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Dynamomètre.
L'invention concerne un dynamomètre comprenant un élément de compression sur lequel sont disposés des éléments de mesure, en particulier des jauges de contrainte, dont la puissance de sor- tie représente une mesure de la déformation de l'élément de com- pression à l'endroit où se trouvent les éléments de mesure, qui sont connectés en un montage en pont.
On connaît déjà des appareils de ce genre dans lesquels l'élément de compression est sollicité,à la flexion. De ce fait naissent, dans l'élément de compression, des moments M dont la grandeur est le produit de la force à mesurer K par la distance 1 entre le point d'application de la force K et l'endroit où le moment est mesuré, de sorte que M = K.l. Du fai t de la flexion, l'élément de compression présente, en coupe transversale, un côté
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sollicité par des efforts de compression et, en opposition, un cote sollicité par des efforts de traction.
Si l'on dépose les éléments . de mesure en des endroits opposés, de part et d'autre d'un axe de flexion imaginaire, les influences de la non-linéarité de l'élas- ticité du matériau de l'élément de compression et de la non- linéarité des éléments de mesure sont compensées dans une mesure importante.
Ces dispositifs ont pour inconvénient que l'endroit du point d'application de la force à l'élément de compression inter- vient dans le résultat de la mesure; de ce fait, on ne peut tirer la force à mesurer K du moment M que si l'on connait la distance 1.
Dans la pratique, ceci n'est pas souhaitable lorsqu'il s'agit, par .exemple, de peser des charges alors que la position de la charge dans l'appareil de pesée, c'est-à-dire le point d'application de la force K ne sont pas connus de façon précise. Le but de la pré- sente invention est d'éviter cet inconvénient au moyen d'un Appareil simple.
Suivant l'invention, les points d'application des forces se trouvent sur une seule ligne, l'élément de compression se compo- sant de branches se trouvant entre ces points d'application et s'étendant de part et d'autre de la ligne précitée, et les éléments de mesure pour la détermination des moments étant disposés par paires en des endroits de l'élément de compression qui se trouvent de part et d'autre de cette ligne et où. naissent des moments de signes contraires.
L'invention est expliquée à l'aide des dessins ci-annexés dans lesquels : les Figs. 1 à 4 représentent des barres encastrées pour l'exposé du principe de l'invention, et les Figs. 5, 6, 7 et 8 illustrent des exemples d'exécu- tion.
Si une force à mesurer est appliquée en un point d'une barre encastrée à l'une de ses extrémités (voir Fig. 1), il appa- rait., en chaque point de la barre, un moment de réaction dont la
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grandeur est le produit de cette force par la longueur comprise entre le point d'application de celle-ci et le point choisi de la barre. La fig.2 représente le vecteur des moments, qui indique pour chaque point de la barre, la grandeur du moment de réaction.
Au point d'encastrement de la barre, ce moment M = K.1, K désignant la force et 1, la longueur de la barre comprise entre le point d'application de la force et le point d'encastrement.
Si la force K est appliquée au côte supérieur, de la barre, celui-ci, entre le point d'application de la force et le point de serrage, est sollicité à la traction, tandis que le côté inférieur de la barre, entre ces mêmes points, est sollicité à la compression. Si l'on mesure le moment en deux points de la barre précitée, par exemple aux points A et B, on a, au point A; MA =K.11 et au point B: MB= K.12.
L'invention utilise la mesure de la différence de ces moments :MB-MA=K(12-11)=k.¯1. Les points A et B étant fixes, le résultat est indépendant du point d'application de la force K, compris entre l'extrémité libre et le point A, la valeur de ¯1 étant constante. Pour tirer la force K du résultat de la mesure, on divise ce dernier par le facteur ¯1 Ce système évite l'inconvénient précité des appareils connus. Cependant, en mesurant la différence entre les moments, on n'obtient qu'un faible signal de mesure, de sorte que la mesure peut manquer de précision. De plus, le point d'encastrement est fortement sollicité, ce qui entraine la nécessité d'une forte construction.
L'appareil conforme à l'invention est construit de telle façon qu'il n'apparaisse pas de différence mais une somme de moments dans la mesure, ce qui assure un signal de mesure plus fort.
