Brevet FR2266161A1 — publié le 19751024

L'invention a pour objet une balance densimétrique, pour la mesure de la densité d'un solide par plongée dans un- liquide de référence, comprenant une balance à fléau à rapport, dont le point d'appui de fléau est porté-par un support. On a déjà proposé des appareils pour la détermination directe de la densité des solides. Ces appareils font intervenir des pesées dans lesquelles l'échantillon est plongé dans un récipient dteau. La mesure de la densité s'effectue en établissant 11 équilibre entre, d'une part le poids de l'échantillon diminué du poids du volume d'eau déplacé et d'autre part le poids du volume d'eau déplacé. L'équilibre est établi soit par la méthode de zéro, soit par déviation de l'équipage. Les appareils déjà connus ont tous une échelle de lecture non linéaire. D'autre part il est difficile d'obtenir une bonne fidélité et une bonne justesse.En effet, dans les balances à déviation, par exemple celle qui est décrite dans le brevet français nO 1 402 029, l'étalonnage et la reproductibilité des mesures sont fonction de nombreux paramètres; les balances à méthode de zéro, par exemple celle qui est décrite dans le brevet britannique nO 925 366, nécessitent le déplacement de masselottes compensatrIces en cours de mesure ou l'utilisation de jauges de contrainte. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients des balances densimétriques connues et de proposer une nouvelle balance très simple d'emploi, fiable et dont la justesse soit très bonne, permettant ainsi des mesures sur des échantillons de masses très différentes, sans précautions excessives. Un autre but de l'invention est de proposer une balance directement graduée selon une échelle linéaire de densité. Ces buts sont atteints, dans une balance selon l'invention, par le fait que le fléau reçoit en un point fixe l'application de force de la masse du solide plongé dans le liquide et, en un point réglable, l'application d'une tringle d'attaque d'une bascule à système articulé portant un récipient contenant le liquide de densité de référence, et des moyens sont prévus pour déplacer en translation horizontale sans jeu, l'un par rapport à l'autre, le support - de fléau de la balance à fléau à rapport et la tringle d'attaque de la bascule de telle sorte qu'on règle ainsi le point d'application de la tringle sur le fléau. A cet effet, on peut déplacer soit le support - du fléau par rapport à la bascule, soit la bascule par rapport au support - du fléau,- soit encore simplement la tringle d'attaque par rapport à l'ensemble. Il est avantageux, dans tous les cas, que le fléau à rapport soit à équilibre indifférent. La balance à fléau à rapport et la bascule à système articulé comportent chacune des moyens de tarage permettant de tarer la balance à fléau à rapport, en déchargeant la tringle de toute charge d'application, et de tarer la bascule en la désolidarisant de la balance à fléau à rapport. La partie de fléau à laquelle est appliquée en un point réglable la tringle d'attaque de la bascule comporte une graduation sur laquelle un organe de la tringle d'attaque sert d'index de lecture. Cette graduation est avantageusement une échelle de densité devant laquelle une roulette servant d'organe d'application de la tringle sur le fléau se déplace et peut servir d'index ou porter un index. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description donnée ci-après, uniquement à titre d'exemple, de modes de réalisation de l'invention. On se reportera à cet effet aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en elévation d'une balance selon l'invention - la figure 2 est le diagramme de la balance de la figure 1 , - la figure 3 est une vue agrandie du fléau de la balance de la figure I dont on a enlevé la masse de tarage - la figure 4 représente en élévation une vue schématique d'une variante d'une balance selon l'invention - la figure 5 représente en élévation une vue schématique d'une autre variante d'une balance selon l'invention. Sur la figure 1 une balance à fléau à rapport est constituée par un fléau 1 dont l'une des extrémités 2 supporte une nacelle 3 où l'on peut déposer l'échantillon dont la densité est à mesurer. L'autre partie du fléau porte une échelle graduée 4. Une masse mobile 5 permet le tarage de la balance, par déplacement sur une vis 6, comme il est connu. Le fléau porte sur des couteaux principaux 7 solidaire d'un support 8 qui peut glisser horizontalement par queue d'aronde et crémaillère, non représen tées, sur un bâti 10, en sorte que