CH624486A5

CH624486A5 -

Info

Publication number: CH624486A5
Application number: CH430578A
Authority: CH
Inventors: Abel Boinet; Lucien Mondeil; Jean-Louis Montay
Original assignee: Elf France
Priority date: 1977-05-04
Filing date: 1978-04-21
Publication date: 1981-07-31
Also published as: US4165631A; DK186078A; DE2819847A1; FR2389886B1; FR2389886A1

Description

La présente invention a pour objet.un appareil pour la mesure en continu de la viscosité, notamment des bitumes. Elle trouve une application chaque fois que l'on veut contrôler la qualité d'un bitume, par exemple lors du chargement de camions, ou lors de sa fabrication dans des mélangeuses.

Les appareils permettant de mesurer la viscosité d'un produit peuvent mettre en œuvre des procédés très divers selon la nature du produit et la valeur de sa viscosité. Si le produit est assez fluide, on peut utiliser la méthode qui consiste à le faire passer dans un tube capillaire et à mesurer la perte de charge dans ledit tube. Si le produit est très visqueux, on peut avoir recours à une autre méthode qui consiste à forcer le produit à passer à travers un diaphragme et à mesurer la pression obtenue en amont dudit diaphragme. Pour les produits intermédiaires, notamment pour les bitumes chauds ou les huiles lourdes, dont la viscosité est de l'ordre de 1 à 20 poises, on peut préférer utiliser la méthode dite de Brookfield, qui consiste en ceci.

Un cylindre est plongé dans le produit dont on veut mesurer la viscosité et il est animé d'un mouvement de rotation à vitesse constante. On mesure le couple de réaction dû au frottement tan-gentiel du cylindre dans le bitume, lequel couple est proportionnel à la viscosité à mesurer. Généralement, la valeur de cette viscosité est traduite en un signal électrique, représentée de façon analogique sur un appareil d'affichage. Le viscosimètre de la marque «Contraves» entre dans cette catégorie d'appareils.

L'inconvénient de ces instruments de mesure est qu'ils ne sont pas conçus pour pouvoir commander la température du fluide sur lequel ils effectuent la mesure. Us fournissent donc une valeur qui est certes correcte, mais qui dépend beaucoup de la température. Il n'est pas possible, dans ces conditions, de comparer les qualités de deux fluides dès lors qu'ils sont à des températures différentes, et il n'est pas non plus possible de contrôler la qualité d'un bitume déterminé par rapport à des normes qui, le plus souvent, ont été établies pour une température de 25° C, le contrôle dans

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ces conditions étant discontinu et effectué trop tard pour pouvoir intervenir sur la qualité.

On sait en particulier que la plupart des normes internationales de qualité adoptées en cette matière se rapportent à une mesure, dite de pénétrabilité, qui doit s'effectuer à 25° C. Des corrélations ont été effectuées montrant que l'on pouvait relier cette indication de pénétrabilité à la mesure de viscosité à 150° C à condition que la température soit stabilisée à +0,1°C et que la mesure de viscosité soit réalisée à 1% près. L'étroitesse de cette marge montre bien quelle rigueur il faut apporter à la détermination de ce paramètre, si l'on veut que la mesure ait un sens. Elle fait pressentir également les difficultés qu'il faut surmonter pour porter dans cette plage la température d'un produit comme le bitume, qui non seulement est visqueux, mais qui, de plus, présente une mauvaise conductibilité thermique.

Si l'on ajoute que le bitume peut très bien se présenter, à la sortie d'un moyen de fabrication ou de transport, à une température fort éloignée de 150°C, par exemple à 130°C ou à 180°C, il devient clair qu'un viscosimètre classique est insuffisant.

Le but de la présente invention est précisément de fournir un appareil capable de mesurer la viscosité et qui, en même temps, soit apte à remplir cette fonction primordiale de régulation précise de la température du produit à mesurer.

