Brevet FR2617289A1 — publié le 19881230

La présente invention a pour objet un dispositif pour la mesure de viscosités et de consistances convenant particulièrement pour les chaudières à cuire d'installa- tions de fabrication de sucre. Selon le mode connu de mesure de la viscosité et de la consistance de masses denses, telles que masses-cuites, on a recours à un tambour tournant à une vitesse détermi- née au sein de la masse fluide intéressée. Ce tambour est entraîné en rotation par un arbre me- nant équipé d'un couplemètre, c'est-à-dire d'un instru- ment propre à mesurer le couple appliqué à l'arbre. Connaissant, d'une part, le couple agissant sur 1' arbre et, d'autre part, la vitesse à laquelle tourne l'arbre, il est possible de déterminer la puissance ab- sorbée du fait de frottement par le tambour tournant à l'intérieur du fluide visqueux. Au moyen d'une série convenable d'étalonnages, il est ainsi possible à tout technicien en la matière de dé- terminer, à l'aide d'un instrument de ce type, la consis- tance et la viscosité du fluide considéré. Généralement parlant, on peut réaliser un couplemè- tre en posant sur l'arbre menant un nombre convenable de capteurs à jauge de contrainte; toutefois, cette solu- tion convient pour des arbres relativement longs et sous forte charge. Quand les forces en jeu sont relativement faibles, il est préférable, au lieu de mesurer les déformations unitaires, de mesurer l'angle de phase entre les deux ex- trémités de l'arbre. Un contre-arbre coaxial permet de mesurer cet angle de phase dans une seule section de mesure, en fixant par retrait un premier disque sur l'arbre menant, à proximité de la roue dentée menante, et un second disque, situé à côté du premier, mais placé sur l'extrémité dudit contre- arbre coaxial et qui présente en l'absence de couple sur toute sa longueur, section par section, la même orienta- tion angulaire que la section d'extrémité de l'arbre me- nanto Par section d'extrémité de l'arbre menant, on entend bien entendu la section située le plus près du tambour rotatif à immerger dans la masse fluide considérée. Par conséquent, on détermine l'angle de phase entre les deux sections d'extrémité de l'arbre menant d'après la mesure du déphasage entre les deux disques placés côte à côte. Dans l'état de la technique, ces deux disques situés l'un à côté de l'autre présentent des dents périphériques qui, lorsque l'arbre menant du tambour rotatif est à l' arrêt, sont exactement en phase les unes avec les autres. D'autre part, quand le dispositif est en action, le déphasage entre les deux extrémités de l'arbre menant se traduit par un déphasage entre les deux dentures identi- ques des deux disques. Un capteur optique convenable mesure l'amplitude an- gulaire de l'ouverture existant entre les dents des deux disques voisins et cette mesure permet d'obtenir la va- leur de couple voulue. Autrement dit, le capteur optique en question mesure la durée d'un temps d'éclairement dé- fini par l'ouverture entre les deux paires de dents conti- guës et la compare au temps d'obscurité défini par la longueur angulaire des deux dents se chevauchant partiel- - lement. Toutefois, ce type connu de dispositif de mesure im- plique un inconvénient du fait que la réponse du capteur optique ne suit pas la même loi selon qu'elle passe d'un état d'obscurité à un état d'éclairement ou vice versa. En conséquence de ce qui précède, il est nécessaire, afin d'obtenir un bon degré de précision, d'étalonner 1' instrument de manière continue, ce qui entraîne des frais de marche supplémentaire. Suivant l'invention, on résout ce problème en pré- voyant sur les deux disques des dents de largeurs angu- laires différentes. En particulier- il est préférable que l'ouverture entre deux dents de l'un des disques ait un développement angulaire supérieur à la largeur des dents, toutes iden- tiques les unes aux autres. De plus, suivant l'invention, pour le second disque, on choisit pour largeur angulaire des dents (toutes iden- tiques les unes aux autres) une fraction de la largeur angulaire de l'ouverture séparant les dents du premier disque. Enfin, 'emplacement conféré à la dent "plus étroi- te" du second disque est tel que cette dent plus étroite ne s'étend jamais au-delà de l'ouverture existant entre paires de dents voisines du premier disque. De cette -manière, la mesure de l'angle de phase est déterminée par le temps s'écoulant entre deux passages d'une zone obscure à une zone éclairée et l'on utilise donc la même courbe de réponse du capteur optique avec une précision beaucoup plus grande, au point que des éta- lonnages répétés cessent d'être nécessaires. Les caractéristiques essentielles de l'invention, ses buts et avantages sont indiqués dans la des- cription donnée ci-dessus de certaines formes de réalisa- tion, choisies à simple titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels:- la figure 1 indique les contours des dents des pre- mier et second disques, développés en plan, selon le mo- de de réalisation connu; la figure 2 représente le signal de sortie de mesure optique correspondant.