FR2580401A1

FR2580401A1 - Appareil et procede pour mesurer les proprietes visco-elastiques de materiaux

Info

Publication number: FR2580401A1
Application number: FR8605058A
Authority: FR
Inventors: Ronald F Garritano
Original assignee: Rheometrics Inc
Current assignee: Rheometrics Inc
Priority date: 1985-04-11
Filing date: 1986-04-09
Publication date: 1986-10-17
Also published as: DE3612038C2; CA1259817A; GB2173599B; DE3612038A1; GB8606211D0; JPS61237038A; GB2173599A; FR2580401B1; US4601195A; JPH0660870B2; CH671634A5

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL ET UN PROCEDE POUR MESURER LES PROPRIETES VISCO-ELASTIQUES DE MATERIAUX. DANS CET APPAREIL DE MESURE DES PROPRIETES VISCO-ELASTIQUES D'UNE EPROUVETTE SOUMISE A UNE CONTRAINTE DE CISAILLEMENT ET ACCOUPLEE A UN PLATEAU DEPLACABLE EN ROTATION ET AXIALEMENT PAR RAPPORT A UN AXE FIXE 50 A PARTIR D'UNE POSITION DE REPOS, IL EST PREVU DES TRANSDUCTEURS 90, 140 ACCOUPLES AU PLATEAU POUR LE RAMENER EN ROTATION OU SELON UN DEPLACEMENT AXIAL DANS LA POSITION DE REPOS, DES DETECTEURS 114, 60 DETECTANT UN DEPLACEMENT EN ROTATION OU UN DEPLACEMENT AXIAL DU PLATEAU A PARTIR DE LA POSITION DE REPOS, DES MOYENS DE COMMANDE 130, 170 POUR ACTIONNER LES TRANSDUCTEURS EN REPONSE AUX DETECTEURS ET DES MOYENS 132, 172 INDIQUANT LA MESURE DE LA FORCE DE VISCOSITE ET DE LA FORCE ELASTIQUE AGISSANT DANS L'EPROUVETTE. APPLICATION NOTAMMENT A L'EVALUATION DES CARACTERISTIQUES RHEOLOGIQUES DE POLYMERES.

Description

La présente invention concerne d'une manière gé-

nérale la mesure des caractéristiquesrhéologiques de maté-

riaux et concerne de façon plus spécifique un appareil et

un procédé pour mesurer à la fois les composantes de visco-

sité et les composantes élastiques de forces à l'intérieur

d'une éprouvette soumise & une contrainte de cisaillement.

Lors de l'évaluation des caractéristiques rhéo-

logiques des matériaux visco-élastiques, comme par exemple des masses fondues polymères, on dispose habituellement une éprouvette en forme de disque entre des surfaces radiales opposées, distantes axialement, et on l'accouple à chacune de ces surfaces de telle sorte qu'il remplit l'espace axial entre ces surfaces. Puis on fait tourner l'une des surfaces

par rapport à l'autre autour de la direction axiale de ma-

nière à soumettre l'éprouvette à une contrainte de cisaille-

ment, et l'on mesure le couple produit par ce cisaillement.

Ce cisaillement peut être un cisaillement statique, auquel cas le couple mesuré est constant, ou bien il peut s'agir

d'un cisaillement dynamique, auquel cas le couple mesuré va-

rie continûment dans le temps. Le couple mesuré est propor-

tionnel à la composante de viscosité ou à la composante de

perte du module du matériau.

On a observé qu'en raison de la nature des forces appliquées à l'éprouvette lors d'une telle procédure,

l'éprouvette à tendance à s'étendre axialement, ce qui pro-

voque l'application de forces dirigées axialement aux sur-

faces tournant l'une par rapport à l'autre, auxquelles

l'éprouvette est accouplée. On a expliqué que cette tendan-

ce résulte du fait que le centre de l'éprouvette reste fixe tandis que le pourtour extérieur est entraîné en rotation, de sorte que les parties, extérieures du point de vue radial, de l'éprouvette, tendent à être étirées radialement vers

l'intérieur et à exercer des forces radiales sur les surfa-

ces auxquelles l'éprouvette est accouplée. Ce comportement a été désigné dans la littérature sous le terme de "effet Weissenberg". La force axiale exercée sur les surfaces par

l'éprouvette dans des conditions de cisaillement est propor-

tionnelle à la composante élastique ou composante d'accumu-

lation du module du matériau.

