<U>Extensomètre</U> multidirectionnel <U>d'insertion</U> Les contraintes de rentabilité imposent de plus en plus des constructions dimensionnées avec de faibles c#fficients de sécurité et demandent une maîtrise continue des sollicitations afin d'éviter un dépassement des valeurs tolérées. La maîtrise des sollicitations passe par une mesure objective de celles-ci. <U> Multidirectional </ U> multidirectional <U> insertion </ U> The constraints of profitability require more and more constructions dimensioned with weak security c # fficients and require a continuous control of the solicitations in order to avoid exceeding the tolerated values. The control of the solicitations passes by an objective measurement of these.
Les structures portantes sont toujours dimensionnées pour rester dans le domaine élastique dans tous les cas de charge. Ce qui implicitement conduit pour les structures<B>à</B> des contraintes faibles même si certains composants sont dimensionnés en limite de résistance ou d'usure.<B>Il y</B> a donc une relation plus ou moins linéaire mais reproductible entre leurs déformations et les charge ments.<B>Il</B> eet rarement possible de mesurer les charges avec des capteurs de force ou couple surtout dans le cas de grandes ou très grandes structures soit<B>à</B> cause des coûts très élevés soit<B>à</B> cause des limites d'étalonnage.<B>Il</B> est néanmoins presque toujours possible de mesurer les déformations locales<B>à</B> certains endroits- bien déterminés au préalable grâce<B>à</B> des calculs adé quats et de déduire de leurs valeurs celles des charges ainsi que leurs positions. Le plus souvent on mesure les microdéformations des jauges de déformation<B>(</B> communément appelées jauges de contraintes bien qu'elle quantifient une déformation<B>)</B> collées<B>à</B> la surface des pièces ou structures observées. Souvent les signaux obtenus sont faibles<B>à</B> cause des niveaux de déforma tion réduits et souffrent dans des milieux pollués en inductions électromagnétiques<B>à</B> cause d'un niveau de bruit de fond relativement élevé. Cette approche, bien que souvent utilisée, présente également des risques si l'environnement est humide, pollué, sale, etc. et si l'utilisation est de grande durée (plusieurs mois ou années). En effet, d'une part un collage<B>à</B> froid peut être moins fiable que celui fait<B>à</B> chaud car la polymérisation de la colle et son détensionnement sont moins bons et d'autre part les protections sont difficiles<B>à</B> réaliser car l'eau a une très faible viscosité et s'infiltre par capillarité dans les plus petites irrégularités de la surface de séparation entre support et protection. Les moindres traces d'eau perturbent par leur conductibilité les me sures. Pour palier ces inconvénients des appareils de mesure nommés extensomètres ont été conçus. La plupart se fixent sur la surface et sont uniquement capables de mesures mono directionnel les. Dans certaines applications des montages en surfaces sont périclités par l'environnement et il est donc impossible des les utiliser. Les mesures en surface peuvent également être polluées par des flexions locales parasites. Pour mesurer dans l'épaisseur de la paroi, on a réalisé des appa reils réagissant<B>à</B> l'ovalisation d'un trou perpendiculaire<B>à</B> la surface et dans lequel l'appareil sont introduits. Un tel appareil développé par une société américaine utilise la variation de déformation radiale d'une membrane profilée se trouvant au milieu d'un cylindre creux, perpendiculaire<B>à</B> l'axe de celui-ci, et sur laquelle un pont de jauges est collé. Les zones sensibles forment une croix qui est déformée au montage en force dans le trou. Toute ovalisation du trou crée un déséquilibre du pont et donc donne un signal proportionnel<B>à</B> la déformation différentielle, en sens radial, des bras de la croix. Les inconvénients de cet appareil résident dans la difficulté de réaliser un montage correct car non seulement la dimension du trou mais aussi la rugosité de la paroi jouent un rôle dans la stabilité<B>à</B> long terme. Si les charges sont importantes, les variations locales de pression de contact produisent un tassement qui modifie la précontrainte et réduit la fiabilité des résultats. Une autre limitation est la suite du fait que la membrane étant sollicitée en compression ra diale, sa déformation est limitée par sa raideur ne permet son utilisation que dans des structures faiblement sollicitées. Dans la pratique on a constaté que ces appareils présentent également l'inconvénient d'une excessive sensibilité en température<B>à</B> cause des niveaux de signal réduits et des effe <B>'</B> Is des dilatations différentielles du corps du dispositif et de la structure dans laquelle i<B>l</B> est introduit.. L'appareil, objet de cet invention, essaie d'éliminer tous les inconvénients et donne<B>à</B> l'utilisateur la possibilité de mesurer des déformations selon quatre axes perpendiculaires 2<B>à</B> 2 <B>à</B> 45 entre les paires<B>-</B> dans le cas des<B>8</B> bras<B>-</B> ou au moins selon deux axes perpendiculaires si l'appareil est