Brevet FR2513758A1 — publié le 19830401

L'invention se rapporte à un procédé de mesure rapide et précise des volumes et densités des solides ainsi qu'au dispositif. de mise en oeuvre du procédé. Toutes les déterminations usuelles des volumes et densités des solides font appel, en laboratoire, a des appareillages tels que volumètres, les picnomètres ou les balances hydrostatiques. Cependant aucune des méthodes utilisées ne se prete à des mesures rapides et précises En effet en dépit des perfectionnements apportés à ces méthodes celles-ci se révèlent-soit peu précises soit trop longues pour pouvoir etre utilisées couramment. C'est ainsi que l'utilisation des volumètres nécessite certaines précautions si l'on veut aboutir à une détermination assez précise du niveau du liquide dans lequel on plonge le corps dont on désire connaître le volume avec précision. La précision de la mesure des volumes est améliorée par l'emploi des picnomètres, le volume du liquide remplacé par le solide, à une température donnée,étant déterminée par le poids de ce volume. Cependant cette méthode est encore plus lente que la précédente. L'emploi de la balance hydrostatique offre une certaine facilité mais les corrections dûes à l'introduction d'une fraction de la liaison : corps que l'on immerge, plateau de la balance rend encore impossible la rapidité des mesures. I1 existe aussi des picnomètres à air permettant, par la comparaison des positions du piston d'un cylindre contenant l'échantillon dont on désire connaître le volume et de la position du piston d'un cylindre de référence, d'obtenir une mesure directe du volume. Cependant cette mesure nécessite un certain nombre d'opérations et ne permet pas de déterminer rapidement les volumes et les densités d'éléments en grande quantité. En résumé, il n'existe aucun appareillage simple permettant d'effectuer rapidement des mesures de volume et de densité ayant une précision de l'ordre de 1 %, de sorte qu'il n'a pas été possible jusqu'à ce jour de classer des lots de solides, de densité assez voisine, par plages étroites de densité à une cadence superieure à 2 éléments par minute, L'objet de la présente invention est un procédé de déter mination précise des volumes et des densités des solides caractérisé en ce que ces mesures s'effectuent par deux pesées l'une s'effectuant dans l'air au moyen d'une première balance, l'autre dans un liquide dans lequel la seconde balance est une balance électronique immergée. L'expérience montre en effet que si l'on utilise un liquide diélectrique on conserve la précision des mesures d'une balance électronique du commerce, cette précision actuellement de l'ordre du dixième de miJligramme pour des poids d'une centaine de grammes étant conservées et, le temps de réponse d'une telle balance n'étant que de l'ordre de quelques secondes. V étant le volume de 11 échantillon, d sa densité P1 son poids dans l'air et P2 son poids apparent dans le liquide de P1 - P2 densité d1 on voit que V = d1 . On en déduit la densité pi P1 P2 1 L'intéret d'un tel procédé est de permettre une mesure précise du volume sans avoir à effectuer un contrôle de la variation du niveau d'un fluide comme dans les procédés usuels;ou des pressions dans le cas d'un picnomètre à air. Il suivit donc de déposer l'objet dont le volume ou la densité sont recherchés sur le plateau de la balance non immergée, puis de le déposer sur la balance immergée pour obtenir sans aucun controle de niveau ou autre manipulation les valeurs précises de P1 et de P2 et par conséquent de V et de d. Un autre objet de l'invention est un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé selon lequel le liquide d'immersion est un diélectrique choisi parmi les carbures de Fluor, issus de la fluoration des alcanes. Ces liquides présentent en effet l'avantage d'etre incolores, inodores et thermiquement stables. En outre ces liquides étant non polaires sont sans activité solvante. Leur densité étant relativement élevée de l'ordre de 2, le poids apparent P2 de l'élément est connu avec une meilleure précise sion que si la densité du liquide avait été de meme ordre de grandeur que l'eau. Une autre caractéristique de l'invention consiste en la liaison des sorties des deux balances soit à l'entrée d'un simple dispositif d'affichage des résultats soit à l'entrée d'un microprocesseur susceptible de commander une chaîne d'alimentation automatique des éléments dont les volumes et les dènsités sont à calculer et à comparer les résultats fournis par la double pesée à des valeurs données de volume et de densité, ladite chaîne amenant successivement chaque élé- ment sur le plateau de la balance non immergée, sur le plateau de la balance immergée et vers un dispositif de tri commandé en fonction des consignes. On peut ainsi avec une précision dé l'ordre de 1 % procé- der à la détermination et au classement de pièces d'alliages métalliques pesant de 2 à 50 g à des cadences de l'ordre de 12 pièces par minutes. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description détailléee suivante faite en référence aux dessins annexés qui représentent à titre d'exemple non limitatif un exemple d'application du procédé. Sur les dessins La figure l est une représentation schématique des opérations illustrant le procédé, La figure 2 est une représentation schématique d'une balance électronique dans sa cuve d'immersion et, La figure 3 est un schéma de mise en oeuvre du procédé dans une application au tri automatique d'objets selon leurs volumes ou densités. Le procédé illustré figure 1 consiste à évaluer le volume de tout objet ou élément 1 par une double pesée. Une première pesée est effectuée sur une balance 2 qui est de préférence de type électronique et dont les circuits permettent d'afficher par une voie quelconque, par exemple par l'index 3, la valeur PI du poids de l'élément 1 en fonction des paramètres les circuits équilibrant le plateau 4. La seconde pesée, schématisée par la flèche 5 s'effectue en plaçant l'objet 5 sur le plateau 14 d'une seconde balance électronique 12 de préférence de meme caractéristiques que la balance 2 mais immergée dans la cuve 6 contenant un liquide 7. La lecture de l'index 13 peut se faire soit à travers la cuve elle-meme si celle-ci est transparente soit à travers une lucarne soit par un câble de transmission. Ces moyens connus pouvant etre quelconques n'ont donc pas été représentés. Le socle 8 peut etre quelconque ou aménagé pour recevoir tout dispositif d'affichage des résultats indiqués par l'index 13 ainsi qu'un poste de calcul de tout type, programmé ou non pour recevoir la valeur P1 du poids de l'élément 4 fourni par la première pesée à l'aide de la balance 2 ainsi que la valeur P2 du poids apparent de l'élément 4 dans le liquide 7 dont la densité dl peut être enregistrée une fois pour toute au poste de calcul. Celui-ci peut ainsi déterminer automatiquement la valeur du volume soit V = Pi - P2 ainsi que la valeur de la densité de l'élé d1 que ment 4 soit : d = V = P1-P2 d1. Selon l'invention, le liquide 7 est un diélectrique dont l'un des avantages essentiels est son caractère non polaire et par conséquent sans activité solvante. Cette adaptation à l'immersion de la balance électronique dans un tel liquide est complétée par le choix du groupe des carbures de Fluor issus de la fluoration des alcanes, ces liquides étant inco lores, inodores 3 thermiquement stables et de densité relati- vement élevée : de ltordre de 2. La détermination du volume V selon le présent procédé en est ainsi d'autant plus précise. Lorsque l'on est amené à utiliser le procédé décrit pour de nombreux solides on utilise de préférence une cuve telle que 16 figure 2 qui comprend à sa partie supérieure un support schématisé en 17 pour centrer une surface cylindrique 18 au dessus du plateau 14. Ce-cylindre qui permet un guidage commode de l'objet ou de l'élément que l'on dépose sur- le plateau 14 constitue en outre un moyen de retenue d'une couche d'huile 19 que l'on déverse sur le liquide diélectrique 7 et à l'extérieur du cylindre 18 en vue d'éviter l'évaporation du liquide sur toute sa surface supérieure, tout en réservant un passage d'accès au plateau 14. I1 va de soi que l'huile non volatile peut être quelconque et être remplacée partout autre liquide compatible et peu volatil, l'huile pouvant même être remplacée par l'eau.Un câble de transmission 15 permet notamment l'affichage des valeurs des poids apparents fournis par la balance 12 sur tout dispositif de visualisation. I1 peut de même servir à l'introduction des valeurs de la pesée dans un dispositif de calcul. Ce type d'appareillage peut donc être avantageusement utilisé en laboratoire pour les détermination rapides et précises des volumes et densités de produits solides. I1 peut aussi être avantageusement utilisé pour le triage automatique de pièces selon leur volume ou leur densité. Dans ce cas la balance électronique 22 figure 3 de détermination des poids P1 est équipée d'un câble 20 transmettant ces valeurs à une mémoire 9 qui peut aussi faire partie d'un microprocesseur 10. Dans l'exemple figuré cette mémoire est reliée au microprocesseur par le câble 21. La balance immergée 12 est connectée au microprocesseur 10 par le câble 15. La chaîne d'avancement des objets 1 vers le plateau de la balance 22 a été représentée schématiquement en 23 et matérialise avec le dispositif 24 d'amenée et de retrait de objet la première phase du procédé d'enregistrement des valeurs P1 de première pesée.La partie 25 de la chaîne d'avancement vers la balance immergée 12, et le dispositif 26 de dépôt et de retrait des objets 1, matérialisent la seconde phase du procédé en vue de la détermination des poids apparents P2. Les dispositifs 24 et 26 sont placés dans l'exemple donné sous le contrôle du microprocesseur 10 par le câble 27. Le microprocesseur lo calcule donc pour chaque nouvelle valeur P2 soit uniquement la valeur du volume V soit la densité. Selon le tri désiré, les éléments 1 peuvent donc être acheminés aisément au moins vers l'une des deux bandes 28, 29, l'une correspondant aux éléments dont V tou d) est inférieur à une certaine valeur pré-enregistrée dans le microprocesseur, l'autre aux éléments dont V est supérieur à cette valeur. A cet effet les bandes 28 et 29 sont reliées aux sorties 31 et 32 d'un dispositif d'aiguillage 30 recevant les éléments 1 par la dernière chaîne 33, le