Brevet FR2271563A1 — publié le 19751212

La présente invention concerne un viscosimètre à rotation. L'expression "viscosimètre à rotation" concerne des appareils comportant un moteur synchrone dont la vitesse de rotation de l'arbre de sortie est transmise à un organe de mesure à symétrie de rotation, qui plonge dans un réservoir à liquide. Les appareils de ce type connus comportent également une balance de torsion destinée à faire pivoter autour de son axe central, en fonction du couple de réaction exercé par le liquide sur l'organe de mesure tournant dans celui-ci, le stator du moteur, maintenu par un ressort de torsion sur un carter fixe, ce pivotement s'effectuant en antagonisme avec le couple de rappel de ce ressort de torsion, de façon à permettle la lecture de la viscosité du liquide, par exemple à l'aide d'une aiguille fixée au stator du moteur et d'une échelle graduée en viscosité. On connut également des visoosimetres analogues dans lesquels le stator du moteur, qui pivote à partir de sa position de repos en antagonisme avec le couple de rappel du ressort de torsion, fait tourner l'arbre d'entrée dtun convertisseur mécanique-électrique pour créer une grandeur électrique correspondant au couple de réaction agissant sur l'organe de mesure tournant, par exemple une grandeur proportionnelle à ce couple. De telles grandeurs de détection électriques facilitent l'affichage à distance de la valeur de la viscosité et la création d'une grandeur de réglage pour un convertisseur électrique-mécanique, par exemple pour une soupape de commande magnétique, qui commande rapport d'un liquide de dilution pour le réglage continu de la viscosité du liquide sur une valeur de consigne déterminée. On a constate qu'il était relativement onéreux de monter l'ensemble du moteur, basculant autour de son axe central, contre le couple de rappel d'un ressort de torsion, et d'assurer malgré tout une sécurité de fonctionnement suffisante de l'appareil ou une sensibilité suffisamment réduite de l'appareil vis-à-vis des chocs ou des mouvements de basculement mécaniques. I1 est également difficile dans les appareils connus, du type décrit, d'éviter les influences mecaniques perturbatrices des conducteurs d'alimentation de courant du moteur, susceptibles de fausser la valeur mesurée de la viscosité. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des solutions connues et se propose de créer un viscosimètre à rotation du type ci-dessus, viscosimètre caractérisé en ce que la balance de torsion est réalisée sous forme de couplages entre l'arbre de sortie du moteur et l'organe de mesure, et comprend deux disques de couplage coaxiaux, reliés l1un a' l'autre élastiquement par un ressort de torsion, un dispositif capteur d'angle fixe, sans influence mécanique, étant associé à cette balance de torsion pour créer une grandeur électrique modulée périodiquement, en fonction de l'angle de rotation instantané des deux disques de couplage. Une balance de couple, réalisée dans le sens d'un couplage, permet le montage d'une transmission variable, à rapport quelconque, entre l'arbre du moteur proprement dit et l'arbre d'entraînement de ce couplage (embrayage), ce qui n'était pas possible jusqu'alors, car sinon on aurait non seulement le couple de réaction sur l'organe de mesure, au niveau du stator du moteur, mais également les couples de frottement internes d'une telle transmission, ce qui augmenterait la valeur mesurée de la viscosité. Par ailleurs, une telle transmission, réglable a' des vitesses de rotation de sortie différentes, permet de faire tourner à une vitesse de rotation plus ou moins élevée un seul et même organe de mesure suivant la viscosité plus ou moins grande du liquide.Cela signifie que le même organe de mesure peut s'utiliser pour diverses plages de viscosité. Le stator du moteur peut etre monté fixe par rapport au carter de l'appareil et dans le chemin de transmission de la vitesse de rotation de l'arbre de sortie du moteur vers l'organe de mesure entraîné, on peut monter une balance de torsion, réalisée sous forme de couplage élastique en torsion, mais sans glissement, de façon à créer une grandeur électrique proportionnelle au couple transmis par