Brevet FR2490334A1 — publié le 19820319

La présente invention concerne un appareil de mesure de l'épaisseur de la couche de produit sur un des cylindres d'un mélan- geur d'homogénéisation de cacao, chocolat, peinture, savon ou masses de même consistance. On s'efforce depuis longtemps de tenir compte de la couche de produit pour le réglage, la commande ou la régulation du mélangeur à cylindres. Le brevet de la République fédérale d'Allemagne n0 1 204 052 décrit une méthode particulièrement efficace. La variante optique présentée dans ce brevet a connu une vaste diffusion. Seule la présence ou l'absence de la couche de produit est toutefois décelée, afin de pouvoir arrêter rapidement le mélangeur dans le second cas. Il s'agit donc d'une protection contre la marche à sec. Des solutions plus récentes du même problème présentent des inconvénients. La réalisation selon le brevet de la République démocratique allemande n0 53 531 fait appel à des contacts glissants qui, en fonctionnement normal, reposent sur la couche de produit et, en cas de défauts de cette dernière, établissent un contact avec la surface du cylindre pour délivrer un signal servant à arrêter le mélan- geur à cylindres. Une couche de produit gênante se forme à la longue sur le contact glissant lui-même, dont la fonction est ainsi perturbée. Dans le cas de la demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le n0 1 607 618, une variation de charge du moteur d'entraînement est utilisée comme signal pour l'arrêt du mélangeur à cylindres. Ce signal n'est pas très précis. Il ne mesure pas l'épaisseur de la couche et est soumis à des grandeurs perturba- trices, telles que frottement des roulements et de l'entraînement, et viscosité variable de la masse. Dans le cas du brevet de la République démocratique allemande n0 81 305, un volet est incorporé dans la cuve d'alimentation et réagit à la présence ou à l'absence du produit dans cette cuve. Le mélangeur à cylindre est arrêté dans le second cas. Il s'agit de nouveau d'une mesure indirecte, qui n'indique pas l'épaisseur de la couche de produit sur le cylindre même. Les solutions précitées ont en commun de commander uniquement l'arrêt du mélangeur à cylindres. Avec le brevet de la République fédérale d'Allemagne n0 1 218 854, on a tenté de mesurer l'épaisseur de la couche de produit, afin de régler ainsi l'emprise de deux cylindres. Un galet palpeur est appliqué sur la couche de produit et ses mouvements sont amplifiés par une tringlerie pour délivrer la valeur instantanée à la régulation. Le fonctionnement d'une telle tringlerie n'étant pas précis, une addition à la demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le n0 1 507 583 propose une transmission électrique et non plus mécanique du mou- vement des galets. On ignore si cette réalisation a été effective- ment appliquée en pratique. En dépit du grand progrès théorique (la détermination de l'épaisseur de la couche de produit fournit une indication directe sur la finesse du produit), cette solution n'a pas été adoptée par les milieux professionnels. Le brevet britannique n0 1 188 083 décrit la mesure sans contact de l'épaisseur d'une feuille déplacée sur un cylindre métallique. De l'air est introduit sous pression constante dans une cloche mobile, suspendue à des leviers et équilibrée par des contrepoids. L'air s'échappe entre la circonférence de la cloche et la feuille, en maintenant la cloche à une distance constante de la feuille. Une sonde de mesure électrique de la distance est fixée sur la dloche et sa distance au cylindre constitue une mesure de l'épaisseur de la feuille. L'air agit directe- ment sur la cloche et, en cas d'écarts par rapport à la distance souhaitée entre la cloche et la feuille, les faibles variations de pression résultantes doivent provoquer directement le mouvement de masses relativement importantes. La précision et la sensibilité ne sont donc pas très grandes. Elles sont insuffisantes dans le cas d'un mélangeur à cinq cylindres pour chocolat. L'épaisseur de couche peut par exemple atteindre 45 pm sur le second cylindre et diminuer pro- gressivement jusqu'à 13 pm environ sur le cinquième cylindre. Dans le cas de la demande de brevet de la République fédé- rale d'Allemagne publiée sous le n0 26 09 387, une buse de