Brevet FR2265075A1 — publié le 19751017

La présente invention a pour objet un appareil de pesage continu de matériaux en vrac sur une bande transporteuse. I1 existe de nombreux appareils permettant le pesage continu de matériaux en vrac sur une bande transporteuse; ils permettent d'obtenir le poids total de matériau transporté par la bande entre deux instants t1 (début du pesage) et ta (fin du pesage). Ces instants correspondent en générai au début et à la fin drune vacation de travail, c'est-à-dire qutils peuvent Btre séparés par des temps assez longs, de l'ordre de plusieurs heures. Treks généralement, un appareil de pesage en continu comporte deux parties essentielles : - un élément peseur1 qui fournit à un instant t une valeur instantanée p de la charge supportée par cet élément ; - un dispositif intéréteur, qui permet d'obtenir le poids total P de matériau transporté entre les instants t1 et t2, en faisant la sommation des indications élémentaires p suivant une certaine loi. Il existe dans le commerce une très grande variété de dispositifs intégrateurs utilises pour le pesage en continu. Certains sont entièrement mécaniques mais d'une précision très faible; d'autres sont électriques ou électroniques, mais sont ou très complexes ou très coûteux ou d'une robustesse insuffisante. Le dispositif integrateur analogique-numérique selonlovention permet de realiser des installations de pesage en continu qui sont à la fois très simples, robustes très precises et très souples. La pressente invention sera mieux comprise en se référant à la description qui va suivre et aux dessins annexés, dans lesquels : - la Fig. 1 représente un appareil de pesage à tablier de pesage et balance du type connu ; - la Fig. 2 represente un diagramme de poids se rapportant à l'appareil de la Fig. ; - la Fig. 3 représente une partie plus détaillée de l'appareil de la Fig.I ; - la Fig. 4 représente un mode de réalisation dtune partie dtun appareil de pesage selon l'invention, comportant un codeurnimerique dtangle ; - la Fig. 5 représente un deuxième mode de réalisation donne partie d'un appareil de pesage selon l'invention - la Fig. 6 représente un troisième mode de réalisation d'une partie d'un appareil de pesage selon Itinvention - la Fig. 7 représente les circuits associés au codeur numérique de 11 appareil de la Fige 6 - la Fig. 8 représente le schema électrique-d'un appareil de pesage selon l'invention dans le cas où l'indicateur de pesage est entiè- rement statique. Sur toutes ces figures, les mimes éléments portent les mêmes numéros de référence. il existe des installations où l'élément peseur est constitué par un petit transporteur indépendant placé avant ou après la bande transporteuse ou intercalé entre deux sections de cette dernière. Cette solution est relativement coûteuse et de mise en oeuvre difficile et sa précision peut laisser à désirer-en raison du poids mort (tare) important. Dans la plupart des installations, ltélément peseur est constitué (Fig. 1) par un tablier TP comportant un, deux (cas de la figure) ou plusieurs rouleaux peseurs RP. Le tablier TP est incorporé dans le transporteur mais de façon à pouvoir osciller librement dans le sens vertical. Le tablier de pesage est relié à une balance BL pouvant être d'un modèle mécanique, électrique ou électronique, dont le ralle est de fournir une indication instantanée de poids p. Sur la Fig. 1, cette indication apparat sur le cadran de la bascule BL et est transmise à un intégrateur IN; accessoirement, la valeur de p peut être utilisée à d'autres fins, notamment à la régulation du débit de la bande (régulateur RG). Pour établir la formule de base du pesage continu, on remarquera qu'une bande sans fin est équivalente à une bande de longueur infinie; c'est ce qui est représenté sur la Fig. 2, où l'axe horizontal Ox eoSncide avec la surface supérieure de la bande, supposée en premiè- re approximation parfaitement rectiligne. En ordonnées; on a porté les valeurs du poids instantané p(x) et la courbe (C) représente la variation de la charge linéaire en fonction de l'abscisse x le