Brevet FR2461942A1 — publié le 19810206

La présente invention due aux travaux de Messieurs Paul BEAUDOIN et Patrick GILBERT de la Société SOFRASER a trait aux viscosimètres à vibrations du type à épingle. On sait qu'un viscosimètre à vibrations est un ap- pareil qui comprend une épingle plongeant dans le fluide à étudier, des moyens pour appliquer à l'extrémité d'une des branches de l'épingle une vibration alternative, des moyens pour mesurer la vibration transmise à l'extrémité de l'autre branche de l'épingle, et des moyens pour comparer la vibra- tion appliquée et la vibration transmise et notamment pour mesurer le déphasage entre ces deux vibrations, lequel est une fonction de la viscosité du liquide dans lequel plonge l'épingle. De façon plus précise, un viscosimètre à vibra- tions se compose d'un système vibrant constitué d'une épin- gle en forme d'U de dimensions variables, sur les branches de laquelle sont généralement soudés les tubes souples qui la supportent. Ces tubes sont eux-mêmes soudés sur une emba- se. Sur cette embase est fixé un moteur qui par l'intermé- diaire d'un système mécanique donne à une des branches de l'épingle (branche émettrice) un mouvement alternatif sinu- soldal de fréquence déterminée. Ce mouvement se transmet le long de l'épingle, jusqu'à l'autre branche (branche réceptrice) qui vibre donc à la même fréquence. Si le système n'est pas amorti, le mouvement de cette branche a même phase et même amplitude que la branche excitée: si le système est amorti parce que plongé dans un liquide, le mouvement de cette branche récep- trice a une phase et une amplitude différentes de celles de la branche émettrice excitée. Le plus souvent, on choisit de mesurer le déphasage existant entre les deux branches, pour rendre compte de l'amortissement introduit par la viscosité du liquide dans lequel l'épingle est plongée. Pour détecter le mouvement des deux branches de l'épingle, on fixe généralement sur chacune d'elles un ai- mant qui induit une tension dans une bobine placée devant 2 2461942 lui. A l'aide d'un phasemètre on mesure la différence de phase existant entre chacune des branches de l'épingle et on en déduit, par étalonnage, la viscosité du liquide dans le- quel l'épingle est immergée. Un tel viscosimètre à vibrations peut exister sous des formes de réalisation différentes; on pourra toutefois se référer avantageusement au BF 76 16 396 du 31 mai 1976 au nom de demandeur pour connaître plus en détail la conception d'ensemble d'un tel appareil auquel la présente invention s'applique, étant bien entendu que le domaine d'application de l'invention s'étend à tous les types de viscosimètres à vibrations à épingle. Dans les appareils du type à épingle qui viennent d'être décrits, l'obtention du mouvement alternatif néces- saire à l'excitation de la branche émettrice de l'épingle est réalisée généralement à partir d'un certain nombre de systèmes mécaniques connus pour leur aptitude à transformer un mouvement de rotation en un mouvement de translation. On peut citer par exemple parmi les systèmes mé- caniques: les systèmes utilisant une came, une bielle et un ressort, les systèmes utilisant une bielle, une manivelle et un coulisseau qui sont à l'image des systèmes utilisés sur les machines à vapeur ou encore certains systèmes comportant une came-tambour associée à un doigt sur lequel est fixée l'extrémité de l'épingle que l'on veut mettre en vibration. Dans d'autres cas, on réalise le mouvement alter- natif de la branche émettrice en utilisant directement l'ac- tion d'un champ magnétique créé dans une bobine par un cou- rant alternatif ou continu, bobine dans l'axe de laquelle se déplace un noyau de fer doux ou un aimant. Toutefois, les deux types de systèmes précédemment envisagés possèdent des inconvénients que l'on rappellera maintenant. Dans les systèmes purement mécaniques, les frotte- ments réduisent le rendement global. Les pivots, lorsque ceux-ci existent, sont difficiles à graisser en raison de 246 1942 l'extrême petitesse de l'amplitude du mouvement nécessaire et leur usure est rapide, ce qui réduit la durée de vie des appareils. Par ailleurs, dans tout système mécanique, les jeux