soufflage, alimentée par l'intermédiaire d'un étranglement, et une sonde de mesure électrique de distance sont fixées sur un support mobile commun. Un piston pneumatique refoule, contre l'action d'un ressort, en direction d'un tube plastique extrudé, qui coulisse sur un poinçon de calibrage fixé sur l'extrudeuse. Un amplificateur transmet la pression de sortie de la buse de soufflage au piston pneumatique, de façon que la distance de la buse et par suite de la sonde de mesure électrique de distance à la surface du tube demeure cons- tante. La distance à la surface du poinçon de calibrage, mesurée par la sonde électrique de distance, est ainsi une mesure de l'épais- seur du tube. La buse de soufflage constitue une sonde de mesure de distance très précise, mais la précision de l'ensemble du dis- positif est réduite par l'hystérésis résultant du frottement du piston. L'invention vise à rendre le procédé du type précédemment décrit suffisamment fiable et précis pour les besoins de la pratique. L'appareil selon l'invention utilise les éléments connus suivants: deux dispositifs de mesure de distance sans contact, fixés sur un support mobile commun, à savoir a) un dispositif de mesure pneumatique de distance, mesurant la distance a la surface de la couche de produitest réalisé sous forme d'une buse de soufflage pneumatique, dont le jet de sor- tie est dirigé sur la surface de la couche de produit et qui présente une sortie de signal de sa pression interne, qui dépend de sa distance à la surface de la couche de produit, ladite sortie agissant par un amplificateur sur un position- neur du support mobile; et b) un dispositif de mesure électrique de distance, mesurant la distance à la surface métallique du cylindre. L'invention permet d'améliorer une telle construction avec des moyens simples, afin qu'elle réponde aux exigences de la pratique avec une fiabilité et une précision suffisantes. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le sup- port mobile est porté par un bras articulé, de préférence fixé par une plaque de base sur le montant du mélangeur à cylindres et sur lequel agit le positionneur, réalisé sous forme de siphon pneumatique. Un bras articulé réduit notablement l'influence du frottement, car les forces de frottement agissent sur le rayon relativement faible de l'axe d'articulation, de sorte qu'il apparait uniquement des couples perturbateurs très faibles par rapport aux couples résultant des forces à compenser. Il est en outre possible de réduire encore l'influence de ces couples de frottement en employant des articulations à faible ou sans frottement, comme dans le cas des balances. Il est par exemple possible d'utiliser les articulations connues, constituées par deux rubans perpendiculaires et voisins. Lorsque le bras articulé est sensiblement horizontal, et en particulier parallèle à l'axe du cylindre, il est possible de choisir un sens de déplacement des dispositifs de mesure de distance sensi- blement perpendiculaire à l'axe. Les sondes de mesure de distance demeurent parallèles à elles- mêmes quand le support mobile constitue un élément d'un parallélogramme articulé, relié par le bras articulé décrit et un bras articulé supplé- mentaire à l'élément fixe, qui est de préférence fixé sur le montant du mélangeur à cylindres par l'intermédiaire d'une plaque de base. La construction de l'appareil est particulièrement simple quand le support mobile est attiré par son propre poids en direction du cylindre. Il en est de même quand un ressort agit sur le support mobile en le tirant vers le cylindre. En pratique, on utilise souvent une com- binaison des deux forces. Le ressort permet de monter l'équipement sur le côté et non pas au-dessus du cylindre, de sorte que le bras articulé se déplace dans un plan horizontal. Un fonctionnement essentiellement numérique de l'amplificateur et de la buse de soufflage assure une précision particulièrement élevée et un temps de réponse très court. Le fonctionnement du mélangeur à cylindres est particulièrement régulier quand la sonde de mesure électrique de distance est reliée à la commande du mélangeur. En particulier, la régulation de l'emprise de trituration, située en amont du point de mesure, s'effectue entre les deux cylindres en amont du point de mesure. Un circuit de décalage du zéro permet de simplifier l'interprétation de la mesure. