Brevet FR2580810A1 — publié le 19861024

La présente invention est relative à un procédé et à un appareil pour mesurer la viscosité d'un milieu, par exem- ple une masse de revêtement, une huile de poisson, une solu- tion de sucre, une huile, une peinture, une boue de charbon, une colle et autres milieux de viscosité élevée, de même qu'un milieu abrasif, à l'aide d'une lame montée pivotante dans le milieu pour pouvoir se déplacer entre deux positions extrêmes dans une zone de mesure. Des transducteurs statiques du type ci-dessus disponi- bles jusqu'à présent sur le marché comportent une pale ou une lame montée pivotante par exemple dans une conduite contenant un milieu. Ces transducteurs agissent avec un mouvement vibra- toire rapide et, de la même façon que dans les transducteurs rotatifs, il se produit dans ce type de dispositif de mesure une sollicitation importante du milieu, ce qui provoque une diminution de la viscosité de ce dernier, en particulier dans le cas d'un milieu thixotrope. Les transducteurs rotatifs né- cessitent des dispositifs compliqués pour assurer l'étanchéité de l'arbre de rotation. L'invention a pour but de fournir un procédé et un appareil pour mesurer la viscosité d'un milieu, les limita- tions et les inconvénients qui entravent les transducteurs statiques commerciaux étant éliminés. A cet effet, le procédé selon l'invention, pour mesu- rer la viscosité d'un milieu à l'aide d'une lame ou analogue qui est montée pivotante dans le milieu pour pouvoir se dépla- cer entre deux positions extrêmes dans une zone de mesure, est caractérisé en ce que ladite lame est commandée pour pivo- ter de manière intermittente, sous l'action de forces constan- tes engendrées par un système électromagnétique et un solénoi- de de plongeur, le courant délivré au solénoïde étant inversé pour provoquer le mouvement de la lame dans les deux direc- tions dans le milieu entre deux parois latérales fixes qui présentent un plan principal s'étendant de préférence parallè- lement au plan principal de la lame et dans la même direction que celuici, le milieu qui est situé dans au moins un premier espace intermédiaire défini entre une face latérale de la lame et la paroi latérale qui lui fait face étant chassé dans la direction de déplacement de la lame simultanément à l'aspi- ration du milieu dans au moins un second espace intermédiai- re défini entre l'autre face latérale de la lame et l'autre paroi latérale qui lui fait face, une force de cisaillement se produisant quand le milieu est chassé de la zone de mesu- re ou aspiré dans celle-ci, et en ce qu'on effectue une me- sure du temps nécessaire pour que la lame parcourt une par- tie au moins de la distance s'étendant entre les deux posi- tions extrêmes, ce temps étant une fonction de la force de cisaillement qui, à son tour, dépend de la viscosité du mi- lieu. L'appareil selon l'invention pour la mise en oeuvre du procédé cidessus, comportant des moyens pour actionner la lame par l'intermédiaire d'un arbre de support autour d'un dispositif de montage, et des moyens de mesure de temps,est caractérisé par le fait que les moyens pour actionner la la- me comportent un système électromagnétique qui est situé à l'extrémité libre de l'arbre de support, ledit système élec- tromagnétique étant agencé de manière à faire pivoter de ma- nière intermittente et sous une force constante la lame dont l'extrémité libre est située dans le milieu, le pivo- tement se faisant, par exemple à une fréquence de 1,0 à 0,2 Hz, entre deux positions extrêmes situées entre deux pa- rois latérales fixes dont les plans principaux s'étendent de préférence parallèlement l'un à l'autre et dans la même direction que le plan de la lame, les moyens de mesure de temps étant agencés pour mesurer le temps nécessaire à la lame pour parcourir une fraction prédéterminée de ladite dis- tance, ledit temps mesuré étant une fonction de la force de cisaillement se produisant quand le milieu est respective- ment chassé de la zone de mesure ou aspiré dans celle-ci,cet- te force de cisaillement étant à son tour une fonction de la viscosité du milieu. Grâce à l'invention on peut avantageusement mesurer la viscosité de milieux thixotropes, grâce à la faible solli- citation du milieu de la part du transducteur qui présente un cycle de fonctionnement intermittent et qui est inactif pendant environ 