long de la bande. Si x1 et x2 sont les abscisses des points n et n correspondant aux instants t1 et t2 (début et fin du pesage), il est clair que le poids total P compris entre ces deux points est donné par Le coefficient k est égal, en première approximation, à Ls L étant ce qu'on appelle la longueur de pesage, définie (Fig. 1 ) comme la distance d entre rouleaux peseurs RP, augmentée de deux fois la demi-distance e entre rouleaux peseurs et rouleaux porteurs RS; dans le cas d'un seul rouleau peseur,-L = e et k-= e Lorsque la bande est en mouvement et animée d'une vitesse v, x = x(t), v = dt et (A) -devient : De cette formule, il résulte que le poids total de matériau transporté dans l'intervalle (t1,t2) est obtenu par intégration d'un produit, celui de l'indication instantanée de la balance et de la valeur instantanée de la vitesse. Cette formule est dtailleurs générale et s'applique quelle que soit la façon dont est constitué ltélément peseur. On va décrire maintenant sommairement un dispositif classique du comnerce pour le pesage sur bande. La Fig. 3 montre schématiquement le principe d'une telle installation. La balance BL est par exemple du type mécanique (peson à tangente), avec un seul-rouleau peseur, commandant le potentiomètre PT et accessoirement un index IX affichant sur le cadran de BL la valeur de p. Le potentiomètre PT est alimenté à ses bornes d'entrée par une tension ev fournie par un générateur tachymétrique entraîné par un rouleau tachymétrique RT et une transmission MU et proportionnelle e = - k' v Ce potentiogètre délivre à ses bornes de sortie une tension, fraction de ev, qui est proportionnelle à p e = k" p Finalement e e = k" p = kt ks p v = E pv Cette tension e est transmise à un intégrateur IN dont le principe est analogue à celui d'un ampèreheureùiètre et qui entrain un compteur à chiffres sautants CT; d'après la formule (B) ci-dessus, l'indication de CT donne le poids P du matériau transporté (en choisissant convenablement la démultiplication du compteur). Le rouleau tachymétrique RT, voisin de RP, est conçu pour suivre fidèlement les variations de vitesse de la bande. il est clair cependant que, pour obtenir une bonne précision, il faut : que que &commat;T fotlrnisse-une tension exactement proportion- nelle à sa vitesse angulaire, avec une très grande linéarité, (2) que le potentiomètre PT soit également précis, et ses conditions d'emploi entratnent une usure rapide, (3)que la tension E soit parfaitement stabilisée et enfin (4) que l'intégrateur IN n'introduise pas d'erreur propre. Le seul énoncé de ces conditions montrequ'en pratique, il est extrêmement difficile d'obtenir une précision meilleure que quelques pour cent, Le procédé de mesure et d'intégration de l'invention s'affranchit de la plupart des inconvénients des procédés classiques, qui utilisent en totalité ou en partie les moyens de l'exemple précédent. Dans son principe, l'invention repose sur l'emploi d'un codeur numérique d'angle destiné à l'affichage numérique d'une balance du type décrit dans le brevet français NO 1.352.119 du 23 mai 1962 et dans le certificat d'addition NO 84.396 du 28 septembre 1963. il est rappelé que ce codeur comporte un plateau tournant devarrt une aiguille dont l'angle avec une direction fixe de référence est proportionnel au poids à mesurer. Ce codeur délivre à chaque tour un train d'impulsions dont le nombre est proportionnel audit angle et, par suite, au poids à mesurer. Le. plateau tourne en permanence à une vitesse angulaire sensiblement constante N, qui dépend de l'application considérée; pour fixer les idées, on admettra que cette vitesse N est de 10 tours/ seconde en moyenne. A chaque tour, le codeur fournit un train dtimpulsions dont le nombre est exactement proportionnel au poids p indiqué par la balance auquel il est associé; si la portée de la balance est de 100 kg et la définition du codeur est de 10000 divisions par tour, un train de 5437 impulsions signifiera que le poids lu sur la balance est de 54a37 kg, chaque division du codeur valant 1- décagramme. Les impulsions fournies par le