Une première solution est illustrée par la fig. 3. La force s'applique ici à la face supérieure d'une barre encastrée de l'une ' de ses extrémités; elle est transmise dans la barre par une branche qui, comme le montre le dessin, comporte un coude s'étendant vers la gauche. De ce fait, à gauche d'une ligne verticale passant par le point d'application de la force, la barre comprend une partie dont la face supérieure est sollicitée à la compression et dont
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la face intérieure est sollicitée à la traction, tandis que la par- tie de droite de la barre est, comme précédemment, sollicitée à la traction à sa face supérieure et à la compression à sa face infériez re.
Les couples ainsi obtenus sont dits respectivement négatif et positif, comme l'indique la Fig. 4,, qui représente le vecteur des moments m de la barre.
On mesure alors les moments en deux points A et B de la barre situas de part et d'autre de la ligne verticale précitée. On relève au point A, un moment négatif -Ma et au point B, un mo- ment positif MB. La différence de ces moments est déterminée dans le pont, ce qui donne :
EMI4.1
'4B - (MA) =MB+!=Kll+Kl2=kdl.
Ici encore, le moment mesuré est donc indépendant du point d'appli-, cation de la force K à la partie supérieure de la barre, la valeur .de 4 1 étant constante. L'inconvénient de ce système réside en ce que, dans le cas de fortes charges, il apparaît un moment élevé au point d'encastrement, ce qui pose de sévères exigences. C'est pour- quoi, dans un dispositif conforme à l'invention, on prévoit encore, à droite de la ligne verticale passant par le point d'application de la force, une branche qui, dans ce cas, est constituée par un coude s'étendant vers la droite, de façon que, immédiatement en des, sous du point d'application de la force, il existe un point d'ap- pui qui fournisse la réaction. Ceci est représenté à la Fig. 5.
Les moments qui sont mesurés au point A et B de la barre sont les mêmes que ceux qui ont déjà été Indiqués plus haut avec référence aux Figs. 3 et 4. ;
La Fig. 5 représente un mode d'exécution conforme à l'in- vention. Aux points A et B, et aux cotés supérieur et inférieur de la barre, on dispose des éléments de mesure 21 à 24, par exemple des jauges de contrainte, qui sont connectées, de façon connue, en un montage en pont (Fig. 5a). Au lieu de jauges ohmiques, on peut également prévoir des éléments de mesure répondant par exemple à des variations de capacité.
On peut imaginer d'autres variantes, dans lesquelles les points d'application des forces se trouveront toujours sur une seule ligne, des moments de signes contraires pou-
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vant être mesurés aux branches de la structure, de part et d'autre de la ligne passant par.les points d'application. La Fig. 6 repré- sente. un autre mode d'exécution. Ici, la force à mesurer est appli- quée par l'intermédiaire d'un pont aux points 33 et 34, les points 31 et 32 constituant des points d'appui* On mesure les moments aux ,points A et B, de part et d'autre de la ligne passant par les points' 31, 32, 33 et 34, au moyen de jauges de contrainte ou autres élé- ments de mesure disposés au côte supérieur et au côte inférieur de la barre.
La Fig.7 représente un mode d'exécution dans lequel, grâ- ce à une construction spéciale, la hauteur du dispositif est réduite par rapport à celle du dispositif représenté à la fig. 5. Ceci est surtout avantageux lorsqu'il s'agit de mesurer de grandes forces, car la hauteur de la construction n'est pas rendue excessive par l'épaisseur des branches de l'élément de compression.
La Fig, 7a représente une vue de dessus et la Fige 7b, une vue de côté, partie en coupe, de cette forme d'exécution.
1 désigne ici un élément de compression plat, en acier, qui peut être de forme cylindrique et qui présente, dans le sens axial, deux ouvertures 2 et 3, disposées symétriquement. Ces ouvertures sont reliées l'une à l'autre par une étroite fente d'air 7, faisant un angle de 45 par exemple avec les plans supérieur et inférieur* La force K agit suivant un axe traversant l'élément de compression.
Ce dernier est sollicité à la flexion, les moments de flexion maxi- ma se présentant dans la section comprise entre l'une des ouvertures 2 et 3 et les bords de l'élément de compression, qui sont de préfé- rence aplatis de façon que leur moment de résistance soit constant.
En cet endroit, la face supérieure et la face inférieure de l'élé- ment de compression sont équipées de jauges de contrainte 4 et 5, insérées, de faon connue, dans un montage en pont, de façon que la tension électrique soit proportionnelle à la force de pression K.
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Selon la fige 7b, la force appliquée K sollicite les jauges de contrainte 4' à la traction et les jaugea de contrainte
5' à la compression, tandis que, inversement, les jauges de con- trainte 4'' sont sollicitées à la compression, et les jauges de contrainte 5'', à la traction. De même que dans les exemples d'exécution décrits plus haut;' ici encore, les moments mesurés s'additionnent et l'endroit où se situe le point d'application de la -force K n'a aucune influence sur le résultat de la mesure.
