèrement supérieure aux fréquences propres des suspensions de la cellule de pesée. Les fréquences plus élevées que la fréquence propre de la cellule de pesée peuvent être éliminées sans risque par filtrage du signal d'entrée de l'amplificateur différentiel 72, parce que cette partie du spectre de fréquence ne contient pas d'information utile. Pourtant, les fréquences au-dessous de la fréquence propre de la cellule de pesée ne doivent pas être filtrées car, à ces fréquences, le bruit ne peut être distingué du signal de pesée. De plus, le filtrage à basse fréquence augmente le temps de réponse du dispositif général.

Comme indiqué ci-dessus, le dispositif de pesage selon la présente invention fournit des résultats considérablement améliorés en comparaison de tous les dispositifs antérieurs discutés ci-dessus. Des tests ont été faits en comparant les aspects mécaniques du dispositif selon la présente invention par rapport

(i) aux dispositifs usuels de suspension à base de ressort

(ii) au dispositif du brevet US 28303

(iii) au dispositif du brevet US 2793026

pour (a) une vibration de 60 Hz comme celle créée par un dispositif d'amenée vibratoire;

pour (b) un bruit d'impact au choc (la chute d'une bille d'acier); pour (c) le bruit (vibration) d'un arbre tournant à 270 tours/minute avec une charge excentrique, et pour (d) le bruit (vibration) créé par un moteur et l'arbre complémentaire avec une courroie en V pour l'entraîner.

Le résultat de ces tests indique une réduction dans les effets tant du bruit des chocs que de la vibration à 60 Hz dans la comparaison avec le dispositif Giardino (US 2793026); une diminution des effets de la vibration de 60 Hz, du bruit des 370 tours/minute et du bruit du moteur en comparaison avec le dispositif Blodgett (US 28303) et une diminution dans toutes les catégories par rapport aux dispositifs usuels. De plus, avec l'adjonction de l'aspect électrique de traitement du signal selon l'invention, la combinaison donnait des résultats améliorés dans toutes les catégories en comparaison avec tous les dispositifs. En fait, ces tests montrent que les effets de bruit dans toutes les quatre catégories ont été presque entièrement éliminés.

Comme représenté en fig. 2, les deux suspensions se font face; on jugera que d'autres dispositions sont possibles et que par exemple les deux suspensions peuvent être disposées en ligne ou en faisceau.

Quoique l'invention ait été décrite en rapport à des formes d'exécution exemplaires de celle-ci, l'homme du métier comprendra que des variantes et des modifications peuvent être apportées à ces formes d'exécution exemplaires sans quitter le domaine et l'esprit de l'invention.

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Claims (7)

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1. Dispositif différentiel de pesage comprenant une première suspension (10) comprenant le support (22) du poids, une seconde suspension (12) ayant une fréquence propre accordée à celle de la première suspension, des premiers moyens d'amortissement (26) pour amortir le mouvement de la première suspension par rapport au sol, des seconds moyens d'amortissement (34) pour amortir le mouvement de la seconde suspension par rapport au sol, des troisièmes moyens d'amortissement (46) pour coupler les première et seconde suspensions afin d'amortir le mouvement relatif entre la première et la seconde suspension, et des moyens sensibles au déplacement relatif (40) entre la première et la seconde suspension et fournissant une indication en rapport avec ce déplacement relatif.

2. Dispossitif selon la revendication 1 comprenant en outre des moyens électriques (48) pour traiter l'indication fournie par les moyens sensibles au déplacement, ces moyens comprenant un filtre passe-bas (77) dont la fréquence de coupure est placée à ou au-dessus de la fréquence propre des suspensions.

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REVENDICATIONS

3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel les moyens sensibles au déplacement comprennent un transducteur électrique de déplacement comprenant un noyau (38) monté sur l'une des suspensions et une bobine (42) coopérante montée sur l'autre des suspensions.

4. Dispositif selon la revendication 1 comprenant en outre des moyens électriques de traitement pour traiter l'indication des moyens sensibles au déplacement, ces moyens sensibles au déplacement comprenant une paire de bobines (42a, 42b) sensibles montées sur l'une des suspensions pour mesurer le déplacement relatif entre les suspensions et les moyens électriques de traitement de signal comprenant un amplificateur différentiel (70) ayant une paire d'entrées reliées respectivement à cette paire de bobines.

5. Dispositif selon la revendication 4 dans lequel les moyens électriques de traitement du signal comprennent en outre un filtre passe-bas (77) branché à la sortie de l'amplificateur différentiel et ont une fréquence de coupure au moins aussi élevée que la fréquence propre des supensions.

6. Dispositif selon les revendications 4 ou 5 dans lequel un redresseur à diode (56, 58) est branché entre les entrées de l'amplificateur différentiel et les bobines sensibles au déplacement.

7. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les troisièmes moyens d'amortissement comprennent un amortisseur à piston (46) avec un piston (46a) relié à l'une des suspensions et un cylindre fixé à l'autre des suspensions, les premiers et seconds moyens d'amortissement comprenant d'autres amortisseurs à piston reliés entre les suspensions respectives et une plaque de base commune.