le couplage (embrayage) ou encore au couple de réaction exercé par le liquide sur l'organe de mesure entraîné en rotation à la vitesse de sortie du moteur, c'est-a-dire proportionnelle à la valeur réelle de la viscosité du liquide. De façon avantageuse, les deux disques de la balance de torsion présentent à leur périphérie des fenêtres de passage de la lumière qui coopèrent avec un capteur angulaire photo-électrique, composé-d'une source lumineuse prévue sur le côté extérieur de l'un des disques de couplage et dgun montage de cellules photo-électriques prévues sur le coté extérieur de l'autre disque de couplage, pour créer un courant de cellule photo-électrique modulé en fonction du couplage à transmettre par la balance de torsion ou encore de l'angle de rotation qui s'établit entre les deux disques de couplage par rapport à une position de repos de ces deux disques. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement sur les dessins annexés-, dans lesquels - La figure 1 est une vue simplifiée de l'installation, -le viscosimètre constituant le capteur de l'installation de réglage de viscosité; - La figure 2 représente schématiquement les parties essentielles du dispositif d'exploitation du courant IF fourni par les cellules photo-électriques de l'appareil de la figure 1, en combinaison avec l'installation de réglage de viscosité; - La figure 3 représente la structure du courant modulé IF des cellules photo-électriques; - La figure 4 est un exemple d'un diagramme de réglage applicable å l'aide de l'installation de l'invention. Selon la figure 1, dans un récipient 10 contenant du liquide de mesure F, on a le boîtier l d'un viscosimètre de rotation dont les pieds sont munis de passages 11 qui permettent au liquide de mesure F d'arriver librement à la chambre contenant l'organe de mesure. L'intérieur du boîtier 1 est subdivisé par deux plaques transversales 12 et 13 rapportées étanches aux explosions. Dans la chambre 14 entre les plaques 12 et 13, un moteur synchrone est solidaire du boîtier 1 par l'intermédiaire d'un support 20. Le moteur transmet son mouvement soit directement, soitpar l'intermédiaire par exemple d'une transmission logée dans le carter du moteur, qui permet de choisir le rapport de transmission. Le mouvement est transmis à l'arbre 21 qui est alors entraîné suivant une rotation déterminée ou réglable. Un disque d'embrayage 22 est solidaire en rotation de l'arbre 21. La périphérie du disque 22 comporte des fentes 220 ou autres fenêtres permettant le passage de la lumière. Le disque d'embrayage 22 est coaxial à un second disque d'embrayage 23, monté en regard du premier, de façon à pouvoir osciller sur l'extrémité 210, de diamètre réduit, de l'arbre 21. La périphérie du second disque 23 comporte, comme le disque 22, des fentes 230 ou autres fenêtres permettant le passage de la lumière. Un ressort de torsion 24 tel qu'un ressort en spirale, dont la périphérie est reliée au disque 22 et dont l'extrémité intérieure est reliée au moyeu du disque 23, assure l'accouplement élastique sans glissement des deux disques. Ce ressort est précontraint de façon que les deux disques 22, 23 soient amenés dans des positions relatives de repos, définies par une butée non représentée, pour lesquelles par exemple les fentes 220 du disque 22 colncident avec les entretoises des fentes 230 du disque 23. Sous 11 effet du couple de réaction agissant sur le disque 23, celui-ci pivote d'un angle de retard ,- par rapport à sa position de repos, correspondant au disque 22, tout en exerçant une contrainte sur le ressort de torsion 24. Cet angle peut être proportionnel au couple instantané transmis par le disque 22 au disque 23. L'angle de rotation qui s'établit entre les disques 22 et 23 par rapport aux positions de repos relatives peut être mesuré en continu comme décrit ci-après. Les disques 22 et 23 forment une balance de torsion avec le ressort de torsion 24 qui les relie. Le disque 23 est solidaire en rotation d'un organe dtaccouplement magnétique 25 à aimantation permanente et dont les pôles N et S, dirigés axialement, agissent à travers le matériau non magnétique du disque de fermeture 13, sur les pièces polaires dirigées de façon