équipé de 4 bras seulement. Dans le premier cas, on détermine, grâce<B>à</B> des étalonnages, toutes les contraintes en un point et on peut donc déterminer les valeurs des contraintes principales et leur direction ou par int égration des mesures en plusieurs points de la structure les charges axiales, transversales et les couples de torsion agissant sur celle-ci. En fait grâce<B>à</B> plusieurs extensomètres de ce type la structure elle-même est transformée en un capteur de force et couple multi composantes. The supporting structures are always dimensioned to remain in the elastic domain in all cases of load. Which implicitly leads to weak constraints for the structures <B> at </ B> even if some components are dimensioned in limit of resistance or wear. <B> There </ B> thus has a more or less linear relation but reproducible between their deformations and loadings. <B> It </ b> It is rarely possible to measure the loads with force or torque sensors especially in the case of large or very large structures <B> to </ B > Because of the very high costs <B> to </ B> because of calibration limits. <B> It is nevertheless almost always possible to measure local deformations <B> at </ B> certain places - properly determined in advance by <B> to </ B> appropriate calculations and deduct from their values those charges and their positions. Most often we measure the microdeformations of strain gauges <B> (</ B> commonly called strain gauges although they quantify a deformation <B>) </ B> bonded <B> to </ B> the surface parts or structures observed. Often the signals obtained are weak <B> at </ B> because of reduced deformation levels and suffer in environments polluted by electromagnetic inductions <B> because of a relatively high level of background noise. This approach, although often used, also presents risks if the environment is humid, polluted, dirty, etc. and if the use is of great duration (several months or years). Indeed, on the one hand a <B> to </ B> cold bonding may be less reliable than that made <B> to </ B> hot because the polymerization of the glue and its detensioning are less good and other The protections are difficult <B> to </ B> to achieve because the water has a very low viscosity and infiltrates by capillarity in the smallest irregularities of the separation surface between support and protection. The slightest traces of water disturb by their conductivity the measures. To overcome these disadvantages measuring devices named extensometers have been designed. Most are fixed on the surface and are only capable of mono directional measurements. In some applications, surface mountings are compromised by the environment and can not be used. Surface measurements can also be polluted by local spurts. To measure in the thickness of the wall, devices have been realized that react <B> to </ B> the ovalization of a perpendicular hole <B> to </ B> the surface and in which the apparatus are introduced. Such an apparatus developed by an American company uses the variation of radial deformation of a profiled membrane located in the middle of a hollow cylinder, perpendicular to the axis thereof, and on which a Gauge bridge is stuck. Sensitive areas form a cross that is deformed when forced into the hole. Any ovalization of the hole creates an imbalance of the bridge and therefore gives a signal proportional <B> to </ B> the differential deformation, in radial direction, of the arms of the cross. The disadvantages of this device lie in the difficulty of achieving a correct assembly because not only the size of the hole but also the roughness of the wall play a role in the stability <B> to </ B> long term. If the loads are large, the local variations in contact pressure produce a settlement that modifies the prestressing and reduces the reliability of the results. Another limitation is the result of the fact that the membrane is stressed in radial compression, its deformation is limited by its stiffness allows its use in weakly stressed structures. In practice it has been found that these apparatuses also have the disadvantage of excessive temperature sensitivity <B> to </ B> because of reduced signal levels and effe <B> '</ B> Is differential expansions of the body of the device and of the structure in which i <B> 1 </ B> is introduced. The apparatus, object of this invention, tries to eliminate all the disadvantages and gives <B> to </ B> user the ability to measure deformations along four perpendicular axes 2 <B> to </ B> 2 <B> to 45 between pairs <B> - </ B> in the case of <B> 8 </ B> arm <B> - </ B> or at least two perpendicular axes if the device is equipped with only 4 arms. In the first case, thanks to calibration, all the constraints are determined at one point and we can therefore determine the values of the principal stresses and their direction or by integration of the measurements at several points of the structure the axial loads, transverse and torsion forces acting on it. In fact, thanks to several extensometers of this type, the structure itself is transformed into a multi-component force and torque sensor.