90 % de la durée totale d'une course de dé- placement. Grace au fait que la lame est animée d'un mouve- ment alternatif intermittent dans le milieu, ce dernier n'est pas sollicité de manière appréciable et il a le temps de se reposer ou de se rétablir de sa sollicitation entre deux courses successives. De manière connue, les milieux thi- xotropes ont une viscosité qui varie en fonction de leur de- gré de sollicitation. Le cycle de fonctionnement intermittent de la lame du transducteur contribue à l'obtention d'un échantillon représentatif du milieu toujours-présent dans la zone de mesure. Le transducteur présente une large plage de mesure qui peut être facilement modifiée par variation de la largeur de la lame, de son épaisseur, de sa course, de sa - vitesse de déplacement et de la valeur du courant qui est dé- livré au solénoide pour la déplacer. Par opposition avec les dispositifs rotatifs de mesure de viscosité, qui présentent souvent des moyens complexes d'étanchéité pour le passage de l'arbre, l'appareil selon l'invention comporte un joint sta- tique du type torique, ce qui constitue un avantage important du point de vue de la complexité et est de première importan- ce avec des milieux abrasifs ou agressifs. On comprendra bien l'invention à la lecture de la des- cription qui va suivre et en référence au dessin annexé dans lequel: Fig. 1 est une vue schématique partielle en coupe d'un transducteur de mesure de viscosité-selon la présente inven- tion monté dans une canalisation; Fig. 2 est une vue latérale schématique d'une four- chette optique de lecture du transducteur de la Fig. 1; Fig. 3 est une vue schématique en perspective des fonctions de la fourchette de lecture et d'un intercepteur de faisceau pour trois positions; Fig. 4 est une vue en plan du transducteur de la Fig. 1, la lame étant représentée en tirets; et Fig. 5 montre, à plus grande échelle, le mouvement de l'extrémité libre de la lame entre ses deux positions ex- trêmes, On a représenté sur la Fig. 1, partiellement en coupe, un mode de réalisation préféré d'un transducteur de viscosi- té selon la présente invention. Le transducteur, qui est mon- té sur une canalisation 1, comporte une lame ou analogue 2 qui est montée de manière pivotante dans le milieu présent dans la canalisation 1. La lame 2 est agencée pour pivoter de manière que son extrémité libre 6 se déplace entre deux positions extrêmes A et B, entre deux parois latérales fixes 3 et 4 qui peuvent être reliées à leurs extrémités par une traverse 7. Une source motrice, par exemple sous la forme d'un système électromagnétique 9 et d'un solénolde 20 de plon- geur donnant une force constante, est agencée de manière à commander de manière intermittente la lame 2 par l'intermé- diaire d'un arbre de support 8, de sorte que la lame 2 pivo- te autour d'un dispositif de montage 5 qui est situé entre l'extrémité libre 6 de la lame et l'extrémité libre 10 de l'arbre de support. L'extrémité libre 6 de la lame 2 parcourt la distance A-B ou B-A en un temps donné. Le temps nécessaire à la lame 2 pour effectuer cette course angulaire autour du dispositif de montage 5 dépend de la force de cisaillement qui se produit quand le milieu en question est chassé de la zone de mesure ou est aspiré dans celle-ci. A son tour, cet- te force de cisaillement dépend de la viscosité du milieu.Le transducteur de viscosité selon la présente invention agit suivant le principe des forces de cisaillement quand la lame 2 se déplace entre les deux parois latérales fixes 3,4, le milieu étant chassé dans la direction de déplacement de la la- me simultanément à l'aspiration d'une autre quantité de mi- lieu dans l'espace défini entre la paroi latérale 3 ou 4 et l'autre face de la lame 2, c'est-à-dire qu'une force de ci- saillement se produit quand le milieu est chassé de la zone de mesure ou y est aspiré. Le système électromagnétique 9 qui actionne la lame 2 comporte une enveloppe 14 d'aimant et un solénoide 20 de plongeur. Quand le courant électrique est dé- livré au solénoide 20 de plongeur, la lame 2 effectue une course angulaire autour du dispositif de montage 5 avec une force constante. Apres qu'une course de mesure a été effec- tuée, le courant délivré au solénolde 20 de plongeur est in- versé et la lame 2 revient à sa position initiale. La lame se déplace à une vitesse pouvant aller d'une course