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous de deux formes de réalisation et des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente le schéma d'une première forme de réalisation, 249$334 avec indication de la disposition spatiale des parties mécanique et pneumatique de l'appareil; la figure 2 est la coupe agrandie de la buse de soufflage représentée à la figure 1 et constituant l'élément de mesure pneumatique; et la figure 3 est la coupe agrandie de l'amplificateur représenté à la figure 1. Un cylindre 11 de mélangeur est indiqué sur la figure 1. Il est constitué par un matériau métallique, et en particulier par de la fonte trempée. Il comporte un alésage axial 12, servant au refroi- dissement, en général par circulation d'un liquide de refroidissement. La couche de produit 13 est représentée sur la surface du cylindre 11; elle se forme quand le produit est attiré dans l'emprise de deux cylindres, avec homogénéisation intense. On sait que les divers cylin- dres d'un mélangeur tournent chacun avec une vitesse circonférentielle supérieure à celle du cylindre précédent. L'épaisseur de la couche de produit peut par exemple atteindre um environ sur le second cylindre d'un mélangeur à cinq cylindres pour chocolat. Elle diminue progressivement jusqu'à 13 iim environ sur le cinquième cylindre. Une plaque de base 15, destinée au dispositif de mesure, est fixée sur le montant non représenté du mélangeur à cylindres. Elle porte l'élément fixe 16 d'un parallélogramme articulé 17, comportant deux bras 18, 19 horizontaux, sensiblement parallèles à l'axe du cylindre 11 et sur lesquels est articulé un support mobile 20. Ce dernier porte une butée 21. Un ressort de traction 22 est disposé entre le bras 19 et la plaque de base 15. Une buse de soufflage 23 et une sonde de mesure inductive de distance 24 sont fixées sur le support 20, au voisinage du cylindre 11. La buse 23 est reliée à une soufflante 30 par des canalisations 27, 28 et un détendeur 29. La figure 2 illustre la construction de la buse de soufflage 23. Un alésage 33 sert au raccordement de la canalisation 28. Il est relié par un étranglement 34 à un alésage 35 qui aboutit à l'orifice de soufflage 36. La section de l'alésage 35 augmente brusquement par rapport à celle de l'étranglement 34. Un alésage 37 se raccorde à l'alésage 35 et aboutit à une sortie de signal 38 latérale. Une cana- 249u334 lisation 41 relie la sortie de signal 38 à un limiteur de pression 42, dont la sortie est reliée par une canalisation 43 à un amplifi- cateur 44. Le détendeur 29 alimente l'amplificateur 44 par une canalisa- tion 45. Une canalisation 46 relie l'amplificateur 44 à un étrangleur variable 47, dont la sortie est reliée par une canalisation 48 à un siphon pneumatique 49. Ce dernier est constitué par un pot 51, fermé par une membrane 50. La membrane 50 transmet la force pneuma- tique au bras 19 du parallélogramme articulé 17. La figure 3 illustre la construction de l'amplificateur 44. Un alésage 53 est prévu dans le corps 52 pour le raccordement de la canalisation 45 de pression dans le système. L'alésage 53 débouche dans un alésage 54, relié d'une part à la conduite 46 aboutissant à l'étrangleur 47, et débouchant d'autre part sur un siège 55 d'une membrane de commande 56, fixée dans le corps 52. La membrane de com- mande 56 délimite une chambre de sortie d'air 57, munie d'un alésage de sortie d'air 58, et une chambre de commande 59, comportant un alésage de commande 60 pour le raccordement de la canalisation 41 de la pression de mesure. La sonde de mesure inductive de distance 24 est connectée par une ligne 61 à l'amplificateur de mesure 62. Une ligne 63 relie la sortie de ce dernier à un circuit de décalage du zéro 64. Le circuit 64 est relié par une ligne 65 à un indicateur 66 et par une ligne 67 à la commande 71 du mélangeur à cylindres. En fonctionnement, le détendeur 29 règle l'air comprimé délivré par la soufflante 30 à une surpression de 0,2 bar. L'air comprimé est transmis par la conduite 28, l'alésage 33, l'étrangle- ment 34 et l'alésage 35 à l'orifice de soufflage 36, de façon que le jet sortant soit dirigé,sur la surface de la couche de produit 13. L'alésage 37 se trouvant à proximité immédiate du