FR2513758A1

FR2513758A1 - High speed and accuracy density and weight measurer for solids - involves electronic balance measuring weight and then apparent weight of sample immersed in dielectric of known density

Info

Publication number: FR2513758A1
Application number: FR8118092A
Authority: FR
Inventors: Gilles Barbery; Francois Clin; Christian Kerloveou; Francois Proust
Original assignee: Bureau de Recherches Geologiques et Minieres BRGM
Current assignee: Bureau de Recherches Geologiques et Minieres BRGM
Priority date: 1981-09-25
Filing date: 1981-09-25
Publication date: 1983-04-01
Also published as: FR2513758B1

Abstract

The procedure involves two weighing operations. In the first operation a solid (5) is placed on the platform (4) of an electronic balance (2) and its weight P, read from the scale (3). In the second operation the apparent weight P2 of the solid is determined by placing it on the platform (14) of another electronic balance (12), immersed in a dielectric liquid (7) of density d, contained in a vessel (6), the solid being entirely immersed in the liquid. The dielectric liquid is a fluorocarbon maintained at constant temp. The volume of the solid : (P1-P2)/d, and the density of the solid P1d1/(P1-P2) may be calculated directly from the readings, or by transmission of the readings to a memory controlled by a microprocessor which performs the calculation and may also control an automatically advancing chain of solids arriving at the weighing apparatus.

Description

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. The invention relates to a method for fast and accurate measurement of the volumes and densities of solids and to the device. implementation of the method.

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. All the usual determinations of the volumes and densities of solids are made in the laboratory by equipment such as volumeters, picnometers or hydrostatic scales.

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.However none of the methods used is suitable for fast and accurate measurements
In fact, despite the improvements made to these methods, these methods prove to be either inaccurate or too long to be used routinely.

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. Thus, the use of volumeters requires some precautions if we want to achieve a fairly accurate determination of the level of the liquid in which the body is immersed whose volume we want to know precisely.

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. The accuracy of the volume measurement is improved by the use of picnometers, the volume of the liquid replaced by the solid, at a given temperature, being determined by the weight of this volume. However, this method is even slower than the previous one.

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. The use of the hydrostatic balance offers a certain facility but the corrections due to the introduction of a fraction of the connection: body that is immersed, plateau of the scale makes it impossible to speed measurements.

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. There are also air picnometers which make it possible, by comparing the positions of the piston of a cylinder containing the sample whose volume and the position of the piston of a reference cylinder to be known, to obtain a direct measurement of the volume. However, this measure requires a certain number of operations and does not make it possible to quickly determine the volumes and densities of elements in large quantities.

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.In summary, there is no simple apparatus to quickly perform volume and density measurements having an accuracy of about 1%, so it has not been possible until now to classify batches of solids, of fairly similar density, in narrow density ranges at a rate greater than 2 elements per minute,
The object of the present invention is a method for precise determination of the volumes and densities of the solids, characterized in that these measurements are carried out by two weighings, one of which is carried out in the air by means of a first balance. the other in a liquid in which the second scale is a submerged electronic scale.

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. Experience has shown that if a dielectric liquid is used, the precision of the measurements of a commercial electronic balance is maintained, this precision currently being of the order of one-tenth of a millimeter for weights of a hundred grams being stored and, the response time of such a scale being only of the order of a few seconds.

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.V being the sample volume, its density P1 its weight in the air and P2 its apparent weight in the liquid of P1 - P2 density d1 we see that V = d1. We deduce the density pi
P1 P2 1
The interest of such a method is to allow an accurate measurement of the volume without having to carry out a control of the variation of the level of a fluid as in the usual methods, or pressures in the case of an air picnometer. He then proceeded to deposit the object whose volume or density are sought on the platform of the immersed balance, then to deposit it on the underwater balance to obtain without any level control or other manipulation the precise values of P1 and P2 and therefore V and 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. Another object of the invention is a device for carrying out this process according to which the immersion liquid is a dielectric chosen from fluorine carbides derived from the fluorination of alkanes.

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. These liquids have the advantage of being colorless, odorless and thermally stable. In addition these liquids being nonpolar are without solvent activity. Their density being relatively high of the order of 2, the apparent weight P2 of the element is known with a better accuracy than if the density of the liquid had been of the same order of magnitude as water.