de fonctionnement qui sont inévitables s'ajoutent pour les différents composants de l'ensemble et finissent par créer une imprécision non négligeable sur le résultat final obtenu. Or, il est extrêmement important dans des appareils de ce genre que l'amplitude du mouvement ainsi que sa fré- quence soient constantes avec un haut degré de précision. Les dispositifs électromagnétiques précédemment décrits suppriment évidemment les problèmes de frottement, ce qui peut paraître un gros avantage. Malheureusement, l'amplitude de la vibration alternative obtenue par de tels systèmes, est directement fonction de la charge mécanique appliquée sur l'épingle et donc de l'inertie totale de l'en- semble de l'épingle immergée dans le liquide. Comme on a vu précédemment que lé procédé de mesure nécessitait une cons- tante parfaite de l'amplitude de la vibration quelle que soit la charge appliquée sur l'épingle, il en résulte que ces systèmes présentent également des inconvénients spécifi- ques non négligeables. La présente invention a pour objet un dispositif de mise en vibration de l'épingle d'un dispositif à vibra- tions qui pallie les inconvénients précédemment rappelés des systèmes de l'art antérieur, tout en étant d'une grande fia- bilité et d'une mise en oeuvre particulièrement simple. Ce dispositif est essentiellement caractérisé en ce que la branche émettrice de l'épingle est fixée à l'ex- trémité d'une lame-ressort articulée autour d'un point fixe, ladite lame s'appuyant sur un roulement à billes dont la cage intérieure est mue en rotation par un arbre moteur ex- centré par rapport à l'axe de roulement et dont la cage extérieure est bloquée en rotation sous l'effet d'un aimant puissant fixé sur ladite lame-ressort et maintenant celle-ci au contact permanent avec ladite cage extérieure, en un point fixe de celle-ci. 4 2 2461942 Le dispositif objet de l'invention est dérivé des mécanismes de la famille came, bielle, ressort, mais la ca- ractéristique essentielle consiste dans le fait d'utiliser comme came excentrée un roulement à billes dont seule la cage interne est mobile autour d'un arbre moteur excentré par rapport à l'axe du roulement à billes lui-même. La cage extérieure, au contact direct de la lame-ressort portant la branche émettrice de l'épingle, est maintenue bloquée en ro- tation par rapport à son axe et fixe par rapport à la lame- ressort grâce à la présence sur celle-ci d'un aimant perma- nent très puissant qui la maintient en place le long de la lame-ressort. Le roulement à billes décrit ainsi, par rap- port à l'espace environnant, un mouvement de rotation-trans- lation autour de l'arbre moteur excentré qui met en mouve- ment alternatif l'épingle du viscosimètre. Pour de petites amplitudes, ce mouvement alternatif, qui a lieu en réalité sur un arc de circonférence, est assimilable à un mouvement rectiligne. Comme dans les dispositifs antérieurs, la bielle est articulée par l'intermédiaire d'une lame de ressort au- tour d'un point fixe, ce qui supprime les problèmes de graissage et d'usure que l'on rencontre avec les pivots classiques. Dans le dispositif objet de l'invention, les seuls frottements qui subsistent sont ceux du roulement à billes qui sont par conséquent réduits au strict minimum néces- saire, du fait que seule la cage interne du roulement est animée d'un mouvement de rotation. La cage extérieure du même roulement roule légèrement sans glisser de part et d'autre de son point de contact avec la lame ressort, sur deux plaquettes de métal trempé dans lesquelles l'aimant permanant est enchâssé. L'usure et les jeux sont également réduits au mi- nimum, puisque le seul jeu résiduel est celui du roulement excentré. Enfin, conformément à l'invention, le moteur rota- tif peut être d'un genre quelconque connu, synchrone ou 2461942 asynchrone, mais il y a intérêt à le choisir surpuissant s'il est asynchrone, de façon que son glissement soit sensi- blement constant. Un moteur électrique pas à pas peut égale- ment être utilisé en rotation continue, ce qui permet une vitesse variable donc une fréquence de vibrations également variable et une gamme de mesure plus étendue. On doit noter enfin que le