Dans le dispositif représenté à'la fig. 8, il est prévu ' deux fentes 9 et 10, qui font également un angle d'environ
45 avec les plans inférieur et supérieur de l'élément de compres- sion. Elles se trouvent dans un même plan. La force mesurée est répartie, par des étriers non représentés, entre les points .. d'application 11 et 12, dont chacun reçoit donc une partie de cette force. L'élément de compression est ici encore sollicité à la flexion, les moments de flexion maxima naissant dans des sections situées aux extrémités de la partie médiane comprise entre les ouvertures.
En cet endroit sont fixées les jauges de contrainte
13 et 14. Il est avantageux de prévoir deux jauges de contrainte à chacun des cotés supérieur et inférieur, ces jauges de contrainte étant placées dans les quatre bras du montage en pont...
Les deux fentes peuvent également se trouver dans des plans se coupant à un angle d'environ 900, Dans ce cas, l'élément 1 sera sollicité à la torsion, le moment de torsion maximum se situant, au milieu de la distance séparant les deux ouvertures. Les jauges de contrainte sont fixées dans la section médiane, à des angles de
45 par rapport aux plans supérieur et inférieur,
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Dynamometer.
The invention relates to a dynamometer comprising a compression element on which are arranged measuring elements, in particular strain gauges, the output power of which represents a measure of the deformation of the compression element at l. where the measuring elements are located, which are connected in a bridge arrangement.
Devices of this type are already known in which the compression element is stressed in bending. As a result, moments M arise in the compression element, the magnitude of which is the product of the force to be measured K by the distance 1 between the point of application of the force K and the place where the moment is measured , so that M = Kl Due to the bending, the compression element has, in cross section, one side
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requested by compressive forces and, in opposition, a dimension requested by tensile forces.
If we put down the elements. of measurement at opposite locations, on either side of an imaginary bending axis, the influences of the non-linearity of the elasticity of the material of the compression element and the non-linearity of the elements measurement are compensated to a significant extent.
These devices have the disadvantage that the location of the point of application of the force to the compression element is involved in the result of the measurement; therefore, we can only derive the force to be measured K from the moment M if we know the distance 1.
In practice, this is not desirable when it comes, for example, to weigh loads while the position of the load in the weighing apparatus, i.e. the point of application of the force K are not precisely known. The object of the present invention is to avoid this drawback by means of a simple apparatus.
According to the invention, the points of application of the forces lie on a single line, the compression element consisting of branches located between these points of application and extending on either side of the aforementioned line, and the measuring elements for determining the moments being arranged in pairs at places of the compression element which are located on either side of this line and where. There are moments of contrary signs.
The invention is explained with the aid of the accompanying drawings in which: FIGS. 1 to 4 represent embedded bars for the presentation of the principle of the invention, and Figs. 5, 6, 7 and 8 illustrate examples of execution.
If a force to be measured is applied to a point of a bar embedded at one of its ends (see Fig. 1), there appears, at each point of the bar, a reaction moment whose
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magnitude is the product of this force by the length between the point of application of the latter and the chosen point of the bar. Fig. 2 represents the vector of moments, which indicates for each point of the bar, the magnitude of the reaction moment.
At the point of embedding of the bar, this moment M = K.1, K denoting the force and 1, the length of the bar between the point of application of the force and the point of embedding.
If the force K is applied to the upper side of the bar, the latter, between the point of application of the force and the clamping point, is stressed in tension, while the lower side of the bar, between these same points, is requested to compression. If we measure the moment at two points of the aforementioned bar, for example at points A and B, we have, at point A; MA = K.11 and at point B: MB = K.12.
The invention uses the measurement of the difference of these moments: MB-MA = K (12-11) = k.¯1. The points A and B being fixed, the result is independent of the point of application of the force K, between the free end and the point A, the value of ¯1 being constant. To derive the force K from the result of the measurement, the latter is divided by the factor ¯1. This system avoids the aforementioned drawback of known devices. However, by measuring the difference between the moments, only a weak measurement signal is obtained, so the measurement may lack precision. In addition, the point of embedding is highly stressed, which leads to the need for a strong construction.
The apparatus according to the invention is constructed in such a way that there does not appear a difference but a sum of moments in the measurement, which ensures a stronger measurement signal.