codeur sont envoyées à un compteur électronique à 4 décades par exemple, de type courant; la première décade va marquer les décagrammes, les suivantes les hectogrammes, kilogrammes et dizaines de kg (jusqu'à 99,99 kg). Dans les applications courantes du codeur rotatif, ce dernier tourne à une vitesse approximativement constante, mais il convient de-remarquer que ses indications sont, d'après son principe même, rigoureusement indépendantes de sa vitesse ou des fluctuations de celle-ci. En fait, dans le cas général, le codeur est cnt rainé. par un moteur à courant alternatif branché sur le secteur sans aucune précaution particulière. Dans le cas de la présente invention, le codeur est bienutiisé pour -lire les indications pde la balance, mais, et c1 est là une caractéristioue essentielle de l'invention, il est entraîné à une vitesse angulaire N rigoureusement proportionnelle à la vitesse v de la bande.On a donc N = k' v (c) Si on donne les indices 1, 2, --- i --- n aux tours successifs du codeur, chacun de ces tours steffectuera dans un temps e1, #2, e #i --- Qn variable en fonction de la vitesse v et inversement proportionnel à cette vitesse; dans chaque intervalle e1, e2, - -- 4ns le codeur fournira une valeur numérique p1, p2, -- P -de l'indication instantanée de la balance. Si lton totalise dans un compteur à décades de capacité suffisante les trains d'impulsions P1, P2, Pn, il est facile de voir que cette somme faite entre le le début et la fin du pesage, représente très exactement la quantité totale de matériau transporté En effet, la formule (B), transposée sous forme numérique, peut s'écrire : Or, par définition : # = N et ei = ou e. = x 1 , en appliquant la formule (C) ci-dessus. 1 v En définitive Ainsi, le problème de l'intégration des pesées instantanées est résolu selon l'inwention par simple totaisation de trains d'impulsions, à condition évidemment que le codeur soit rigoureusement synchrone de la bande. Un mode de réalisation simple consiste,- comme indiqué sur la Fig. 4, à disposer le codeur rotatif CR en bout d'arbre du rouleau tachymétrique RT; on interpose si nécessaire entre le rouleau RT et le codeur CR un train d'engrenages multiplicateurs - ou démuîtiplica- teurs-MU, de façon à réaliser un rapport de vitesses convenable. La balance représentée est du type "peson à tangenten et elle est disposée de façon à actionner directement l'aiguille IX placée devant le codeur CR; du codeur sortent trois fils (ou circuits) fournissant : le"top poids" TP, le "top azimut" TA et le "top zéro" TZ (voir brevet NO 1.352.119). il est rappelé que ce codeur délivre un train d' impulsions TP entre l'impulsion TA et liimpulsion TZ et que ce train d'impulsions est transmis à un compteur totalisateur qui compte et totalise à chaque tour du codeur le nombre d'impulsions de ce train. Ceci sera expliqué plus en détail ci-apres. Un autre mode de réalisation est représenté sur la Fig. 5; la tête indicatrice de la balance est placée à la verticale du rouleau peseur RP et le codeur dans l'axe de cette tête. L'entrainement du codeur se fait alors par une courroie, par exemple trapézoidale, de façon à ce qu'il n'y ait aucun glissement pouvant affecter le synchronisme RT/CR. Ces modes de réalisation s'appliquent essentiellement à des bascules du type mécanique où l'appareil indicateur est placé nécessairement à proximité immédiate de l'infrastructure de pesage; on notera à ce sujet que l'utilisation de llintégrateur analogiquenumérique objet de l'invention permet néanmoins le traitement à une distance quelconque des résultats du pesage, qu'il s'agisse du débit instantané de la bande ou du poids totalisé (la longueur des fils de sortie de CR est quelconque). Certains types de bascules utilisent des capteurs de force de types différents, notamment des dynamométres à résistances donnant une indication électrique du poids; 11 appareil indicateur est alors placé à une distance quelconque de ltélément peseur. Sur la Fig. 6, l'appareil de pesage comporte un dynamomètre DY, une ligne de transmission L, un servomécanisme SM et un indicateur