par secon- de (1,0 Hz) à une course toutes les cinq secondes (0,2 Hz). Une unité électronique d'amplification,non représentée sur le dessin, mesure le temps nécessaire à la lame pour ef- fectuer la course A-B et/ou B-A à l'aide d'une fourche 12 de lecture optique qui supporte une diode lumineuse 16 et un dé- tecteur 17. L'espace 15 compris entre la diode 16 et le détec- teur 17 est parcouru par un élément 11 d'interception du fais- ceau qui est assujetti à l'arbre de support 8, comme montré schématiquement également aux Figs. 2 et 3. L'unité amplifi- catrice d'évaluation fait la somme de plusieurs périodes de temps, par exemple cinq, et fournit une valeur moyenne de cel- les-ci pour donner une indication de la durée représentative de chacune des cinq courses effectuées. A chaque nouvelle course, la première des cinq périodes est soustraite et la nouvelle période est ajoutée, ce qui permet la formation con- tinue d'une valeur moyenne de la durée d'une course. Le systè- me 9 est situé à l'extrémité libre 10 de l'arbre de support 8 et il comporte un aimant 14 de solénoide qui est fixé à l'en- veloppe 13 pour coopérer avec le solénoide 20 de plongeur dis- posé à l'extrémité libre 10 de l'arbre de support 8, de ma- nière à commander le mouvement de pivotement de la lame 2 au- tour du dispositif de montage 5. La fourche 12 de lecture op- tique est également fixée à l'enveloppe 13 dans la zone de l'extrémité libre 10 de l'arbre de support. Entre le disposi- tif de montage 5 et l'extrémité libre 10 de l'arbre de support sont prévus des moyens mécaniques 18,19 formant butées de li- mitation des déplacements de l'arbre 8, ces moyens étant agen- cés pour interrompre le pivotement de l'arbre de support 8 perpendiculairement au plan de la lame 2. Un certain nombre de mesures définissent la base de la valeur moyenne de durée. Ce nombre dépend de la constante de temps sélectionnée. Cette valeur moyenne de temps est repré- sentée par l'unité d'amplification sous la forme d'un signal de sortie standardisé, par exemple de 0-20 mA ou 4-20 mA. Dans la réalité, la mesure de temps est effectuée seu- lement pendant une fraction de la course, l'élément 11 d'in- terruption du faisceau coupant le faisceau de lumière entre les branches de la fourche de lecture 12. L'élément d'inter- ruption 11 présente une largeur correspondant à environ 60 % de la course totale. Ainsi, les parties initiale et termina- le de la course angulaire ne sont pas incluses dans la mesure. De cette manière, on empêche qu'une déformation ou une élasti- cité possible des moyens mécaniques 18,19 de limitation de course affecte la longueur de la distance de mesure. Dans le mode de réalisation préféré représenté, la lame 2 présente une longueur, à partir du dispositif de montage 5, d'environ mm et une largeur d'environ 65 mm. Dans la zone du dispo- sitif de montage 5, l'arbre de support 8 est rendu étanche par rapport au milieu grâce à un joint statique 21 du type à anneau torique. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation, non plus qu'au mode d'application, qui ont été décrits; on pourrait au contraire concevoir diverses varian- tes sans sortir pour autant de son cadre. REVENDICATIONS 1. Procédé pour mesurer la viscosité d'un milieu à l'aide d'une lame ou analogue (2) montée pivotante dans le milieu pour pouvoir se déplacer entre deux positions dans une zone de mesure, caractérisé en ce que ladite lame (2) est commandée pour pivoter de manière intermittente, sous l'action de forces constantes engendrées par un système élec- tromagnétique (9) et un solénoide (20) de plongeur, le cou- rant délivré au solénoide étant inversé pour provoquer le mouvement de la lame dans les deux directions dans le milieu O entre deux parois latérales fixes (3,4) qui présentent un plan principal s'étendant de préférence parallèlement au plan principal de la lame et dans la même direction que celui-ci, le milieu qui est situé dans au moins un premier espace in- termédiaire défini entre une face latérale de la lame et la paroi latérale qui lui fait face étant chassé dans la direc- tion de déplacement de la lame simultanément à l'aspiration du milieu dans au moins un second espace intermédiaire défi- ni entre l'autre face latérale de la lame et l'autre paroi latérale qui lui fait face, une force de cisaillement se pro- D duisant quand le milieu est chassé de la zone de mesure ou aspiré dans celle-ci, et en ce qu'on effectue une mesure du temps nécessaire pour que la lame parcourt une partie au moins de la distance s'étendant entre les deux positions ex- trêmes (A,B), ce temps étant une fonction de la force de ci- saillement qui, à son tour, dépend de la viscosité du milieu. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mesure de temps est effectuée seulement pendant une fraction, par exemple environ 60 %, de la course totale de la lame (2), ladite fraction étant de préférence située cen- 0 tralement entre les deux positions extrêmes. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, ca- ractérisé en ce que la lame (2) pivote de manière intermit- tente autour d'un dispositif de montage (5) par l'intermé- diaire d'un système électromagnétique (9) et d'un arbre de support (8), à une fréquence par exemple comprise entre 1,0 et 0,2 Hz, ledit dispositif de montage (5) étant situé entre l'extrémité libre (6) de la lame (2) et l'extrémité libre(10) de l'arbre de support (8). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la lame (2) pivote dans le milieu dans une direction à angle droit par rapport à son plan. 5. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, comportant une lame (2) mon- tée pivotante dans le milieu et pouvant se déplacer entre deux positions extrêmes dans une zone de mesure, des moyens (9) pour commander la lame (2), par l'intermédiaire d'un arbre de support (8), autour d'un dispositif de montage (5), et des moyens de mesure de temps, caractérisé en ce que les moyens (9) pour actionner la lame (2) comportent un système élec- tromagnétique (9) qui est situé à l'extrémité libre (10) de l'arbre de support (8), ledit système électromagnétique étant agencé de manière à faire pivoter de manière intermittente et sous une force constante la lame dont l'extrémité libre (6) est située dans le milieu, le pivotement se faisant, par exem- ple à une fréquence de 1,0 à 0,2 Hz, entre deux positions ex- trêmes (A,B) situées entre deux parois latérales fixes (3,4) dont les plans principaux s'étendent de préférence parallèle- ment l'un à l'autre et dans la même direction que le plan de la lame, les moyens de mesure de temps étant agencés pour me- surer le temps nécessaire à la lame pour parcourir une frac- tion prédéterminée de ladite distance, ledit temps mesuré étant une fonction de la force de cisaillement se produisant quand le milieu est respectivement chassé de la zone de mesu- re ou aspiré dans celle-ci, cette force de cisaillement étant à son tour une fonction de la viscosité du milieu. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le système électromagnétique (9) comporte un aimant (14) de solénoide qui est fixé à l'enveloppe (13) des moyens de mesure pour coopérer avec un solénoide (20) de plongeur dis- posé à l'extrémité libre (10) de l'arbre de support (8) pour commander le mouvement oscillant de la lame (2) autour du dis- positif de montage (5), ledit mouvement se produisant suivant une force constante et par inversion du sens du courant dans le solénoide (20) de plongeur. 7. Appareil selon l'une des revendications 5 et 6, ca- ractérisé en ce que les moyens de mesure de temps comportent une unité électronique d'amplification pour mesurer le temps à l'aide d'une fourchette (12) de lecture optique qui est fi- xée à l'enveloppe (13) des moyens de mesure, une diode lumi- neuse (16) et un détecteur (17), un élément (11) d'intercep- tion du faisceau optique se déplaçant dans l'espace (15) com- pris entre la diode (16) et le détecteur (17) et étant monté à l'extrémité libre (10) de l'arbre de support (8) pour in- terrompre le passage de la lumière de la diode (16) vers le détecteur (17) quand l'extrémité libre (10) de l'arbre de support pivote. 8. Appareil selon l'une des revendications 5 à 7, ca- ractérisé en ce que les deux parois latérales fixes 3,4 sont reliées l'une à l'autre à leur extrémité extérieure libre par l'intermédiaire d'une traverse (7), lesdites parois laté- rales 3,4 étant reliées rigidement à l'enveloppe (13) des mo- yens de mesure. 9. Appareil selon l'une des revendications 5 à 8, ca- ractérisé en ce que l'arbre de support (8) est rendu étanche à l'égard du milieu dans la zone du dispositif de montage (5) par l'intermédiaire d'un joint statique (21), par exem- ple du type à anneau torique.