De façon plus précise, la présente invention a pour objet un appareil pour la mesure en continu de la viscosité, notamment des bitumes, comprenant un viscosimètre adapté au produit dont on veut mesurer la viscosité, et une pompe d'entraînement recevant ledit produit et l'entraînant vers un échangeur de chaleur constitué par une paroi percée d'un canal où circule ledit produit, des moyens étant prévus pour porter ladite paroi à une température par ailleurs réglable, la sortie du canal étant reliée au viscosimètre, caractérisé en ce que la pompe d'entraînement est à débit réglable et en ce qu'il comprend en outre :

— une sonde de mesure de la température du produit, cette sonde étant disposée dans le viscosimètre là où s'effectue la mesure de la viscosité, et

— des moyens de régulation de ladite température à une valeur de consigne comprise entre une température basse Ti et une température haute T2, lesdits moyens agissant sur le débit de la pompe et sur les moyens commandant la température de la paroi de l'échangeur.

On peut en outre prévoir des moyens pour interrompre l'enregistrement du résultat de la mesure lorsque la température du produit n'est pas dans la plage de température voulue, c'est-à-dire pratiquement, pour le bitume, dans la plage 150°C + 0,loC. Les moyens d'enregistrement sont avantageusement de type numérique et non plus analogique, comme dans l'art antérieur.

L'appareil de la présente invention peut être muni de moyens de sécurité basés sur des mesures de température et de pression et qui sont destinés à protéger les organes du viscosimètre, de l'échangeur ou de l'appareil. C'est le cas notamment des paliers du viscosimètre sur lesquels tourne l'arbre moteur entraînant le cylindre, paliers qui sont en général constitués de matériaux, comme le saphir, qui peuvent se détériorer rapidement sous l'effet de variations brutales de température.

L'invention peut procurer, en plus des avantages susmentionnés, celui d'un renouvellement rapide du produit. Cet avantage n'est pas négligeable si l'on songe que la qualité d'un bitume n'est pas nécessairement la même pour tout un chargement, de sorte qu'il est souhaitable de pouvoir effectuer plusieurs mesures à intervalles rapprochés pendant un même chargement. Une dizaine de mesures pour un chargement qui prend une vingtaine de minutes semble un nombre raisonnable. Avec les viscosimètres Contraves de l'art antérieur, la cellule de mesure, dans laquelle tourne le cylindre, présentait un volume mort de l'ordre d'un demi-litre, ce qui est prohibitif pour que soit renouvelé rapidement le produit à mesurer. Ce volume mort est réduit à environ '/« de litre dans la présente invention, ce qui permet un renouvellement plus rapide du bitume dans la cellule de mesure.

De toute façon, les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux après la description qui suit, d'un exemple de réalisation donné à titre explicatif en référence aux dessins annexés sur lesquels:

la fig. 1 représente le schéma synoptique de l'appareil selon l'invention;

la fig. 2 représente le schéma du coffret de mesure ;

la fig. 3 représente une vue générale de l'échangeur.

Sur la fig. 1 est représenté le schéma synoptique de l'appareil. Il comprend essentiellement un coffre de mesure 2, des moyens 6 de refroidissement, des moyens 8 de régulation de débit, un circuit 10 de validation de la mesure, des appareils 12 d'affichage du résultat de la mesure et enfin un ensemble 14 d'organes de sécurité, tous moyens qui sont décrits maintenant plus en détail.

Le coffret de mesure 2 est constitué essentiellement par une pompe d'entraînement 16 commandée par un moteur 18, un échangeur de chaleur 20, un viscosimètre 22 comprenant une cellule de mesure 24 dans laquelle est disposée une sonde de mesure de température 27 ; l'échangeur 20 est associé à des moyens 28 pour souffler de l'air froid et à un ensemble de résistances chauffantes 29.

A la sortie de l'échangeur peut se trouver une seconde sonde de température 26. Mais, dans une variante de réalisation, les sondes 26 et 27 peuvent être confondues en une seule sonde.