Dans le second cas, on ne peut déterminer correctement qu'une ou deux charges (en général on se limite<B>à</B> la charge axiale) ou un effort coupant si le dispositif est placé avec ses axes<B>à</B> 45 par rapport<B>à</B> celle de l'effort. L'appareil consiste, selon la fig. <B>1,</B> en deux plaques cylindriques radialement rigides<B>(1.1.</B> et 1.2.) et qui portent des joints (2) étanchant sur la paroi du trou. Ces deux plaques sont reliées par au moins 4 et de préférence<B>8</B> barres<B>(3)</B> parallèles<B>à</B> l'axe du trou. Pour des raisons de fabrica tion et montage les barres sont obtenues par découpe en partant d'une pièce cylindrique et restent liées entre elles par deux bagues qui seront soudées aux plaques. En leur milieu, ces barres sont plus épaisses vers l'extérieur présentant des bossages (4) de telle manière que hors du trou le diamètre du cercle circonscrit (do) est plus grand que celui du trou (dIVI). La différence entre les diamètres do et dM est plus grande que la plus importante ovalisation possible du trou et tient compte de toutes les tolérances de fabrication afin d'assurer un contact permanent entre les bossages 4 et la paroi du trou dans tous les cas de charge et de surcharges. Les barres sus mentionnées sont donc toutes, au montage, repoussées par la paroi du trou vers l'axe de celui-ci et se déforment de la même façon ainsi que l'indique la fig. 2. On remarque que la déformation conduit sur une même barre<B>à</B> 2 zones de contraintes de trac tion<B>(5)</B> et<B>à</B> deux de compression<B>(6).</B> Ceci permet de réaliser des ponts de jauges ayant la plus grande sensibilité car toutes les jauges sont sollicitées, dans ce type de structure, avec la même variation de déformation locale mais en sens contraires. La structure étant flottante dans le trou et uniquement centrée par les joints et la raideur en flexion des barres dans le trou où elle est montée, deux barres<B>à 180</B> vont se déformer de la même manière dans les limites des tolérances de fabrication. Si les jauges collées sur une barre et ayant la même polarité de variation sont reliées en série dans un bras du pont tout effet du<B>à</B> une rotation de la paroi du trou et transmis au bossage par lequel on a le contact est éliminé car cette rotation aura des effets égaux et de sens opposés sur les jauges d'un même bras(fig. <B>3</B> et 4). Ce montage annule également les effets d'un gradient de température dans la paroi car par rapport<B>à</B> la température moyenne les effets seront d'un côté en plus et de l'autre en moins. On voit l'importance d'une zone de contact entre les bossages (4) et la paroi bien définie et qui permet de suivre toujours les mouvements de celle-ci. Afin d'assurer cette stabilité, les bossages (4) présentent en leur milieu un dégagement<B>(7)</B> de telle façon que le contact est défini par deux zones d'extrémité éliminant toute variation possible dans un contact long. In the second case, we can only correctly determine one or two loads (in general we limit <B> to </ B> the axial load) or a cutting force if the device is placed with its axes <B> to </ B> 45 versus <B> to </ B> that of the effort. The apparatus consists, according to FIG. <B> 1, </ B> in two radially rigid cylindrical plates <B> (1.1. </ B> and 1.2.) And which have joints (2) sealing on the wall of the hole. These two plates are connected by at least 4 and preferably <B> 8 </ B> bars <B> (3) </ B> parallel <B> to </ B> the axis of the hole. For reasons of manufacture and assembly the bars are obtained by cutting from a cylindrical piece and remain interconnected by two rings which will be welded to the plates. In the middle, these bars are thicker