circulaire à index IX, le mode d'entratnement du codeur étant celui représenté sur cette figure; un alternateur AL est monté sur l'axe du rouleau tachymétrique RT et fournit une tension dont la fréquence est, comme dans tout appareil de ce genre, exactement proportionnelle à sa vitesse angulaire. Le codeur rotatif CR est, dans ce cas, entraîné par un moteur synchrone NS alimenté par le courant fourni par l'alternateur AL; du fait que la puissance nécessaire à l'entrainenient du codeur est faible, il est facile-d'assurer un synchronisme parfait entre AL et CR, sans précautions particulières. Le montage de la Fig. 6 est applicable à toute installation de pesage à dynamomètres électriques; il permet l'installation du codeur dans le coffret ou l'armoire contenant le servomécanisme de mesure. La Fig. 7 donne le diagramme-bloc des circuits associés au codeur numérique dans le cas d'utilisation del'appareil delaFig.6, où il est prévu un entratnement par alternateur AL et moteur-synchrone MS. Le codeur CR envoie les impulsions de poids TP à un compteur à décades CT à travers une porte PO; cette porte est ouverte par le top zéro TZ et fermée par le top azimut TA. Un bouton RAZ permet de ramener manuellement le compteur au repos si on le désire. Le nombre d'étages du compteur GT est arbitraire etdépenduThque- ment du poids maximum à totaliser; en reprenant l'exemple ci-dessus, où la valeur de l'impulsion du codeur est de 10 g, en supposant que la bande débite au maximum 100 kg/sec et que les vacations ne dépars sent pas 20 heures, 9 décades seront nécessaires (Jusqu'à 9999 t). Cependant, il convient de n'afficher que les chiffres significatifs; dans ce cas, on s t arrêtera aux centaines de kg. Accessoirement, les impulsions venant du codeur peuvent être envoyées en parallèle à un compteur de débit instantané (CD) qui peut avoir un rôle de surveillance, par exemple de la charge de la bande, ou à un indicateur numérique-analogique de débit ID. Naturellement, les indications du compteur CT peuvent être transmises à divers appareils de traitement des- données (télétrans- metteurs, imprimeurs, régulateurs, etc) comme dans tout autre système de pesage en continu. La précision des installations de pesage en continu est affectée par diverses causes d'erreur -propres à ce type d'installations. L'utilisation d'un codeur numérique rotatif selon l'invention permet de staffranchir de certaines erreurs systématiques, celles qui tiennent à la non-linéarité de l'ensemble élément-peseur plus balance, en admettant en effet que cette dernière soit parfaitement précise, l'assimilation de la bande à un plan horizontal (formule (A) page 3) n'est qu'une approximation. En réalité, et en faisant une approximation meilleure mais non encore parfaite, la bande, sous l'effet de son propre poids et de celui des matériaux, prend une forme voisine de celle d'une chai- nette (y=chx). Dans cette hypothèse, on peut montrer que l'indication p transmise à la balance (parfaite) est affectée d'une erreur systématique proportionnelle au carré de la charge linéaire de la bande. Pour minimiser au mieux ce type d'erreurs de non-linéarité, quelle qu'en soit l'origine, on utilisera le procédé décrit dans le brevet français NO 1.414.807 du 16 juin 1964. Le disque du codeurintégrateur CR, avant essai métrologique de l'installation, comporte des graduations magnétiques rigoureusement équidistantes l1instal- lation prête à l'utilisation est alors essayée avec des masses étalonnées, conformément aux prescriptions légales. On peut ainsi tracer la courbe d'erreur; puis, suivant la méthode indiquée dans le brevet précité, on efface la graduation magnétique inscrite sur le disque et on la remplace par une nouvelle graduation, où les points ne sont plus tout à fait équidistants, mais répartis de façon à compenser la courbe d'erreur.En pratique, on retire le premier disque qui est considéré comme l'étalon et on le remplace par un second, gradué "sur mesure". Ce procédé permet de s1 affranchir de toutes les erreurs non aléatoires. Certaines installations de pesage comportent un indicateur entierement statique, du type "voltmètre électronioue à indication numérique"-, et ne nécessitent pas l'utilisation d'un codeur tournant comme dans les exemples précédents. Le principe des réalisations précédemment décrites peut néanmoins être transposé à ce cas suivant le procédé indiqué ci-après représenté schématiquement sur la.Fig. 8 - le rouleau tachymétrique RT entraine, par un des procédés représentés sur l'une ou l'autre des Figs. 4 ou 5, un émetteur d'impulsions EZ. Cet émetteur d'impulsions n'est autre qu'un codeur rotatif selon le brevet français Nb 1.