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. Another feature of the invention consists in the connection of the outputs of the two scales either to the input of a simple display of the results or to the input of a microprocessor capable of controlling an automatic supply chain. elements whose volumes and deities are to be calculated and to compare the results provided by the double weighing with given values of volume and density, said chain successively bringing each element to the plateau of the non-submerged scale, on the plateau the immersed balance and to a sorting device controlled according to the instructions.

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. It is thus possible with a precision of the order of 1% to determine and classify pieces of metal alloys weighing from 2 to 50 g at rates of the order of 12 pieces per minute.

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. Other features and advantages will become apparent from the following detailed description given with reference to the accompanying drawings which represent by way of non-limiting example an example of application of the method.

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.On the drawings
FIG. 1 is a schematic representation of the operations illustrating the process,
FIG. 2 is a schematic representation of an electronic balance in its immersion tank and,
FIG. 3 is a diagram of implementation of the method in an application to the automatic sorting of objects according to their volumes or densities.

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. The process illustrated in FIG. 1 consists in evaluating the volume of any object or element 1 by a double weighing. A first weighing is carried out on a scale 2 which is preferably of electronic type and whose circuits make it possible to display by any means, for example by the index 3, the value PI of the weight of the element 1 as a function of the The second weighing, shown schematically by the arrow 5 is done by placing the object 5 on the plate 14 of a second electronic scale 12 preferably of the same characteristics as the scale 2 but immersed in the tank 6 containing a liquid 7. The reading of the index 13 can be done either through the tank itself if it is transparent or through a skylight or a transmission cable. These known means that can be arbitrary have therefore not been represented. The base 8 may be arbitrary or arranged to receive any display device of the results indicated by the index 13 and a calculation station of any type, programmed or not to receive the value P1 of the weight of the element 4 provided by the first weighing using the balance 2 and the value P2 of the apparent weight of the element 4 in the liquid 7 whose density dl can be recorded once and for all at the calculation station. It can thus automatically determine the value of the volume V = Pi - P2 as well as the value of the density of the element.
d1 that 4 is: 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.According to the invention, the liquid 7 is a dielectric, one of the essential advantages of which is its non-polar nature and consequently no solvent activity. This adaptation to the immersion of the electronic balance in such a liquid is completed by the choice of the group of fluorine carbides resulting from the fluorination of alkanes, these liquids being colorless, odorless and thermally stable and of relatively high density: of the order of 2. The determination of the volume
V according to the present process is thus all the more precise.

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. When it is necessary to use the method described for many solids is preferably used a vessel such as 16 Figure 2 which comprises at its upper part a support schematically at 17 to center a cylindrical surface 18 above the plate 14. This A cylinder which allows convenient guidance of the object or element which is deposited on the plate 14 further constitutes a means of retaining an oil layer 19 which is poured onto the dielectric liquid. 7 and outside the cylinder 18 to prevent evaporation of the liquid over its entire upper surface, while reserving an access passage to the plate 14. It is obvious that the non-volatile oil can be any and be replaced everywhere other compatible liquid and low volatility, the oil can even be replaced by water.A transmission cable 15 allows in particular the display of the apparent weight values provided by the balance 12 on any display device. It can likewise be used for the introduction of weighing values into a computing device.

Ce type d'appareillage peut donc être avantageusement utilisé en laboratoire pour les détermination rapides et précises des volumes et densités de produits solides. This type of equipment can therefore be advantageously used in the laboratory for the rapid and accurate determination of volumes and densities of solid products.

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. I1 can also be advantageously used for the automatic sorting of parts according to their volume or density. In this case the electronic balance 22 figure 3 for determining the weights P1 is equipped with a cable 20 transmitting these values to a memory 9 which can also be part of a microprocessor 10. In the example shown, this memory is connected to the microprocessor by the cable 21. The submerged balance 12 is connected to the microprocessor 10 by the cable 15. The chain of advancement of the objects 1 to the scale plate 22 has been shown schematically at 23 and materialized with the device 24 for feeding and the first phase of the method of recording the first weighing values P1 is recorded. The part 25 of the advancement chain towards the immersed balance 12, and the device 26 for depositing and withdrawing the objects 1, materialize the second phase of the process for the determination of the apparent weights P2. The devices 24 and 26 are placed in the example given under the control of the microprocessor 10 by the cable 27. The microprocessor lo therefore calculates for each new value P2 is only the value of the volume V is the density.

