Brevet FR2445958A1 — publié le 19800801

La présente invention, à laquelle ont collaboré Messieurs Alain GODET et Gérard BERTHOULE, concerne un procédé et des dispositifs pour mesurer la viscosité de liquides soumis à des efforts de cisaillement importants. Elle a plus précisément pour objet,un un perfectionnement apporté aux viscosimètres du type dit "Searle-Couette", en vue de permettre leur utilisation dans des conditions telles que le liquide testé soit soumis à des efforts de cisaillement importants. On sait que les viscosimètres de Searle-Couette comportent deux cylindres coaxiaux, séparés par un entrefer dans lequel est disposé le liquide dont on désire mesurer la viscosité. Le cylindre interne peut être entrain8 en rotation par rapport au cylindre externe, qui est fixe et forme palier. Un couplemètre, lié à l'arbre d'entratnement du cylindre interne, permet de déterminer le couple résistant à des vitesses variables et d'en déduire la viscosité du liquide. Du fait de la vitesse de rotation élevée du cylindre central et du faible jeu existant entre les deux cylindres, la nantit8 de chaleur produite dans un fluide au cours de tels essais est importante. En outre, si le liquide testé est mauvais conducteur de la chaleur, ce qui est le cas des huiles mindrales en particulier, un fort gradient de température apparat au sein du liquide. Le viscosimètre doit donc être équipé danse régulation de tempéra- ture particulièrement efficace, afin de permettre des mesures correctes de la viscosité, celle-ci variant considdrablement avec la température et devant par conséquent btremesurée à une température bien controlée et constante au cours dune mesure. Jusqu'à présent, ltévolution de la vitesse de rotation dn cylindre central étant effectuée par niveaux, il fallait attendre la stabilisation de la température pour faire la mesure du couple, voire même de faire la mesure de couple au vol" au passage de la bonne température. La présence permanente d'un opé- rateur habile était donc nécessaire,pour réguler manuellement la température du bain thermostatique équipant le viscosimètre. La Demanderesse a trouve le moyen de pallier cet incon dénient. Le but de la présente invention est donc de perfectionner les viscosimètres du type dit "de Searle-Couette". La présente invention a donc pour objet un procédé pour mesurer la viscosité d'un liquide à l'aide d'un viscosimètre du type "Searle-Couette", à faible entrefer entre cylindre interne et cylindre externe, dont le cylindre interne est animé d'un mouvement de rotation, ledit procédé étant caractérisé en ce que la vitesse V du cylindre interne est progressivement augmentée en fonction du temps t selon une loi du type V = k tn où k est une constante, et où 0,29n( Les dispositifs pour mettre en oeuvre ledit procédé constituent d'autres objets de l'invention. Le procédé selon l'invention est donc caractérisé en ce que la vitesse V du cylindre interne est progressivement augmentée en fonction du temps t selon une loi du type V=ktn Le couple résistant C est enregistré en continu et connaissant la vitesse on peut déduire la viscosité de la relation a = kB C Le procédé selon l'invention permet d'éviter les à-coups thermiques provoqués par une augmentation rapide du cisaillement de l'huile chaque fois que la vitesse est augmentée d'un niveau comme cela était pratiqué jusqu'à présent. La régulation de la température peut ainsi compenser l'augmentation progressive de la puissance P dissipée dans le film d'huile qui est proportionnelle au carré de la vitesse V du cylindre interne (P = kV). Pour obtenir une bonne régulation de température, il est souhaitable que la puissance dissipée varie le moins brutalement possible au cours du temps. La variation de la puissance en fonction du temps doit entre de préférence constante. Dans ces conditions la vitesse doit augmenter proportionnellement à la racine carrée du temps selon une loi V = k 4 ou V = k t+. De plus, pour une qualité de régulation identique en fin d'essai, quand n = +, la durée des essais T est divisée par 2 par rapport à un essai effectué avec n = 1. La figure 1 des deux dessins annexés, qui illustrent l'invention non limitative, représente la puissance dissipée pour une huile nevtonienne quand et n = 1. La figure 2 représente un dispositif mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. En référence à la figure 1, la droite A représente la variation de la puissance dissipée en fonction du temps quand V = k La courbe B représente la puissance dissipée en fonction du temps V = k t dP/dt La variation de la puissance dissipée dP en fin d'essai dt représentée par la tangente C à la courbe B est identique dans les deux cas, alors que la durée de l'essai est divisée par 2, c'est le résultat d'une utilisation du système d'évacuation des calories au maximum de sa capacité. En référence à la figure 2, le viscosimètre conforme à l'invention comprend, de façon connueen soi, un moteur à vitesse réglable 1, dont la vitesse est mesurée par une dynamo-tachywé- trique 2, et qui entraine, par l'intermédiaire d'une articulation souple 3, destinée à éliminer les moments de flexion, un couplerètre 4 et un cylindre 5. Ce dernier est disposé à l'intérieur d'un second cylindre 6, qui lui,est coaxial et qui est muni extérieurement d'une enceinte de refroidissement 7, à circulation de fluide, dont il est solidaire. Comme il a été indiqué ci-dessus, ce viscosimètre est destiné à mesurer des viscosités dans un liquide soumis à un fort gradient de cisaillement. A cet effet, l'entrefer des cylindres, dans lequel est introduit le liquide à tester, doit être de très petite dimension, égale au plus à 25 microns 3 la vitesse de rotation du cylindre interne 5 doit Btre élevée et peut atteindre 3 000 t/mn, de manière à obtenir des gradients de vitesse de l'ordre de 106 s Soit Vp, la vitesse de palier que l'on veut atteindre au bout d'un temps tp selon, conformément à l'invention, une loi du type V = ktn. Sur des roues codeuses 10, qui consistent en des systèmes intégrés de commutateurs permettant de générer des chiffres codés binaires ou codés BCD, on affiche la vitesse palier désirée Vp. Cette information est convertie en une tension E par le convertisseur numérique analogique 11. La tension E est convertie en une fréquence F par un convertisseur tension fréquence 12. De façon analogue, sur des roues codeuses 13, on introduit le temps tp au bout duquel la vitesse Vp doit étre atteinte. Cette valeur numérique de tp est appliquée à nn diviseur 14 qui reçoit la fréquence F sur une autre entrée. On dispose donc à la sortie du diviseur 14 d'une fréquence Fceest-i-dire du rapport VP/tp. . Cette fréquence est appliquée à un compteur d'impulsions 15 dont la sortie sXincrémente ainsi dune manière linéaire en fonc- tion du temps. Le compteur 15 est connecté à un convertisseur numérique analogique 16 dont la sortie Vz varie donc linéairement en fonction du temps selon la loi Vz = Vp t tp On utilise un module analogique 17 à trois variables d'en- trée a, b, c. Ce module a une tension de sortie Vs reliée aux variables dentrEe par la fonction de transfert suivante où n est une valeur comprise entre 0,2 et 5. Le module est ciblé de telle manière que b = c = E = Vp a = Vz = Vp t Tp On a donc et lorsque t = tp Vs = Vp En appliquant cette tension comme consigne d'un régulateur de vitesse, on voit donc que s - la vitesse croit comme on le désire selon V = k tn avec lorsque t La vitesse est régulée à Vp lorsque t)tp. Le comparateur 18 bloque le comptage dans le convertisseur 16 quand Vz= Vp. Le régulateur 19 commande la vitesse du moteur 1 mesurée par la dynamo 2. L'information de vitesse est bouclée sur le régulateur. Le dispositif permet d'obtenir rigoureusement la courbe de vitesse recherchée. L'opérateur a seulement à afficher la vitesse palier désirée Vp au bout du temps requis tp. L'exposant n peut être également affiché mais en général on se limite à n = 2 Le procédé et les dispositifs de mise en oeuvre dudit procédé simplifient donc considérablement le travail de l'opé- rateur. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour mesurer la viscosité d'un liquide à l'aide d'un viscosimètre du type Searle-Couette, à faible entrefer entre cylindre interne et cylindre externe dont le cylindre interne est animé d'un mouvement de rotation, ledit procédé étant caractérisé en ce que la vitesse V du cylindre interne est progressivement augmentée en fonction du temps t selon une loi du type V = k tn où k est une constante et où 0,2 4 n 5. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que n = 2 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend: a) l'affichage d'une vitesse de palier Vp désirée; b) l'affichage du temps tp au bout duquel la vitesse Vp doit être atteinte; c) la génération d'une fréquence F représentative de la vitesse de palier Vp; d) la division de la fréquence F par la valeur affichée du temps tp, cette division permettant obtenir une fréquence re- présentatrice du rapport e) le comptage de la fréquence ainsi divisée; f) La conversion de l'information relative à ce comptage en un signal analogique Vz qui varie linéairement en fonction du temps selon la loi Vz = vu t;; tp g) l'élaboration d'un signal de la forme Vs = ( b dans lequel on choisit b = c = Vp , a = Vz et n est une valeur comprise entre 0,2 et 5 de sorte que l'expression de Vs devient h) l'application du signal Vs comme tension de consigne d'un régulateur de vitesse associé au moteur entraînant le cylindre interne du couplemètre 4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'interruption du susdit comptage lorsque le signal Vs devient égal au signal représentatif de la vitesse de palier Vp. 5.- Procédé selon l'une des revendications 3 et 4 caractérisé en ce que l'affichage de la vitesse de palier Vp s'effectue en générant un signal numérique pouvant être représentatif de chiffres codés binaires ou codés BCD, ce signal numérique étant ensuite converti en une tension analogique E par conversion numérique-analogique, qui est ensuite convertie en une fréquence F par conversion tension-fréquence. 6.- Procédé selon l'une des revendications 3, 4 et 5, ca ractérisé en ce que l'affichage du temps tp s'effectue en générant un signal numérique. 7.- Dispositif pour mesurer la viscosité d'un liquide à l'aide dtun viscosimètre du type Searle-Couette,à faible entrefer entre cylindre interne et cylindre externe, dont le cylindre interne est entraîné en rotation par un moteur à vitesse réglable, par jj l'intermédiaire d'un couplemètre, caractérisé en ce qu'il comprend une roue codeuse permettant un affichage par signal numérique de la vitesse de palier Vp, un convertisseur numériqueanalogique pour convertir ledit signal en une tension analogique E, un convertisseur tension-fréquence pour convertir la tension E en une fréquence F, une roue codeuse pour l'affichage par signal numérique du temps tp au bout duquel la vitesse Vp doit être atteinte, un diviseur de fréquence permettant d'effectuer F le rapport t ,un compteur d'impulsion pour le comptage de la fréquence ainsi divisée, ce compteur étant relié par sa sortie à un convertisseur numérique analogique dont la sortie Vz varie donc linéairement en fonction du temps t selon la loi Vz = ue t tp un module analogique à trois variables d'entrée a, b, c, recevant respectivement le signal Vz pour l'entrée a et le signal Vp pour les entrées b et c,la fonction de transfert de ce module qui délivre une tension de sortie Vs étant dans laquelle n est une valeur comprise entre 0,2 et 5,et un régulateur de vitesse du susdit moteur mesurée par une dynamo tachymétrique, et qui utilise comme signal de commande la tension Vs. 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un comparateur qui reçoit sur ses deux entrées, respectivement, les signaux Vp et Vz et qui commande par sa sortie le blocage du susdit compteur lorsque les signaux Vp et Vz sont égaux.