-352.11-9 cité ci-dessus réduit à l'émission du top zéro TZ. Comme l'indique la Fig. 8, l'indication instantanée du poids s'inscrit dans ce cas dans un compteur électronique à décades CD faisant partie du voltmètre numérique VN. Toutes les fois qu'un top TZ est émis par l'émetteur rotatif EZ, le contenu du compteur CD est transféré dans le compteur totalisateur électronique à décades CT par l'intermédiaire de la porte PO. Ce compteur enregistre donc, conne on l'a montré précédemment, la totalisation des charges élémentaires, c'est-à-dire le poids total du matériau transporté. REVENDICATIONS 1 - Procedé de pesage continu de matériaux en vrac sur une bande transporteuse comportant un élément peseur qui fournit à chaque instant une valeur instantanée de la charge supportée par cet éliment et un dispositif intégrateur qui fournit le poids total de matériau transporté entre deux instants, caractérisé en ce que ledit dispositif intégrateur est un intégrateur analogique-numerique constitué par un codeur numérique d'angle à plateau tournant qui tourne à une vitesse angulaire proportionnelle à chaque instant à la vitesse de translation de la bande et oui engendre à chaque tour un train d'impulsions électriques dont le nombre est proportionnel à l'angle d'un index de mesure de l'élément peseur avec une direction fixe de référence et par un compteur totalisateur commandé par ledit train d'impulsions. 2 - Appareil de pesage utilisant le procédé de la revendication 1 dans lequel le poids instantané est déterminé par un index ou une aiguille se déplaçant devant un cadran gradué, caractérise en ce qu'il comporte un codeur numérique d'angle qui tourne en synchroaisme avec le déplacement de la bande et un compteur totalisateur. 3 - Appareil de pesage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le codeur numérique est fixé sur l'arbre d'un rouleau tachymétrique entraîné par la bande transporteuse. 4 - Appareil de pesage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le codeur numérique est entrafné en rotation par un rouleau tachymétrique par l'intermédiaire d'une courroie de transmission. 5 - Appareil de pesage selon la revendication 2, comprenant un dynamomètre électrique, un servomécanisme et un cadran de mesure à index, caractérisé en ce qu'il comporte un rouleau tachymétrique, une transmission, un alternateur entrainé par ledit rouleau, un moteur synchrone alimenté par cet alternateur, un codeur numérique entrainé par ce moteur et un compteur-totalisateur connecté au codeur. 6 - Appareil de pesage selon la revendication 2, caraetérisé en ce que le plateau tournant du codeur numérique comporte des marques magnétiques non equidistantes agencées de façon à supprimer les erreurs de mesure systématiques et en particulier l'erreur due au défaut de planéite de la bande transporteuse. 7 - Appareil de pesage continu de matériaux en vrac sur une bande transporteuse comportant un dynamomètre et un indicateur statique du type voltmètre numérique avec enregistrement du poids instantané dans un compteur à décades, caractérisé en ce qu'il comporte un rouleau tachymétrique, un émetteur d'impulsiolls rotatif entraîné par ledit rouleau et émettant une impulsion à choque tourdudit émetteur et une porte ET qui reçoit des signaux en provenance du compteur et de l'émetteur d'impulsions, la sortie de cette porte étant connectée à un compteur-totalisatenr a' décades dans lequel est transféré le nombre enregistré dans le compteur de chaque impulsion de l'émetteur rotatif.