Les moyens 4 de régulation de chauffage de l'échangeur comprennent essentiellement un régulateur 30 recevant, sur sa connexion 32, le signal délivré par la sonde 26 et amplifié par un amplificateur 34 et, sur sa connexion 36, une tension de référence correspondant par exemple à la température moyenne T de la plage dans laquelle on désire effectuer la mesure de la viscosité. La sortie du régulateur 30 est reliée à des moyens 37 de commande de l'alimentation des résistances chauffantes 29. Le régulateur 30 est un circuit classique permettant, par exemple, une régulation proportionnelle, intégrale et dérivée.

Les moyens 6 d'abaissement de température par air de refroidissement comprennent un comparateur 38 qui reçoit sur son entrée 40 le signal délivré par une seconde sonde 42 disposée en amont de la pompe 16 et sur son entrée 43, un signal de référence correspondant par exemple à la température haute T2 de la plage de mesure et une électrovanne 44 reliée à une source d'air 46.

Les moyens 8 de régulation de débit comprennent un régulateur 48 recevant sur sa connexion 50 le signal délivré par l'amplificateur 34 et sur sa connexion 52 un signal de référence correspondant à la valeur T de consigne de la température comprise entre Ti et T2 et un variateur de vitesse 54 agissant sur le moteur 18.

Le circuit 10 de validation comprend des moyens pour déterminer si la température est ou non comprise entre une valeur haute et une valeur basse et des moyens pour empêcher la prise en compte de la mesure lorsque la température n'est pas comprise entre lesdites valeurs haute et basse. Dans la variante illustrée, ce circuit 10 comprend un premier comparateur 56 recevant sur sa connexion 58 le signal délivré par un amplificateur 35, lequel reçoit le signal délivré par la sonde 27 et, sur sa connexion 60, un signal représentant la température basse Ti ; un second comparateur 62 recevant sur son entrée 64 le signal délivré par l'amplificateur 35 et sur son entrée 66 un signal correspondant à la température haute T2 ; un circuit oscillateur 68 ; une porte logique de type ET 70 reliée aux comparateurs 56 et 62, à l'oscillateur 68, commande l'imprimante 16.

Il va de soi qu'on pourrait utiliser également une porte analogique aux lieu et place de la porte logique, auquel cas, elle serait reliée à la sortie 72 du viscosimètre.

Les moyens 12 d'affichage du résultat de la mesure comprennent un voltmètre numérique 74 relié au viscosimètre par la connexion 72 et une imprimante 76 commandée par la porte 70.

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Les moyens de sécurité 14 comprennent essentiellement des comparateurs 80 et 82 dont l'une des entrées reçoit le signal éventuellement amplifié délivré par une sonde de mesure de température 25 située comme la sonde 27 dans la cellule de mesure 24 et l'autre des signaux de référence correspondant à des seuils de températures haute et basse TH et T„; le comparateur 80 est relié à un relais de sécurité 84 et le comparateur 82 à un relais de sécurité 86; une prise 88 de pression du bitume est prévue à la sortie de la pompe 16 et est reliée à un manomètre 90 qui commande un relais de sécurité 92; une prise d'air 93 disposée dans le coffret 2 et le coffret regroupant les actions 4, 8, 10 et 14 sont reliés à un manomètre 94 qui commande un relais 96. Un voyant de signalisation de défaut général 108 situé dans l'ensemble 12 est relié à l'ensemble des relais 84, 86, 92 et 96.

L'ensemble se complète par une source alternative 100 d'alimentation du viscosimètre 22, d'un relais d'alimentation 106 et par une source 102 d'alimentation du transmetteur de signal de mesure, lequel signal peut éventuellement apparaître sur un voltmètre 104.