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 . Depending on the sort desired, the elements 1 can therefore be easily conveyed to at least one of the two bands 28, 29, one corresponding to the elements of which V tu d) is less than a certain value pre-recorded in the microprocessor, the other to the elements whose V is greater than this value. For this purpose the strips 28 and 29 are connected to the outputs 31 and 32 of a switching device 30 receiving the elements 1 by the last chain 33, the device 30 being placed under the control of the microprocessor 10 by the cable 34. If bands 28 and 29 may respectively correspond to the elements 1 of volume V 4 VO and V VO, when the density d is less than a predetermined value do and the bands 35 and 36 connected by 37 and 38 to the device 30 may correspond to at such volumes for densities greater than 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. It is clear that the sorting can be performed according to any other criterion f (d, V, d0, VO), the number of output channels (31, 38) being arbitrary. By way of example, it is possible to easily determine the densities and to classify metal alloys weighing from 2 to 50 grams per density with an accuracy of the order of 1% at the rate of 12 pieces per minute. This rate can notably be increased by the use of a single microprocessor connected to several pairs of scales. Since the scales operate continuously over long periods, accuracy is maintained by equipping the tank 16 with a thermostat device, shown schematically at 39. The power supply may be arbitrary.

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. It will be understood that, depending on the shapes of the solids, it may be advantageous to use cylindrical surfaces 18 whose sections are adapted to those of the solids, in particular in the case of very pronounced asymmetry, the surface 18 possibly taking the form of a prismatic surface. special.

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. The oil layer 19 which is retained by the surface 18 acting as an internal wall not only prevents the evaporation of the dielectric liquid 7, but also has the effect of damping the wave train of the to the introduction of solids. It can thus be seen that the weighing times can be reduced appreciably irrespective of the shape of the solid bodies being weighed, the damping effect being able to be further increased in the case of objects of seabladed shapes. using walls 18 whose contour promotes damping provided by the oil layer.

Claims

1O) A method for accurately and quickly determining the volumes and densities of solids by means of scales and a liquid characterized in that it is measured during a first phase the weight P1 of the solid by means of a balance and in a second phase the apparent weight P2 of the solid by means of an electronic balance immersed in a dielectric liquid of density dl, the solid being entirely immersed when it is based on the immersed plate of the balance , <tb> the <SEP> volume <SEP> V <SEP> of the <SEP> solid <SEP> (<SEP> read <SEP> 2) <SEP> and <SEP> the <tb> (p <SEP> P1P2 <SEP> being <SEP> calculated <SEP> by <SEP> reading <tb> densityd of it directly or transmitted values P1 -and P2.

20) A method as claimed in which the value

P1 provided by the immersed balance being obtained and transmitted to a memory during a first phase and the value

P2 provided by the immersed balance being obtained and transmitted to a microprocessor during a second phase, a new weighing of a second solid is carried out by the non-immersed balance during said second phase.

30) A method as claimed in any one of claims 1 and 2 wherein the dielectric liquid is maintained at a constant temperature.

40) Device for carrying out the process claimed in any one of Claims 1 to 3, characterized in that the balance measuring the weight P1 and the balance measuring the apparent weight P2 are of the same type, the tank containing the liquid of immersion further comprising a means of access to the reading of the apparent weight P2.

50) Device as claimed in 4, the submerged balance comprises a display index in apparent weight and the tank a reading window of the index.

60) Device as claimed in 4, the immersion vessel comprises a dielectric selected from the group of fluorine carbides from the fluorination of alkanes.

70) Device as claimed in any one of claims 4 to 6, the immersion liquid is covered with a layer consisting of a low evaporation liquid preferably selected from the group of oils ...

8) Device as claimed in 7, the low evaporation layer of which is retained outside a zone of direct access to the immersed plate of the balance by means of a partially immersed inner wall (18).

9) Device as claimed in 8, wherein each of the two scales (22,12) comprises means for transmitting the weighing values to a memory of a computing or display device.

100) Device as claimed in 9, the calculating means is a microprocessor controlling a chain of automatic advancement solids including their installation and removal on each of the two scales.

110) A device as claimed in 9, wherein the weight transmission means (20) is connected to a memory (9) con tained by the microprocessor, the apparent weight transmission means (15) P2 being connected directly to the microprocessor (10). ) whose output controls a sorting device (30) representative of the results of the microprocessor obtained from all P1 functions of P2, the density d1 of the immersion liquid and any initial comparison data.