outwardly having bosses (4) so that out of the hole the diameter of the circumcircle (do) is greater than that of the hole (dIVI). The difference between the diameters do and dM is greater than the largest possible ovality of the hole and takes into account all manufacturing tolerances to ensure permanent contact between the bosses 4 and the wall of the hole in all cases of load and overcharges. The aforementioned bars are therefore all, on assembly, pushed back by the wall of the hole towards the axis thereof and deform in the same way as indicated in FIG. 2. We notice that the deformation leads on the same bar <B> to </ B> 2 zones of tensile stresses <B> (5) </ B> and <B> to </ B> two compression < B> (6). </ B> This makes it possible to build gauge bridges with the greatest sensitivity because all the gauges are solicited, in this type of structure, with the same variation of local deformation but in opposite directions. The structure being floating in the hole and only centered by the joints and the stiffness in bending of the bars in the hole where it is mounted, two bars <B> to 180 </ B> will deform in the same way within the limits of the manufacturing tolerances. If the gauges glued on a bar and having the same polarity of variation are connected in series in an arm of the bridge any effect of <B> to </ B> a rotation of the wall of the hole and transmitted to the boss by which one has the contact is eliminated because this rotation will have equal and opposite effects on the gauges of the same arm (Fig. <B> 3 </ B> and 4). This assembly also cancels the effects of a temperature gradient in the wall because compared to <B> at </ B> the average temperature effects will be one side more and the other less. We see the importance of a contact area between the bosses (4) and the well-defined wall and that can always follow the movements of it. To ensure this stability, the bosses (4) have in their middle a clearance <B> (7) </ B> so that the contact is defined by two end zones eliminating any possible variation in a long contact. .
L'intérieur de l'appareil<B>(8)</B> est libre ce qui permet<B>d'y</B> introduire des conditionneurs assurant une transmission de l'information dont la qualité est maintenue haute même dans des environne ments pollués par des champs électromagnétiques importants. La sortie des signaux ainsi que "alimentation des ponts de jauges et des conditionneurs se font par un câble et un connecteur étanche<B>(1</B>2) ou un presse-étoupe situé sur la plaque<B>(1. 1).</B> The inside of the device <B> (8) </ B> is free, which allows <B> to </ B> introduce conditioners ensuring the transmission of information whose quality is maintained high even in Environments polluted by important electromagnetic fields. The output of the signals as well as the supply of the gauge bridges and conditioners is via a cable and a waterproof connector <B> (1 </ B> 2) or a cable gland located on the plate <B> (1. 1). </ B>
Dans cette même plaque,<B>il y</B> a des orifices d'accès aux conditionneurs<B>(13)</B> pour ajuster le <B> </B> zéro<B> </B> des ensembles pont-conditionneur après montage dans la structure. Ces orifices sont rendus étanches par des bouchons (14) et des joints<B>(15).</B> Les gains des conditionneurs sont fixes, ajustés en fonction des déformations maximales attendues. In this same plate, <B> there </ B> has access holes to the conditioners <B> (13) </ B> to adjust the <B> </ B> zero <B> </ B> bridge-conditioner assemblies after mounting in the structure. These holes are sealed by plugs (14) and seals <B> (15). </ B> The gains of the conditioners are fixed, adjusted according to the expected maximum deformations.