A first solution is illustrated by FIG. 3. The force is applied here to the upper face of a bar embedded from one of its ends; it is transmitted to the bar by a branch which, as shown in the drawing, has an elbow extending to the left. As a result, to the left of a vertical line passing through the point of application of the force, the bar comprises a part whose upper face is subjected to compression and whose
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the inner face is stressed in tension, while the right part of the bar is, as before, stressed in tension at its upper face and in compression at its lower face.
The torques thus obtained are said to be negative and positive, respectively, as shown in FIG. 4 ,, which represents the vector of moments m of the bar.
The moments are then measured at two points A and B of the bar situated on either side of the aforementioned vertical line. We note at point A, a negative moment -Ma and at point B, a positive moment MB. The difference of these moments is determined in the bridge, which gives:
EMI4.1
'4B - (MA) = MB +! = Kll + Kl2 = kdl.
Here again, the measured moment is therefore independent of the point of application of the force K to the upper part of the bar, the value of 4 1 being constant. The disadvantage of this system lies in that, in the case of heavy loads, a high moment occurs at the point of embedding, which poses severe requirements. This is why, in a device according to the invention, there is also provided, to the right of the vertical line passing through the point of application of the force, a branch which, in this case, consists of an elbow. extending to the right, so that immediately below the point of application of the force there is a point of support which provides the reaction. This is shown in Fig. 5.
The moments which are measured at point A and B of the bar are the same as those which have already been indicated above with reference to Figs. 3 and 4.;
Fig. 5 represents an embodiment according to the invention. At points A and B, and on the upper and lower sides of the bar, there are measuring elements 21 to 24, for example strain gauges, which are connected, in a known manner, in a bridge arrangement (Fig. 5a). ). Instead of ohmic gauges, it is also possible to provide measuring elements responding, for example, to variations in capacitance.
We can imagine other variants, in which the points of application of the forces will always be on a single line, moments of opposite signs for-
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to be measured at the branches of the structure, on either side of the line passing through the points of application. Fig. 6 represents. another mode of execution. Here, the force to be measured is applied via a bridge at points 33 and 34, points 31 and 32 constituting support points * The moments at, points A and B, on both sides and the other of the line passing through points 31, 32, 33 and 34, by means of strain gauges or other measuring elements arranged on the upper side and the lower side of the bar.
Fig. 7 shows an embodiment in which, thanks to a special construction, the height of the device is reduced compared to that of the device shown in fig. 5. This is especially advantageous when it comes to measuring large forces, since the height of the construction is not made excessive by the thickness of the legs of the compression element.
Fig, 7a shows a top view and Fig 7b a side view, partly in section, of this embodiment.
1 here denotes a flat compression element, made of steel, which may be cylindrical in shape and which has, in the axial direction, two openings 2 and 3, arranged symmetrically. These openings are connected to each other by a narrow air slot 7, forming an angle of 45 for example with the upper and lower planes * The force K acts along an axis passing through the compression element.
The latter is stressed in bending, the maximum bending moments occurring in the section between one of the openings 2 and 3 and the edges of the compression element, which are preferably flattened so that their moment of resistance is constant.
At this point, the upper face and the lower face of the compression element are equipped with strain gauges 4 and 5, inserted, in a known manner, in a bridge assembly, so that the electric voltage is proportional to the pressure force K.
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According to fig. 7b, the applied force K requests the strain gauges 4 'to the traction and the strain gauges
5 'in compression, while, conversely, the strain gauges 4' 'are stressed in compression, and the strain gauges 5' ', in tension. As in the execution examples described above; here again, the measured moments are added and the place where the point of application of the -force K is located has no influence on the result of the measurement.
In the device shown in fig. 8, two slots 9 and 10 are provided, which also form an angle of approximately
45 with the lower and upper planes of the compression element. They are in the same plane. The measured force is distributed, by calipers not shown, between the application points 11 and 12, each of which therefore receives a part of this force. Here again, the compression element is subjected to bending, the maximum bending moments arising in sections located at the ends of the middle part between the openings.
In this place are fixed the strain gauges
13 and 14. It is advantageous to provide two strain gauges on each of the upper and lower sides, these strain gauges being placed in the four arms of the bridge assembly.
The two slots can also be in planes intersecting at an angle of about 900. In this case, the element 1 will be subjected to torsion, the maximum torque being located in the middle of the distance between the two openings. The strain gauges are fixed in the middle section, at angles of
45 in relation to the upper and lower planes,