Le fonctionnement d'un tel appareil est le suivant. Le bitume dont on veut mesurer la viscosité est introduit dans le coffret de mesure 2 au moyen de la pompe 16 qui l'injecte dans l'échangeur 20 dont on verra mieux la structure à propos de la fig. 3. Le bitume est acheminé ensuite vers le viscosimètre 22 où il pénètre dans la chambre de mesure 24. La mesure de la viscosité s'effectue de manière classique par la méthode Brookfield et le résultat de la mesure apparaît sur la connexion 72 sous la forme d'une tension électrique proportionnelle à la viscosité.

Selon une variante de l'invention, une sonde de mesure de température 26 est disposée à la sortie de l'échangeur 20. Cette sonde délivre un signal qui permet de commander des moyens de régulation thermique et cela de la manière suivante.

Le signal délivré par la sonde est tout d'abord amplifié par l'amplificateur 34, puis dirigé vers les moyens de régulation 4 et 8. Le signal appliqué sur le régulateur 30 du circuit 4 permet de déterminer si la température du bitume est inférieure ou supérieure à la température moyenne T. En pratique, comme il a été indiqué plus haut, cette valeur T est égale à 150°C. Si la température mesurée est inférieure à T, le régulateur 30 délivre un signal qui agit sur les moyens 37 de commande de l'alimentation des résistances 29. Pratiquement, ces moyens 37 sont constitués par un module de puissance à thyristors.

Le signal délivré par l'amplificateur 34, qui est par ailleurs appliqué sur l'entrée du régulateur 48 des moyens de régulation de débit 8, permet de déterminer si la température mesurée est inférieure ou supérieure à une valeur de consigne T égale par exemple à 150e C. Si la température du bitume est inférieure à la valeur de consigne, le comparateur 48 délivre un signal qui agit sur le varia-teur de vitesse 54, de telle manière que le moteur 18 soit ralenti et que le débit de la pompe diminue, de telle sorte que ledit bitume traverse plus lentement l'échangeur et, de ce fait, s'échauffe davantage. Inversement, si la température mesurée est supérieure à la température de consigne T, le comparateur 48 délivre un signal de polarité inverse qui provoque l'augmentation de la vitesse du moteur et, par conséquent, une accélération du débit de la pompe, ce qui a pour effet de diminuer le temps de transit du bitume dans l'échangeur et de diminuer sa température de sortie.

Les moyens 6 d'abaissement de la température par air de refroidissement sont mis en œuvre dès que le comparateur 38 indique que la température du bitume entrant dans la pompe est à une température supérieure à la valeur limite T2. Pour cela, ledit comparateur 38 délivre un signal qui ouvre l'électrovanne 44, ce qui provoque le passage d'un flux d'air qui est dirigé au moyen de l'organe 28 sur la paroi de l'échangeur plat.

Les deux moyens 4 et 6, respectivement de réchauffage et de refroidissement de la paroi de l'échangeur, sont toujours présents puisqu'ils conduisent à des effets opposés. Mais le moyen 8 de régulation par le débit pourrait n'être pas utilisé dans des variantes simplifiées. Toutefois, ce moyen particulier de régulation est avantageusement utilisé en combinaison avec les deux moyens 4 et 6. Dans ce cas, la température du bitume à la sortie de l'échangeur plat dépend, d'une part, de la température de la 5 paroi et, d'autre part, du débit du bitume. On dispose donc alors de deux paramètres pour régler ladite température.

Dans certaines variantes, il est possible de combiner une régulation par débit de caractère continu et une régulation thermique de caractère discontinu. De façon plus précise, il est possible de 10 faire varier la température du bitume sortant de l'échangeur dans une plage d'environ 30° C uniquement par le jeu de la variation de débit. Dès lors, il est possible de commander les moyens de chauffe ou les moyens de refroidissement pour commander des sauts de température du bitume de l'ordre de 30° C, le réglage fin 15 pouvant ensuite s'effectuer par le réglage du débit.