Pour éviter une sortie accidentelle du dispositif après montage<B>à</B> cause d'un phénomène de <B> </B> rampage <B> </B> peu probable mais néanmoins possible, l'extrémité (1.2) qui est introduite dans le trou porte un circlip <B>(9)</B> en une matériau élastique mais de faible résistance. To avoid an accidental exit of the device after mounting <B> to </ B> because of a phenomenon of <B> </ B> rampage <B> </ B> unlikely but nevertheless possible, the end (1.2) which is inserted in the hole carries a circlip <B> (9) </ B> in an elastic material but of weak resistance.
Au montage, le circlip est poussé par le chanfrein du trou dans une gorge<B>(10)</B> prévue<B>à</B> cet égard et reprend sa forma initiale en sortant du trou. En cas de remplacement de l'appareil, il est facile de l'extraire en cisaillant le circlip par une traction exercée grâce<B>à</B> un dispositif fixé sur l'appareil par les filetages<B>(11).</B> La solution présente entre autres également l'avantage d'une grande élasticité et par conséquent d'un montage aisé car les forces d'introduction sont plus faibles même si géométriquement la déformation radiale au montage est importante. When mounting, the circlip is pushed by the chamfer of the hole in a groove <B> (10) </ B> planned <B> to </ B> in this respect and resumes its initial forma out of the hole. In case of replacement of the apparatus, it is easy to extract it by shearing the circlip by a traction exerted by <B> to </ B> a device fixed on the apparatus by the threads <B> (11). </ B> The solution also has the advantage of a high elasticity and therefore easy assembly because the insertion forces are lower even if geometrically the radial deformation during assembly is important.
Ceci permet de réduire les tassements des zones de contact et par conséquent réduire la dérive du<B> </B> zéro<B> </B> en fonctionnemen Un autre avantage réside dans le fait que la structure de mesure travaillant en flexion on peut optimiser par la géométrie des sections des barres ainsi que par la longueur de travail leur sen- sibilité aux niveaux de déformation et obtenir en même temps une sensibilité élevée et une déformabilité adaptée aux ovalisations maximales attendues en cas de surcharges. This makes it possible to reduce settlement of the contact zones and consequently reduce the drift of the <B> </ B> zero <B> </ B> in operation. Another advantage lies in the fact that the measurement structure working in bending is can optimize the geometry of the sections of the bars as well as the working length, their sensitivity to the deformation levels and at the same time obtain a high sensitivity and a deformability adapted to the maximum ovalizations expected in case of overloads.
appareils étant destinés<B>à</B> une utilisation de longue durée qui ne permet pas de vérifier par enlevement des charges le comportement des zones de mesure il faut néanmoins donner<B>à</B> l'utilisateur un moyen de faire une vérification de la chaîne afin de pouvoir valider analyses de plausibilité. En ce sens on prévoit dans chaque appareil et pour chaque pont résistance d'une telle que sont enclenchement en parallèle<B>à</B> un des bras du pont provoque déséquili- de celui-ci correspondant<B>à 75 - 90 %</B> du signal maximal attendu. Ces résistances sont en clenchées grâce<B>à</B> des relais commandés par un signal émis par l'unité d'acquisition centrale. bras auquel les résistances sont reliées est choisi tel que le signal et l'effet résistances sont de sens contraires afin de pouvoir faire des vérifications même sous charge sans pour au tant satureç les conditionneurs.devices being intended <B> to </ B> a long-term use that does not allow to check by removing the loads the behavior of the measurement zones it is nevertheless necessary to give the <B> to the </ B> the user a means of check the chain in order to validate plausibility analyzes. In this sense it is provided in each device and for each bridge resistance of such that are engaged in parallel <B> to </ B> one of the arms of the bridge causes imbalance thereof corresponding <B> to 75 - 90 % </ B> of the expected maximum signal. These resistors are triggered by relays controlled by a signal transmitted by the central acquisition unit. arm to which the resistors are connected is chosen such that the signal and the effect resistances are in opposite directions in order to be able to make checks even under load without saturating the conditioners.