Mesure précise des matériaux en vrac
Les matériaux en vrac sont des corps solides plus ou moins finement pulvérisés qui présentent une certaine fluidité. Ils sont stockés et manutentionnés dans de nombreux domaines techniques. Toutefois, même au repos, ils ont tendance à former des surfaces inclinées ou à se solidifier avec le temps, ce qui peut entraîner la formation de ponts ou puits. Non seulement cela entrave l'écoulement (homogène) du silo, mais le contenant risque également d'être détruit lorsqu'un tel pont s'effondre dans le silo. Pour pouvoir concevoir des silos et des conduites appropriés, le constructeur a besoin de données fondées concernant la fluidité des matériaux en vrac concernés.
Même à l'époque des méthodes de calcul assistées par ordinateur, la qualité des résultats dépend des données sur lesquelles ils reposent. Des valeurs de mesure fondées sont donc essentielles, en particulier face à la grande diversité de matériaux en vrac dont les propriétés de fluidité peuvent varier du tout au tout. Une nouvelle méthode permettant de déterminer les propriétés matérielles permet désormais de remédier au problème. L'appareil de cisaillement annulaire développé par la société Dr.-Ing. Dietmar Schulze Schüttgutmesstechnik se base sur un principe largement orienté sur les exigences des descriptions théoriques de base des matériaux en vrac. Des servomoteurs C.C. à commutation électrique (EC) avec contrôleur de mouvement intégré du spécialiste des micromoteurs FAULHABER assurent l'exécution mécanique précise des spécifications de commande dans l'appareil de mesure
Valeurs de mesure reproductibles automatiquement
Actuellement, les méthodes de mesure servant à déterminer les propriétés de matériaux en vrac sont basés sur la mesure des angles d'inclinaison des talus. En fonction du système utilisé, il peut en résulter des valeurs (très) différentes. Une comparaison des données n'est donc pas possible, mais ils fournissent de bonnes indications pour l'évaluation des charges dans la pratique. En comparaison, la nouvelle méthode mise sur une préparation des échantillons pratiquement indépendante de l'opérateur. La mesure proprement dite se déroule de manière entièrement automatique et reproductible. Pour ce faire, une cellule de cisaillement annulaire est remplie d'un échantillon de matériau qui est ensuite lissé. Un anneau de recouvrement denté sur la partie inférieure appuie alors par en haut sur la cellule de cisaillement pivotante. Cette tension dite normale est finement ajustée par ordinateur jusqu'à 20 kPa au moyen d'un servomoteur EC. Ensuite, la cellule de cisaillement annulaire est elle-aussi entraînée en rotation par un moteur EC par commande numérique du sens de rotation et de la vitesse. Ce faisant, le couvercle fixe sur lequel la force normale agit est bloqué via un système de poutres. Il est ainsi possible de déterminer très précisément les forces de cisaillement présentes dans l'échantillon. La variation de la force normale et la détermination des forces de cisaillement associées permettent d'obtenir une image précise des propriétés du matériau en vrac. En fonction du matériau de l'échantillon, il est possible d'utiliser des cellules de cisaillement de 9 à 70 ml avec le même appareil de mesure. Les servomoteurs fournissent ici la puissance d'entraînement nécessaire.
Précision durable requise
Tout naturellement, un appareil de mesure de précision impose des contraintes particulières en matière d'entraînement. Outre un excellent contrôle de la vitesse de rotation et de la puissance, une longue durée de vie est importante, ainsi qu'une très bonne stabilité à long terme. Le développeur, Dietmar Schulze, souligne un autre point important : « Les appareils de mesure de ce type sont fabriqués en quantité relativement faible. Il est essentiel que l'entraînement puisse être intégré rapidement et facilement au sein de l'appareil. Grâce au contrôleur de mouvement intégré, le servomoteur est rapidement connecté à l'ordinateur interne à l'appareil. Un développement séparé n'est alors plus requis pour l'électronique de commande. Les dimensions compactes et le réglage sensible du moteur sinus ainsi que les réducteurs bien gradués disponibles représentent d'autres avantages pour l'utilisation dans des appareils de mesure.
»Dans le cas présent, l'appareil de mesure RST-XS est équipé de deux moteurs EC. L'un assure le mouvement rotatif de la cellule de cisaillement et l'autre est chargé du réglage de la force normale. Avec un diamètre de 35 mm et une longueur de 64 mm, les moteurs génèrent une puissance utile allant jusqu'à plus de 90 W. La commutation sinusoïdale permet un réglage sensible des entraînements au sein de la plage de régimes de 5 000 à 10 000 tours/min, conformément aux critères de l'application. Étant donné que les moteurs EC ne sont pas sujets à l'usure (hormis les paliers), la stabilité reproductible à long terme des mesures est assurée. Les capteurs à effet Hall intégrés permettent un positionnement exact et le contrôleur de mouvement assure la communication avec l'ordinateur de l'appareil. L'ordinateur est ainsi déchargé du contrôle du moteur proprement dit et peut traiter les signaux déjà évalués.
Les moteurs EC modernes avec électronique de commande intégrée sont adaptés à un large éventail de tâches : peu importe qu'il s'agisse d'assurer un positionnement de haute précision et une stabilité optimale à long terme pour les appareils de mesure ou une longue durée de vie à pleine charge pour l'emploi dans le cadre de la technique d'automatisation. Grâce à l'électronique, l'intégration dans des environnements de commande existants est simple et aucune connaissance particulière de la technologie d'entraînement n'est requise. Ceci permet de réduire les coûts de développement et d'accélérer le lancement sur le marché.