l'ensemble du support 8 et de la balance à fléau à rapport peut se déplacer horizontalement par rapport à ce bâti dans le plan de la figure. Une bascule à système articulé est disposée dans le bâti 10. Ellè comporte un plateau Il sur lequel repose un bac 12 rempli d'eau par exemple. Le plateau 11 comporte une tringle 13 rigidement liée et conformée en bras incurvé, à 11 extrémité duquel est fixée une roulette 14 qui peut reposer sur la partie graduée 4 du fléau 1 de la balance à fléau à rapport. Le point d'application de la tringle se déplace sur une droite coupant l'axe des couteaux de la balance à fléau à rapport. Le plateau il est fixé à un équipage à parallélogramme 21, 22, 23 lié à une colonne 24 du bâti 10, en sorte que l'équilibre de la bascule soit indépendant de l'em- placement des charges agissant sur le plateau 11.Une masse 25 à l'extrémité du contrefléau 23 de la bascule assure le tarage de la bascule par déplacement sur une vis 26. Une aiguille 27 fixée au bras incurvé 13 permet de repérer la position d'équilibre. Le bac 12 est de forme allongée dans le plan de la figure, de sorte que la nacelle 3 ne vienne pas en toucher les parois lors des déplacements de la balance à fléau à rapport 8, 1, par rapport au bâti 10. Pour effectuer le tarage préalable de l'appareil, on remplit le bac d'eau, par exemple, et on y plonge la nacelle 3 sans échantillon. En inclinant le fléau 1 de la balance à fléau à rapport pour la désolidariser de la tringle 13, on agit sur la masse 25 (ou sur la quantité d'eau) pour équilibrer la bascule à système articulé. Ensuite, après avoir soulevé le plateau Il de la bascule on tare la balance à fléau à rapport en agissant sur le déplacement de la masse de tarage 5 sur la vis 6. Pour mesurer la densité d'un échantillon on introduit alors cet échantillon dans la nacelle 3 et on déplace la balance à fléau à rapport relativement au bâti 10 jusqu'à ce que l'aiguille 27 reprenne sa position initiale repérée sur l'échelle 28. On lit alors la densité sur la graduation 4 en face de la roulette 14 ou d'un index porté par cette roulette, ce qui revient au même. En effet, l'introduction de l'échantillon provoque l'apparition sur le plateau 11 d'une force égale au poids du volume d'eau déplacé soit go ru (où V est le volume de l'échan- tillon; hO est la masse volumique de l'eau). La bascule à système articulé étant équilibrée en l'absence d'échantillon, c'est qu'une force égale et en sens inverse agit sur la roulette 14. En écrivant alors l'équilibre de la première balance avec les notations de la figure 2, où 1 est le bras de levier fixe et x le bras de levier réglable, et e la masse volumique de l'échantillon, on obtient : 1 g V (r-- rO) = x g V KO .La densité d étant par définition égale à e , la relation précédente s'écrit d - 1 = x 1 L'expression de la densité est donc une fonction linéaire de la distance du point de contact de la roulette à l'axe de pivotement de la balance à fléau à rapport. La graduation ne dépend que de la longueur 1 qui est parfaitement définie. En particulier si on adopte 1 = 100 mm, une unité de la première décimale de l'échelle des densités est représentée par 10 mm. Suivant un autre avantage de l'appareil selon l'invention, il n'est pas nécessaire de tarer à nouveau la balance avant chaque mesure, à la condition qu'à chaque fois on perde peu d'eau et que la nacelle soit bien débarrassée des -débris de ltéchantil- lon précédent. En effet, il suffit, avant d'introduire le nouvel échantillon, de repérer la position de l'index 27 et de l'y ramener lors de la pesée avec échantillon. La justesse de la balance ne dépend que du parallélisme des côtés du parallélogramme 21, 22, 23, 24 et de la qualité de fabrication du fléau 1, qui ne présente pas de difficulté d'exécution. Il est donc facile de réaliser des versions portatives robustes de l'appareil. Le bac 12 est généralement rempli d'eau, sans toutefois qu'il déborde. On peut cependant utiliser un autre liquide, mais l'appareil donnera alors la mesure des densités relatives par rapport à ce liquide. En particulier l'utilisation d'un liquide plus léger que l'eau permettra la mesure de densités inférieures à 1. L'appareil peut être utilisé pour la mesure de la densité de tout solide de densité supérieure au liquide du bac et compatible avec lui. La figure 4 représente une variante dans laquelle le support 8 est fixé au bâti 10. C'est alors seulement le bras incurvé 13 qui se déplace au moyen d'une vis 31 commandée par une manivelle 32 montée sur l'équipage mobile portant le plateau 