Le fonctionnement du circuit de validation 10 est le suivant. La porte logique 70 qui est de type ET ne commande l'enregistrement du résultat que si elle reçoit des impulsions de la part des 20 comparateurs 56 et 62 et de l'oscillateur 68. Si la température du bitume dans la cellule de mesure 24 est comprise entre les bornes Ti et T2, un signal est appliqué à l'imprimante 76 à chaque impulsion de l'oscillateur 68. L'imprimante 76 ne donne donc les valeurs de la viscosité que si la température du bitume est conve-2J nable. Le voltmètre numérique 74 reçoit en permanence le signal de mesure et donne le résultat de la mesure même si la température est en dehors de la plage correcte.

Les moyens de sécurité 14 fonctionnent de manière classique. Les relais utilisés peuvent être associés à des voyants lumineux 30 destinés à indiquer la présence d'un défaut.

La cellule de mesure 24 n'est pas représentée en détail car elle est de type classique avec toutefois un très faible volume mort,

afin d'augmenter la rapidité de mesure. Elle se présente en général sous la forme d'un tronc de cône à l'intérieur duquel tourne un 35 disque. Selon l'invention, les bases du tronc de cône sont rapprochées au maximum du disque.

La fig. 2 représente plus en détail le coffret de mesure 2 dans lequel ou autour duquel sont disposés des moyens déjà mention-40 nés à propos de la fig. 1, à savoir: la pompe 16, le moteur 18, l'échangeur 20, la cellule de mesure 24, le viscosimètre proprement dit 22, la prise 88 de pression du bitume et celle 93 de pression d'air. Cette figure fait apparaître en outre des moyens pour pressuriser et thermostater l'intérieur du coffret 2 et qui sont 45 constitués par une conduite 122 d'injection d'air de pressurisation et par des résistances chauffantes 124 alimentées par une source de tension 126 commandée par un thermostat 120 disposé à proximité de la cellule 24. De préférence, la température de l'enceinte est égale ou légèrement inférieure à 150° C.

50 On note également sur cette figure une vanne 128 dont l'ouverture permet au bitume d'être recyclé dans la pompe 16, en cas d'obturation du circuit par exemple; une seconde vanne 130 permettant d'éviter le passage dans l'échangeur et la cellule de mesure, une soupape tarée 134, des conduits d'entrée et de sortie ss de bitume, respectivement 140 et 142 et des conduits d'entrée et de sortie d'air de refroidissement, respectivement 144 et 146.

La fig. 3 représente une vue générale, coupée trasversalement, de l'échangeur utilisé de préférence dans l'appareil de l'invention, dans un mode de réalisation qui correspond à une structure plane. 60 L'échangeur représenté sur cette figure comprend deux flasques 150 et 152 à faces planes, le flasque 152 comprenant une gorge 158 usinée dans sa face plane et en forme de méandre. L'épaisseur de cette gorge est de l'ordre du millimètre. Pour des corps comme le bitume, à mauvaise conductibilité thermique, il 65 est avantageux d'utiliser une gorge d'épaisseur inférieure à 2 mm. L'entrée du bitume s'effectue par un conduit 160 et la sortie par un conduit 162. Un joint d'étanchéité 164 est disposé entre les deux flasques.

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La paroi constituée par les deux flasques est avantageusement percée de cylindres 166 dans lesquels sont disposées des résistances chauffantes 168, par exemple en forme de crayon. Les arrivée et sortie d'air de refroidissement portent encore les références 144 et 146. s La paroi constituée par les deux flasques 150 et 152 doit pré624 486

senter de préférence une faible inertie thermique; à cette fin, les flasques peuvent être en métal, notamment en aluminium.

Il va de soi que ce n'est qu'à titre explicatif que le bitume a été mentionné dans la description qui précède et que l'appareil peut fonctionner avec bien d'autres produits comme des huiles lourdes, des fuels, etc.