dispositif 30 étant placé sous le contrôle du microprocesseur 10 par le câble 34.Si on le désire les bandes 28 et 29 peuvent correspondre respectivement aux éléments 1 de volume V 4 VO et V VO, lorsque la densité d est inférieure à une valeur prédéterminée do et les bandes 35 et 36 reliées par 37 et 38 au dispositif 30 peuvent correspondre à de tels volumes pour des densités supérieures à duo . Il est clair que le tri peut s'effectuer selon tout autre critère f(d,V, d0, VO), le nombre de voies de sortie (31,38) pouvant être quelconque. A titre d'exemple on peut déterminer aisément les densités et effectuer le classement de pièces d'alliages -métalliques pesant de 2 à 50 grammes par densité avec une précision de l'ordre de 1 % å la cadence de 12 pièces par minute, cette cadence pouvant notamment être accrue par l'utilisation d'un seul microprocesseur connecté à plusieurs paires de balances. Les balances fonctionnant de façon continue sur de longues périodes on maintient la précision en équipant la cuve 16 d'un dispositif à thermostat, schématisé en 39. L'alimentation en courant pouvant être quelconque n'a pas été représentée. On comprendra que selon les formes des solides on peut avoir intérêt à utiliser des surfaces cylindriques 18 dont les sections soient adaptées à celles des solides notamment dans le cas de dissymétrie tres accusée, la surface 18 pouvant prendre par exemple la forme d'une surface prismatique particulière. La couche d'huile 19 qui est retenue par la surface 18 jouant le rôle de paroi interne permet non seulement d'éviter l'évaporation du liquide diélectrique 7, mais a en outre pour effet d'amortir plus rapidement le train d'ondes du à l1intro- duction des solides. On voit ainsi que l'on peut réduire les temps des pesées de façon appréciable quelle que soit la forme des corps solides que l'on pèse, l'effet d'amortissement pouvant encore être accru dans le cas d'objet de formes seablables en utilisant des parois 18 dont le contour favorise l'amortissement procuré par la couche d'huile. REVENDICATIONS 1O) Procédé de détermination précise et rapide des volumes et des densités des solides au moyen de balances et d'un liquide caractérisé en ce que l'on mesure au cours d'une première phase le poids P1 du solide au moyen d'une balance et au cours-d'une seconde phase le poids apparent P2 du solide au moyen d'une balance électronique immergée dans un liquide diélectrique de densité dl, le solide étant entièrement immergé lorsqu'il s'appuie sur le plateau immergé de la balance, le volume V du solide ( lu 2) et la (p P1P2 étant calculés par lecture densitéd de celui-ci directe ou transmise des valeurs P1 -et P2. 20) Procédé tel que revendiqué en selon lequel la valeur P1 fournie par la balance non immergée étant obtenue et transmise à une mémoire au cours d'une première phase et la valeur P2 fournie par la balance immergée étant obtenue et transmise à un microprocesseur au cours d'une deuxième phase, une nou- velle pesée d'un second solide s'effectue par la balance non immergée au cours de ladite seconde phase. 30) Procédé tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 1 et 2 dont le liquide diélectrique est maintenu à température constante. 40) Dispositif de mise en oeuvre du procédé revendiqué dans l'une quelconque des revendications l à 3 caractérisé en ce que la balance mesurant le poids P1 et la balance mesurant le poids apparent P2 sont du meme type, la cuve contenant le liquide d'immersion comprenant en outre un moyen d'accès à la lecture du poids apparent P2. 50) Dispositif tel que revendiqué en 4 dont la balance immergée comporte un index d'affichage en poids apparent et la cuve une fenêtre de lecture de l'index. 60) Dispositif tel que revendiqué en 4 dont la cuve d'immers ion comporte un diélectrique choisi dans le groupe des carbures de Fluor issus de la fluoration des alcanes. 70) Dispositif tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 4 à 6 dont le liquide d'immersion est recouvert d'une couche constituée par un liquide à faible évaporation choisi de préférence dans le groupe des huiles... 8 ) Dispositif tel que revendiqué en 7 dont la couche à faible évaporation est retenue à l'extérieur d'une zone d'ac cès directe au plateau immergé de la balance au moyen d'une paroi interne (18) partiellement immergée. 9 ) Dispositif tel que revendiqué en 8 dont chacune des deux balances (22,12) comporte un moyen de transmission des valeurs de pesées à une mémoire d'un dispositif de calcul ou d'affichage. 100) Dispositif tel que revendiqué en 9 dont le moyen de calcul est un microprocesseur contrôlant une chaîne d'avancement automatique des solides incluant leur pose et leur retrait sur chacune des deux balances. 110) Dispositif tel que revendiqué en 9 dont le moyen (20) de transmission du poids est connecté à une mémoire (9) con tôlée par le microprocesseur, le moyen (15) de transmission du poids apparent P2 étant connecté directement au microprocesseur (10) dont la sortie commande un dispositif- de tri (30) représentatif des résultats du microprocesseur obtenus à partir de toutes fonctions de P1 de P2, de la densité d1 du liquide d'immersion et de toute données initiales de comparaison.