raccordement de l'étranglement 34 à l'alésage 35, la pression de mesure qui règne dans la sortie de signal 38 peut être positive ou négative selon la distance entre l'orifice de soufflage 36 et la couche de produit 13. La pression de mesure, transmise par la canalisation 41 et le-limiteur de pression 42 à l'amplificateur 44, augmente quand la 249v334 buse 23 se rapproche de la couche de produit 13. La pression de mesure maintient la membrane 56 fermée et l'amplificateur 44 trans- met intégralement la pression du système, qui lui est délivrée par le détendeur 29 et la canalisation 45, au pot 51 du siphon 49, par la canalisation 46, l'étrangleur 47 et la canalisation 48. La force exercée par la pression sur la membrane 50 est supérieure à la force résultant du poids du support mobile 20 avec le parallélogramme articulé 17 et de la force exercée par le ressort de traction 22. Le support mobile 20 éloigne la buse de soufflage 23 de la couche de produit 13 et, quand la pression de mesure est négative à la sortie du signal 38, la membrane 56 s'éloigne du siège 55 de l'amplifica- teur 44. Ce dernier évacue l'air comprimé du système et celui du pot 51 par la chambre de sortie d'air 57 et l'alésage de sortie d'air 58. Le poids et la force du ressort deviennent supérieurs à la force pneumatique du siphon 49 et le support mobile 20 rapproche la buse de soufflage 23 de la couche de produit 13. La pression à la sortie de signal croit ainsi de nouveau et la buse 23 s'éloigne de nouveau de la couche de produit 13. Ce cycle se répète à fréquence élevée et faible amplitude, de sorte que la distance de la buse 23 à la couche de produit 13 oscille avec une très faible amplitude autour d'une valeur constante. Les forces suivantes s'exercent sur la membrane 56 de l'ampli- ficateur 44: d'une part la pression de la sortie de signal 38, intégrée sur la surface 56, et d'autre part la pression du système dans l'alésage 54, intégrée sur la surface en contact avec la mem- brane 56. La pression atmosphérique règne dans le volume 57. La pression du système est de l'ordre de grandeur de 0,2 bar. La surface du siège étant beaucoup plus petite que celle de la membrane 56, la pres- sion totale sur la membrane 56, sur le côté du siège 55 et du volume 57, est très légèrement supérieure à la pression atmosphérique. La membrane 56 ferme (ou ouvre) l'alésage 54 pour une pression à la sortie de signal 38 très légèrement supérieure (ou inférieure) à la pression atmosphérique, de sorte que le fonctionnement de l'amplifi- cateur 44 est numérique. La pression de mesure à la sortie de signal 38 dépend très précisément de la distance de l'orifice de soufflage 36 à la sur- face de la couche de produit 13, de sorte que la buse de soufflage 23 fonctionne comme un dispositif de mesure de distance sans contact. La pression du jet sortant ne perturbe en aucun cas la couche de produit 13 sur le cylindre en rotation. Le siphon 49 fonctionne en positionneur du support mobile 20. L'étrangleur 47 amortit les mouvements de commande, de sorte que des fluctuations trop importantes n'apparaissent pas même dans le cas d'un manque soudain de la couche de produit 13. Lorsque la buse de soufflage 23 se rapproche trop de la couche de produit 13, le limiteur de pression 42 évacue l'air provenant de la sortie de signal 38, pro- tégeant ainsi les pièces mobiles de l'amplificateur 44 contre toute détérioration. La butée 21 interdit à la buse 23 de venir en contact avec la couche de produit 13. La sonde de mesure inductive de distance 24 mesure sa propre distance à la surface métallique du cylindre 11. Le signal de mesure correspondant est transmis par la ligne 61 à l'amplificateur de mesure 62 qui, par la ligne 63, transmet la valeur de la distance au circuit de décalage du zéro 64. Ce dernier est ajusté avant que le mélangeur à cylindre fonctionne avec le produit. Le jet émis par la buse de soufflage 23 atteint la surface hue du cylindre 11 et la commande pneumatique précédemment décrite maintient la buse 23 à la distance de consigne pratiquement constante par rapport à la surface du cylindre 11. La valeur de la distance de la sonde 24 à la surface nue du cylindre 11, délivrée par l'amplificateur de mesure 62 sur la ligne 63, est équilibrée sur le circuit de décalage du zéro 64 de façon que