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2 feuilles dessins

Claims

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1. Appareil pour la mesure en continu de la viscosité, notamment des bitumes, comprenant un viscosimètre adapté au produit dont on veut mesurer la viscosité, et une pompe d'entraînement recevant ledit produit et l'entraînant vers un échangeur de chaleur constitué par une paroi percée d'un canal où circule ledit produit, des moyens étant prévus pour porter ladite paroi à une température par ailleurs réglable, la sortie du canal étant reliée au viscosimètre, caractérisé en ce que la pompe d'entraînement est à débit réglable et en ce qu'il comprend en outre:

— au moins une sonde de mesure de la température du produit, cette sonde étant disposée dans le viscosimètre là où s'effectue la mesure de la viscosité, et

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi de l'échangeur étant munie de résistances chauffantes alimentées par une source de tension, lesdits moyens de régulation de la température du produit comprennent un régulateur recevant le signal de mesure délivré par l'une desdites sondes et un signal de référence correspondant à la température moyenne T, comprise entre Ti et T2, ledit régulateur délivrant un ordre de commande de l'alimentation des résistances chauffantes, lorsque ledit signal de mesure est différent dudit signal de référence.

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REVENDICATIONS

3. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'échangeur étant muni de moyens de soufflage d'air froid sur la paroi, il comprend une seconde sonde de mesure de température placée en amont de la pompe, ladite seconde sonde délivrant un signal de mesure appliqué à un comparateur qui reçoit en outre un signal de référence correspondant à la température haute T2 et qui délivre un signal de commande de l'action des moyens de soufflage d'air lorsque ledit signal de mesure est supérieur audit signal de référence.

4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de régulation de la température du produit à une valeur de consigne comprennent en outre un second régulateur recevant le signal délivré par l'une desdites sondes de mesure de la température et un signal de référence correspondant à ladite valeur de consigne, ledit régulateur délivrant un signal commandant l'augmentation ou la diminution du débit de la pompe d'entraînement, selon que le signal de mesure est supérieur ou inférieur à la valeur de référence.

5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, sur la sortie du viscosimètre, un circuit de validation de la mesure qui comprend des moyens pour déterminer si la température est ou non comprise entre une valeur haute et une valeur basse et de moyens pour empêcher la prise en compte de la mesure lorsque la température n'est pas comprise entre lesdites valeurs haute et basse.

6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit circuit de validation comprend un premier comparateur recevant une première valeur de référence correspondant à la température Ti, un deuxième comparateur recevant une deuxième valeur de référence correspondant à la température T2, les deux dits comparateurs émettant chacun un signal lorsque le signal de mesure de température est compris entre les deux dites valeurs de référence; un circuit oscillateur; une porte logique de type ET reliée à la sortie desdites régulateurs, à la sortie de l'oscillateur; un appareil d'enregistrement commandé par la porte ET, et recevant le signal émis par le viscosimètre converti éventuellement en numérique par un voltmètre numérique, l'enregistrement du résultat de la mesure de la viscosité étant ainsi interdit lorsque la température du corps n'et pas située dans la plage allant de Ti à T2 et autorisé dans le cas inverse.

7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'échangeur est constitué de deux flasques à face plane, l'une au moins des faces planes comportant une gorge de profondeur comprise entre une fraction de millimètre et quelques millimètres et en forme de méandre, et constituant, lorsque les deux flasques sont réunis par leur face plane, un canal d'écoulement pour le produit dont on veut mesurer la viscosité.

8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que les flasques sont percés de trous cylindriques dans lesquels sont disposées des résistances chauffantes tubulaires.

9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que les flasques sont en métal, notamment en aluminium.

10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'une sonde de température disposée dans le viscosimètre commande des organes de sécurité qui sont actionnés si ladite température tombe au-dessous d'une température basse déterminée ou s'élève au-dessus d'une température haute déterminée.

11. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'un organe de mesure de la pression du produit est disposé à la sortie de la pompe et est relié à un organe de sécurité.

12. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la cellule de mesure du viscosimètre, l'échangeur et la pompe d'entraînement sont disposés dans une enceinte pressurisée et thermostatée à une température égale ou légèrement inférieure à la température de consigne à laquelle doit s'effectuer la mesure de la viscosité.