11. Le mode d'emploi est alors exactement le meme que.pour la balance de la figure 1. A la figure 5 on a représenté une variante à déplace ment relatif de la bascule et du support 8 du fléau à rapport dans laquelle la tringle 13 agit sur le fléau 1 dans un rapport non égal à 1, en disposant la pièce 23 en position de fléau au lieu de contrefléau et en y appliquant la charge du bac 12 sur un couteau 27, le bras coudé 13 étant alors solidaire de la biellette 21. Si a et b sont respectivement les bras de levier du fléau 23 l'échelle 4 graduée en (d - l) est dilatée (ou comprimée) dans le rapport a b Une application particulièrement intéressante de la balance selon l'invention, dans un mode de réalisation transportable, est son utilisation en prospection minière.Par exemple, dans le cas des schistes charbonneux ou bitumineux, on a remarqué que, dans un même bassin minier, le pouvoir calorifique ou la teneur en huile des schistes variait comme leur densité, la densité de la matière minérale elîe-meme, principalement argileuse, étant pratiquement constante. La mesure de la densité permet donc la mesure directe des pouvoirs calorifiques et teneurs en huiles, et on peut même graduer directement l'appareil en fonction des indices recherchés. Elle permet donc de déterminer la valeur énergétique d'une roche carbonée. De meme l'appareil peut être utilisé pour la prospection de n'importe quel minéral se trouvant en mélange avec une roche de densité constante déterminée. I1 s'utilise d'une façon plus générale pour l'étude de tous les mélanges à deux constituants (par exemple teneur en eau d'un produit déterminé) REVENDICATIONS 1. Balance densimétrique pour la mesure de la densité d'un solide par plongée dans un liquide de référence, comprenant une balance à fléau à rapport, dont le point d'appui de fléau est porté par un support, caractérisé en ce que le fléau reçoit en un point fixe l'application de force de la masse du solide plongé dans le liquide et, en un point réglable, l'application d'une tringle d'attaque d'une bascule à système articulé portant un récipient contenant le liquide de densité de référence, et des moyens sont prévus pour déplacer en translation horizontale sans jeu, l'un par rapport à l'autre, le support fixe de fléau de la balance à fléau à rapport et la tringle d'attaque de la bascule, de telle sorte qu'on règle ainsi le point d'application de la tringle sur le fléau. 2. Balance densimétrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fléau à rapport est à équilibre indifférent. 3. Balance densimétrique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la translation horizontale relative du support fixe du fléau de la balance à fléau à rapport et de la tringle d'attaque de la bascule est obtenue par translation de l'un des deux du support fixe du fléau et de la bascule à système articulé par rapport au reste de l'ensemble. 4. Balance densimétrique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la translation relative du support fixe du fléau de la balance à fléau à rapport et de la tringle d'attaque est obtenue par translation de la tringle d'attaque par rapport à l'ensemble de la bascule et de la balance à fléau à rapport. 5. Balance densimétrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la balance à fléau à rapport et la bascule à système articulé comportent chacune des moyens de tarage. 6. Balance densimétrique selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens de tarage permettent de tarer la balance à fléau à rapport, en déchargeant la tringle de toute charge d'application, et de tarer la bascule en la désolidarisant de la balance à fléau à rapport. 7. Balance densimétrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la partie du fléau à laquelle est appliquée en un point réglable la tringle d'attaque de la bascule comporte une graduation, sur laquelle un organe de la tringle d'attaque sert d'index de lecture. 8. Balance densimétrique selon la revendication 7, caractérisée en ce que le point d'application de la tringle sur le fléau se déplace sur une droite coupant l'axe des couteaux de la balance à fléau à rapport. 9. Balance densimétrique selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que la graduation est une échelle directe de densité. 10. Balance densimétrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la tringle d'attaque de la bascule est appliquée sur le fléau par l'intermédiaire d'une roulette. 11. Balance densimétrique selon la revendication 10, caractérisée en ce que la roulette sert d'index de lecture.