à la figure précédente; la figure 3 est un schéma de câblage du dispositif suivant l'invention; la figure 4 est analogue aux figures 1 et 2, mais a trait au cas découlant de l'application de l'invention. On se réfère en particulier aux figures 1 et 2; la ligne crénelée 10 indique le contour denté, rectifié,du premier disque et la ligne crénelée 20, le contour denté, rectifié, du second disque. Les dents des premier et second disques sont repr6- sentées à l'état décalé, qui correspond à l'application d'un couple à l'arbre menant. Il en est ainsi parce que, dans les dispositif connus de ce type, en l'absence de couple appliqué à l'arbre, les dents des deux disques se recouvrent parfaitement. En revanche, lorsqu'un couple est appliqué à l'ar- bre, comme dans le cas illustré par les figures 1 et 2, il existe entre les deux disques un angle de phase 31 proportionnel au couple appliqué à l'arbre menant et donc à la consistance à mesurer. En fait, le capteur optique propre à définir le rap- port entre la longueur angulaire de:'ouverture et la longueur angulaire de la dent interposée entre deux ou- vertures successives ne fournit pas une réponse instanta- née lors du passage d'une zone obscure à une zone éclai- rée, mais transmet cette information au bout d'un laps de temps 34 faible, mais non nul. Pareillement, la réponse fournie par le capteur optique lorsque défilent devant lui une zone obscure sui- vie d'une zone lumineuse est non pas instantanée, mais décalée d'un laps de temps 35. Les laps de temps 34 et 35, représentés augmentés sur les figures pour plus de clarté, sont généralement non identiques du fait que le capteur optique se compor- te différemment quand le signe de l'information reçue et la température se modifient. Il s'ensuit que les laps de temps définis par les segments 35 et 36 ne sont pas identiques aux laps de temps 37 et 38 qui, en revanche, correspondent exactement aux temps d'obscurité et d'éclairement respectivement. Suivant l'invention, comme représenté au haut de la figure 4, les dents 110 du premier disque ont une largeur angulaire sensiblement égale à l'ouverture définie entre leurs bords. - Les dents 120 du second disque ont, en revanche,une largeur angulaire beaucoup plus faible; en d'autres ter- mes, elles sont beaucoup plus étroites que les précéden- tes et, les deux disques étant immobiles en l'absence de couple appliqué, les dents "étroites" 120 se trouvent dans les ouvertures existant entre des dents 110 voisines 26 1 7289 du premier disque. Le système est mécaniquement dimensionné en sorte que, lors de l'application du couple maximum, chaque dent étroite 120 demeure toujours en face de l'ouverture définie entre deux dents 10 du premier disque. Le signal émis par le capteur optique a par conséquent la forme indiquée schématiquement en 130 sur la figure 3. On défi- nit donc le déphasage entre les deux disques en mesurant la distance wx.tre les bords montants de deux crêtes voi- sines d'une paire quelconque, et ceci supprime la nécessi- té d'étalonnage répété du dispositif étant donné que les bords montants du signal émis par le capteur optique pré- sentent tous la même erreur de linéarité, laquelle se trouve ainsi compensée0 Le même principe s'applique si l'on mesure le dépha- sage au moyen d'une paire de bords descendants du signal émis par le détecteur optique. Pour compléter les indications ci-dessus, on a indi- qué en 131 et 132 le générateur d'un faisceau lumineux qui passe entre les doubles dents périphériques des dis- ques et un détecteur optique qui reçoit la lumière émise par le générateur, en coïncidence avec l'apparition d'ou- vertures entre disques placés côte à côte0 On voit en 41 un circuit d'écrêtage d'impulsions,en 142 un circuit monostable et en 143, un détecteur de dé- phasage, en 144 un amplificateur intégrateur; enfin,145, 146, 147 et 148 sont, respectivement: a) un extracteur de racine, b) un convertisseur, c) un isolateur optique, d) un étage de sortie. Attendu que le traitement de signaux intermittents est bien connu, il n'est pas nécessaire de donner d'indi- cations supplémentaires quant à l'ensemble du montage re- présenté sur la figure 3o Sur la figure 4: - le schéma A indique le contour rectifié des dents du premier disque; - le schéma B indique le contour rectifié des dents du second disque; - le schéma C indique le signal engendré par le dé- tecteur optique mais déjà écrété après avoir traversé l'écrêteur 41; et enfin - le schéma D indique le même signal après traite- ment supplémentaire dans le détecteur de déphasage 143. Bien entendu, on pourra apporter au mode de réali- sation de l'invention décrit à titre d'exemple et illus- tré par les dessins annexés diverses modifications et variantes rentrant dans le cadre des revendications ci- dessouso REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de consistance, particuliè- rement indiqué pour chaudières à cuire d'installations de fabrication de sucre, du type comportant deux disques dentés, montés l'un à côté de l'autre au moyen de dispo- sitifs de transmission convenables, dont le premier est solidaire d'une première extrémité de l'arbre d'entra ne- ment d'un tambour plongé dans la masse fluide intéressée, tandis que le second disque est solidaire de la seconde extrémité dudit arbre, de façon que le décalage angulai- re entre ces deux disques soit proportionnel au couple appliqué à l'arbre, dans lequel, en outre, chacun desdits disques présente des dents périphériques et dans lequel un capteur optique (132) convenable, placé axialement en regard des dents, permet de déterminer le rapport entre les temps d'éclairement et d'obscurité, d'après le dépha- sage des dents, caractérisé en ce que l'un de ces disques présente une série de dents équidistantes (120) de largeur angulaire inférieure à la largeur angulaire des ouvertu- res existant entre les dents (110) du premier disque. 2. Dispositif de mesure de consistance selon la re- vendication 1, caractérisé en ce qu'il est muni d'un mon- tage électronique de commande (figure 3), de type connu en soi, propre à mesurer le temps écoulé entre le passage du bord menant d'une dent du premier disque et le passage du bord menant de la première dent du second disque.