Bien que l'appareil et le procédé soient utili- sables pour la mesure de forces de rotation et de forces

axiales dans une telle éprouvette, les dispositifs anté-

rieurs de mesure impliquaient un déplacement effectif de leurs composants de manière à obtenir une mesure des forces de rotation et des forces axiales. Ce déplacement est connu sous le terme de compliance et, bien que l'on estime qu'il soit souhaitable de réduire la compliance afin de conserver une précision accrue, les dispositifs antérieurs exigeaient au moins une certaine compliance pour fonctionner. Il serait

avantageux de disposer d'un appareil et d'un procédé, à l'ai-

de desquels la mesure des forces de rotation et des forcs axiales puisse être exécutée sans l'introduction d'un tel

déplacement ou, en d'autres termes, avec une compliance nul-

le. Si l'on élimine la nécessité d'avoir une compliance ou

un déplacement, on mesure les forces directement, ce qui per-

met d'obtenir une précision supérieure étant donné que les

effets extérieurs sont éliminés pour l'essentiel. Par exem-

ple la mesure de force devient alors indépendante des effets

de la température sur l'appareil de mesure. En outre l'ap-

titude à mesurer une force indépendamment d'un déplacement supprime tous les effets dûs à l'hystérésis,qui pourraient intervenir par exemple dans la mesure d'une force agissant

à l'encontre d'un ressort.

Un but de la présente invention est de fournir un appareil et un procédé permettant la mesure à la fois des composantes de viscosité et des composantes élastiques de

forces dans un matériau visco-élastique soumis à une con-

trainte de cisaillement, avec une compliance nulle.

Un autre but de la présente invention est de four-

nir un appareil et un procédé tels que décrits ci-dessus et

à l'aide desquels on mesure simultanément à la fois les com-

posantes de viscosité et les composantes élastiques, avec une compliance nulle, moyennant l'obtention d'une précision

accrue dans l'acquisition de données concernant les proprié-

tés visqueuses élastiques indépendantes d'effets extérieurs.

Un autre but de l'invention est de fournir un ap-

pareil tel que décrit ci-dessus et dans lequel un degré éle-

vé de précision est obtenu grâce à l'utilisation de compo-

sants déplaçables, qui n'ont aucune position préférée et qui

par conséquent n'introduisent aucune erreur qui, sinon, se-

rait susceptible d'apparaître par suite de la tendance à se

déplacer en direction d'une position préférée.

Un autre but de la présente invention est de four-

nir un appareil du type décrit plus haut et qui soit d'une constitution simple, permette des économies du point de vue fabrication et soit d'une maintenance et d'une utilisation aisées. Les objectifs indiqués ci-dessus ainsi que les autres objectifs et avantages sont atteints au moyen de la présente invention qui peut être décrite de façon abrégée

comme étant un dispositif permettant de mesurer la compo-

sante de viscosité et la composante élastique de forces à l'intérieur d'une éprouvette visco-élastique soumise & une contrainte de cisaillement, l'éprouvette étant accouplée à un plateau possédant une position de repos, ce plateau étant déplaçable à partir de la position de repos, en rotation et

axialement par rapport à un axe fixe en réponse à une for-

ce de rotation et à une force axiale, exercées par l'éprou-

vette sur le plateau sous l'effet de la composante de vis-

cosité et de la composante élastique, ledit appareil compre-

nant: un premier transducteur accouplé au plateau de maniè-

re à appliquer une force antagoniste de rotation au plateau afin de solliciter ce dernier en direction de la position

de repos, un premier détecteur servant à détecter le mouve-

ment de rotation du plateau, écartant ce dernier de la po-

sition de repos, des premiers moyens de commande servant à actionner le premier transducteur en réponse au premier détecteur afin d'équilibrerla force de rotation exercée par l'éprouvette sur le plateau, alors que la force antagoniste de rotation est exercée par le premier transducteur sur ce

plateau,et de maintenir le plateau dans la position de re-

pos, des premiers moyens d'affichage servant à indiquer-l'in-

tensité de la force antagoniste de rotation, un second trans-

ducteur accouplé au plateau de manière à appliquer une for-

ce axiale antagoniste au plateau de manière à solliciter ce

dernier en direction de la position de repos, un second dé-

tecteur servant à détecter le déplacement axial du plateau, qui écarte ce dernier de la position de repos, des seconds