correspondante d'un organe d'accouplement magnétique 30, solidaire du corps de mesure 3, de façon à exercer un effet de soutien et d'accouplement. L'organe de mesure 3 en forme de pot comporte à sa base un palier à pointe 30 pour la pointe de palier 130, fixée suivant l'axe central de la plaque de fermeture 13.L'organe de mesure 3 est ainsi suspendu sous l'effet des organes d'accouplement magnétiques 25 et 30, en etant centré et en tournant à la vitesse de rotation du disque d'accouplement 23, autour de l'axe central commun de l'arbre de sortie 21 du moteur. En négligeant les couples de freinage faibles au niveau du palier à pointe 30, seuls les couples de freinage provoqués par la viscosité du liquide F agissent sur la balance de torsion 22, -23, 24. En outre, un organe de mesure 3, réalisé et monté comme décrit ci-dessus, peut s'adapter avantageusement par sa forme géométrique à la zone de viscosité du liquide à mesurer et à la vitesse de rotation prévue de 11 arbre d'entraînement 21 du disque~22. Cet organe 3 peut également s'enlever facilement pour le nettoyage. Pour effectuer la mesure photo-électrique de l'angle de torsion S obtenue par la balance de couples 22, 23, 24 en cours de fonctionnement et qui correspond à la rotation des disques d'accouplement 22 et 23 par rapport à leur position de sortie, le support fixe 41 comporte une source lumineuse 42 à la périphérie du disque 22 ainsi qu'unie cellule photoélectrique 43 disposée sous la périphérie du disque 23. Au cours de chaque révolution de l'arbre 21, on a, dans la cellule photo-électrique 43 selon la figure 3, une impulsion de courant i dont la position chronologique est proportionnelle a' l'angle de rotation instantané des deux disques 22, 23, donc proportionnelle au couple transmis par la balance de torsion, c'est-àdire à la viscosité du fluide F. Le moteur synchrone 2 et le dispositif capteur d'angle photo-électrique sont reliés a' un dispositif d'alimentation et d'exploitation 5 par un crible 15. Ce dispositif 5 sert à régler la viscosité du liquide F à une valeur prédéterminée, dans une chambre qui est avantageusement séparée de la chambre de mesure. Ce dispositif se compose d'une plaque avant 50 et d'un voltmètre 51 dont l'aiguille balaie une échelle 510 graduée en valeurs de viscosité. Un bouton tournant 52 permet l'affichage d'une valeur de consigne de la viscosité sur laquelle, par exemple de la façon décrite ultérieurement, sera réglé le liquide F, par une alimentation convenablement commandée de liquide de dilution. Sur la plaque avant 50, on a en outre prévu un commutateur marche-arret 53 et une lampe de signalisation 54. La lampe de signalisation permet par exemple d'indiquer que la valeur réelle mesurée de la viscosité diffère de la valeur de consigne réglée. Comme représenté dans le schéma de la figure 2, le dispositif d'exploitation 5 comporte un démodulateur 55 qui reçoit le courant à modulation périodique IF des cellules photo-électriques du viscosimètre pour créer une tension de valeur réelle Uï, proportionnelle à la viscosité mesurée. Cette tension U. est d'une part envoyée à un instrument d'affichage 51 et d'autre part à un comparateur 56. Le comparateur 56 reçoit également une tension de valeur de consigne U5 créée sur un potentiomètre 520 en fonction du réglage de la valeur de consigne du bouton de réglage 52. Le comparateur crée une tension différentielle b U=Ui -U5 qui est envoyée à un générateur de valeur de réglage 57. De façon connue, ce générateur de valeur de réglage 57 crée, suivant une relation prédéterminée dépendant de la valeur de la tension différentielle A U, un signal de réglage S ou des impulsions de réglage s qui sont envoyés à une soupape magnétique 61 et à une lampe d'affichage 54. La soupape magnétique 61 commande, selon la figure 1, l'envoi de liquide de dilution provenant d'un réservoir 6 vers le réservoir 10, pour permettre le réglage de la viscosité du liquide F à une valeur de consigne réglée, malgré l'évaporation du liquide de dilution en cours de fonctionnement. Sur la figure 3, on a représenté schimati- quement la formation des impulsions périodiques i dans le courant IF des cellules photo-électriques. Les disques de couplage 