dispositif de mise en vibrations, objet de l'invention, nécessite, comme les dis- positifs comparables de l'art antérieur, que le rapport de la longueur de la bielle sur l'amplitude nécessaire soit le plus grand possible, ceci afin que l'on puisse assimiler le déplacement de la branche émettrice de l'épingle à un seg- ment de droite. On peut enfin remarquer, parmi les avantages du dispositif, le fait qu'il peut être utilisé à des températu- res très différentes les unes des autres, sans changer sen- siblement son mode de fonctionnement, car les dilatations sont librement permises et ne peuvent faire apparaître aucu- ne contrainte parasite gênante. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à la lecture qui suit d'un exemple de mise en oeuvre du dispo- sitif de mise en vibration, exemple qui sera décrit à titre non limitatif en se référant aux figures 1 et 2 sur lesquel- les: - la figure 1 représente en vue de dessus le dis- positif selon l'invention; - la figure 2 représente la vue en élévation du dispositif de la figure 1. Sur la figure 1, on a représenté l'épingle 1 fixée à l'extrémité d'une lame-ressort 2 mobile autour d'un point de fixation 3. La lame ressort 2 s'appuie sur un point fixe 4 par l'intermédiaire de l'aimant 5 sur la cage externe 6 d'un roulement à billes dont la cage interne 7 est mobile en rotation autour de l'axe 8 du roulement à billes l0, excen- tré par rapport à l'axe 9. A cet effet, un arbre moteur 1l entraîne une came excentrée 12 sur laquelle est fixée la cage interne 7 du roulement 10. 246 1942 Conformément à l'invention, l'aimant 5 est choisi suffisamment puissant pour fixer la cage extérieure 6 du roulement à billes 10 au point 4 et l'immobiliser en rota- tion autour de l'axe 9 au contact de la lame-ressort 2. A cet effet, dans un mode de réalisation préféré de l'invention, l'aimant permanent 5 est enchâssé entre deux plaquettes de métal trempé qui sont rendues solidaires de la lame-ressort 2. Le fonctionnement du dispositif est alors particulière- ment simple: lorsque l'arbre moteur 11 se met en rotation à vitesse constante déterminée, la cage interne 7 du roulement entre alors en rotation autour de l'axe excentré 8, ce qui entraîne la cage externe fixe 6 dans un mouvement de translation-rotation alternatif, lequel se répercute à son tour selon les flèches FF' sur la branche émettrice de l'épingle 1 qui vibre alors d'un mouvement alternatif à la même fréquence. Le choix du moteur destiné à mettre en mouvement l'arbre 11 peut être fait en fonction des critères sui- vants: Si le moteur est asynchrone, il faut le surdimen- sionner pour que le glissement reste à chaque instant le même, même si la charge imposée à l'épingle varie. Si la fréquence du réseau ne varie pas, la vitesse de rotation est alors constante ainsi que la fréquence d'excitation de l'épingle 1. Si le moteur est synchrone, à hystérésis, ou syn- chrone orienté à aimant permanent, la vitesse obtenue est alors en synchronisme rigoureux avec la fréquence d'alimen- tation du réseau électrique alternatif et la précision sou- haitée est obtenue sans difficulté. Si le moteur est du type pas à pas, la vitesse de rotation est alors déterminée par l'électronique de commande du moteur, ce qui permet en général d'obtenir sans difficul- té une vitesse rigoureusement constante. De plus, on peut facilement alors en agissant précisément sur cette électron- ique de commande, obtenir une fréquence réglable dans une gamme plus étendue. 246 1 942 REVENDICATION Dispositif de mise en vibration de l'épingle d'un viscosimètre à vibrations du type de ceux dont l'épingle en forme de U comporte deux branches, une émettrice et une ré- ceptrice, caractérisé en ce que la branche émettrice de l'épingle est fixée à l'extrémité d'une lame-ressort articu- lée autour d'un point fixe, ladite lame s'appuyant sur un roulement à billes dont la cage intérieure est mue en rota- tion par un arbre moteur excentré par rapport à l'axe du roulement et dont la cage extérieure est bloquée en rotation sous l'effet d'un aimant puissant fixé sur ladite lame et maintenant celle-ci au contact permanent avec ladite cage extérieure, en un point fixe de celle-ci.