l'indicateur 66 présente une déviation nulle. La butée 21 doit être supprimée pour l'équilibrage. Il est donc avantageux de prévoir une butée mobile. Lorsque le cylindre 11 se recouvre d'une couche de pro- duit 13, la buse de soufflage 23 et la sonde de mesure de distance 24 s'éloignent d'une distance égale à l'épaisseur de la couche. L'indi- cateur 66 indique par suite la valeur effective de l'épaisseur de la couche. La même valeur est transmise par la ligne 67 à la commande 71 du mélangeur à cylindres. La commande 71 du mélangeur à cylindres peut prendre les for- mes les plus diverses.Une augmentation d'épaisseur de la couche de produit, jusqu'à sa valeur de consigne, peut régler une diminution de la largeur de l'emprise. Elle peut aussi régler un accroissement des forces prévues pour le serrage des cylindres. Dans le cas d'une valeur trop faible de l'épaisseur de la couche de produit, et notam- ment dans le cas d'une valeur nulle, la commande peut arrêter l'en- traînement des cylindres, comme une protection contre la marche à sec connue, et provoquer l'écartement de ces cylindres. La mesure de l'épaisseur de la couche de produit se prête particulièrement bien à la régulation de l'emprise par variation de la température des cylindres, de la façon décrite par la demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne n0 P 30 16 786.3, non encore publiée. Pour une force constante de serrage des cylindres, la variation de température fait varier la viscosité du produit et par suite l'emprise. D'autres dispositifs de mesure sans contact peuvent être pré- vus. La buse de soufflage 23 par exemple peut être remplacée par un dispositif de mesure optique de distance. Une sonde de mesure de dis- tance fonctionnant en suivant le principe magnétique est utilisable à la place de la sonde de mesure inductive 24. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Appareil de mesure de l'épaisseur de la couche de produit sur un des cylindres d'un mélangeur d'homogénéisation de cacao, chocolat, peinture, savon ou masses de même consistance, comportant deux dis- positifs (23, 24) de mesure de distance sans contact, fixés sur un support mobile commun (20), à savoir a) un dispositif de mesure pneumatique de distance (23), mesurant la distance à la surface de la couche de produit (13) et réalisé sous forme d'une buse de soufflage pneumatique, dont le jet de sortie est dirigé sur la surface de la couche de produit et qui présente une sortie de signal de sa pression interne, qui dépend de sa distance à la surface de la couche de produit, ladite sortie agissantpar un amplificateur sur un positionneur du support mobile; et b) un dispositif de mesure électrique de distance (24), mesurant la distance à la surface métallique du cylindre, ledit appareil étant caractérisé en ce que le support mobile (20) est porté par un bras articulé (19), de préférence fixé par une plaque de base (15) sur le montant du mélangeur à cylindres et sur lequel agit le positionneur, réalisé sous forme d'un siphon pneumatique (49). 2. Appareil selon revendication 1, caractérisé en ce que le bras articulé (19) est sensiblement horizontal. 3. Appareil selon revendication 2, caractérisé en ce que le bras articulé (19) est sensiblement parallèle à l'axe du cylindre (11). 4. Appareil selon revendication 1, caractérisé en ce que le sup- port mobile (20) est réalisé sous forme d'un élément d'un parallélo- gramme articulé (17) et relié par le bras articulé (19) et un second bras articulé (18) à l'élément fixe (16), qui est de préférence fixé par une plaque de base (15) sur le montant du mélangeur à cylindres. 5. Appareil selon revendication 1, caractérisé en ce que le sup- port mobile (20) est attiré vers le cylindre (11) par les forces auxquelles il est soumis, telles que son poids. 6. Appareil selon revendication 4, caractérisé par un ressort (22) qui agit sur le support mobile (20) et l'attire vers le cylindre (11). 7. Appareil selon revendication 1, caractérisé par un fonction- nement pratiquement numérique de l'amplificateur (44) avec la buse de soufflage (23). 8. Appareil selon revendication 1, caractérisé en ce que la sonde de mesure électrique de distance (24) est de préférence reliée par un circuit de décalage du zéro (64) à la commande du mélangeur à cylindres.