22 et 23 couplés élastiquement l'un à l'autre par le ressort de torsion 24 se déplacent dans le sens de la flèche par rapport à un dispositif de lecture fixe muni d'une source lumineuse 42 et d'une cellule photo-électrique 43. Suivant le couple transmis par le ressort de torsion 24, les deux disques 22 et 23 se déplacent d'un angle T par rapport à la position de sortie dans laquelle les fentes 220 et 230 ne laissent passer aucune lumière de la source lumineuse 42 vers la cellule photo-électrique 43. En fonction de cela, au cours de chaque période P1, P2, P3, P4, etc., on crée des impulsions de courant photo-électriques il, i2, i3, i4, etc en fonction de la rotation des disques. La surface de ces impulsions photoélectriques est proportionnelle à l'angle de réglage des disques, donc au couple transmis, c'est-a' -dire à la viscosité du liquide F. Sur la figure 4 du dessin, on a représenté en abscisses le temps t et en ordonnées la valeur réelle instantanée V. de la viscosité V du liquide F. La valeur de consigne réglée porte la référence Vs et on a également représenté une tolérance Vs + 5 % sous la forme d'une ligne auxiliaire dans le diagramme. Aussi longtemps que la valeur réelle V. de la viscosité mesurée se trouve au-dessus de la valeur de tolérance Vs + 5 %, le générateur de valeur de réglage 57 crée un signal d'ouverture continu S de la soupape magnétique 61. Aussi longtemps que la valeur réelle V. de la viscosité mesurée se trouve entre la valeur de consigne Vs et la valeur de tolérance V + 5 Sb, on crée des impulsions d'ouverture s. s Lorsque la valeur réelle V. tombe en-dessous de la valeur de consigne Vss on ne crée aucun signal d'ouverture pour la soupape magnétique 61. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représente, â partir duquel on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICÂTIONS 10) Viscosimètre à rotation comportant un réservoir à liquide dans lequel plonge un organe de mesure entraîné par un moteur synchrone, une balance de torsion à ressort créant des grandeurs électriques correspondant à la viscosité du liquide, en coopérant avec un capteur de grandeur électrique de mesure, viscosimètre caractérisé en ce que la balance de torsion est réalisée sous forme de couplages (22, 23, 24) entre l'arbre de sortie (21) du moteur et l'organe de mesure (3), et comprend deux disques de couplage (22, 23), coaxiaux, reliés l'un à l'autre élastiquement par un ressort de torsion (24), un dispositif capteur sangle (42, 43) fixe, sans influence mécanique, étant associé à cette balance de torsion pour créer une grandeur électrique modulée périodi- quement, en fonction de l'angle de rotation instantanée (? ) des deux disques de couplage. 20) Viscosimètre à rotation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux disques (22, 23) de la balance de couples comportent des fenêtres de passage de lumière (220, 2303 à leur périphérie, ces fene*res coopérant avec le capteur de valeur angulaire photo-électrique (42, 43), comprenant une source lumineuse (42) sur le coté extérieur de l'un des disques de couplage et un montage à cellule phòto- électrique (43) sur le côté extérieur de vautre disque de couplage, pour créer un courant de cellule photo-électrique IF modulé en fonction du couple à transmettre de la balance de torsion ou de l'angle de rotation ( 9 ) qui en résulte pour les deux disques de couplage par rapport à une position de repos. 30) Viscosimètre à rotation selon la revendication 2, caractérisé en ce que, dans la position de repos des deux disques de couplage (22, 23) dont la périphérie est munie de fenêtres de passage de lumière (220, 230), le passage de la lumière de la source lumineuse (42) vers le montage à cellule photo-électrique (43) est bloqué, ce passage étant libéré en fonction du couple à transmettre. 40) Viscosimètre à rotation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une transmission qu'on peut régler à un rapport quelconque est prévue entre le moteur synchrone (2) et la balance de torsion réalisée sous forme de couplages (22, 23, 24). 50) Viscosimètre à rotation selon ltune quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'organe de mesure (3) est interchangeable.