moyens de commande servant à actionner le second trans-

ducteur en réponse au second détecteur de façon à équili-

brer la force axiale exercée par l'éprouvette sur le pla-

teau, alors que la force axiale antagoniste est exercée par le second transducteur sur ce plateau, et à maintenir le plateau dans la position de repos, et des seconds moyens

d'affichage servant à indiquer l'intensité de la force axia-

le antagoniste, ce qui a pour effet que les premiers moyens

d'affichage fournissent une mesure de la composante de vis-

cosité des forces agissant à l'intérieur de l'éprouvette et que les seconds moyens d'affichage fournissent une mesure de la composante élastique des forces agissant à l'intérieur de l'éprouvette, lorsque le plateau est dans la position de repos. L'invention peut être décrite en outre comme étant un procédé de mesure de la composante de viscosité et de la composante élastique de forces agissant à l'intérieur d'une

éprouvette visco-élastique placée sous une contrainte de ci-

saillement, l'éprouvette étant accouplée à un plateau possé-

dant une position de repos, lequel plateau est déplaçable à partir de la position de repos en rotation et axialement

par rapport à un axe fixe en réponse à une force de rota-

tion et & une force axiale exercées par l'éprouvette sur le plateau sous l'effet de la composante de viscosité et de la

composante élastique, le procédé incluant les phases opéra-

toires consistant &: appliquer une -force antagoniste de ro-

tation au plateau afin de solliciter ce dernier en direc-

tion de la position de repos, équilibrer la force de rota-

tion exercée par l'éprouvette sur le plateau alors que la force antagoniste de rotation est appliquée au plateau afin

de maintenir ce dernier dans la position de repos, détermi-

ner l'intensité de la force antagoniste de rotation néces-

saire pour équilibrer la force de rotation, appliquer une

force axiale antagoniste au plateau de manière à sollici-

ter ce dernier en direction de la position de repos, équi-

librer la force axiale exercée par l'éprouvette sur le pla-

teau alors que la force axiale antagoniste est appliquée au plateau de manière à maintenir ce dernier dans la position

de repos, et déterminer l'amplitude de la force axiale anta-

goniste nécessaire pour équilibrer la force axiale, ce qui

a pour effet que l'intensité de la force antagoniste de ro-

tation fournit une mesure de la composante de viscosité de

forces agissant à l'intérieur de l'éprouvette et que l'in-

tensité de la force axiale antagoniste forme une mesure de la composante élastique de forces agissant à l'intérieur de

l'éprouvette lorsque le plateau est dans la position de re-

pos.

D'autres caractéristiques et avantages de la pré-

sente invention ressortiront de la description donnée ci-

après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels:

- la figure 1 est une vue en élévation, représen-

tée en coupe partielle et sous forme partiellement schéma-

tique et montrant un appareil agencé conformément à la pré-

sente invention; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une partie de l'appareil; - la figure 3 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne 3 - 3 sur la figure 2; et - la figure 4 est une vue en coupe transversale

prise suivant la ligne 4 -4 sur la figure 2.

En se référant maintenant aux dessins et en par-

ticulier à la figure 1 de ces derniers, on y voit représen-

té un appareil 10 constitué conformément à l'invention. L'ap-

pareil 10 comporte un châssis 12 muni d'un organe de sup-

port supérieur 14 et d'un organe de support inférieur 16.

Une table 20 est accouplée, à l'aide d'un accouplement infé-

rieur 22, à un moteur 24 monté sur l'organe de support infé-

rieur 16 au moyen de boulons 26. L'accouplement inférieur

22 est fixé à l'arbre d'entraînement 28 du moteur 24. Un pla-

teau 30 est accouplé, au moyen d'un accouplement supérieur

32, à un ensemble formant transducteur 34 monté sur l'orga-

ne de support supérieur 14 au moyen de boulons 36. L'accou-

plement supérieur 32 est fixé à une broche 38 de l'ensemble

formant transducteur 34.

Une éprouvette 40 constituée en un matériau vis-

co-élastique est placée entre la table 20 et le plateau 30

et est accouplée à la fois à la table 20 et au plateau 30.

Dans ce cas, l'éprouvette 40 est réalisée sous la forme d'un disque 42 constitué en une masse fondue polymère, dont les

propriétés visco-élastiques doivent être mesurées, le dis-

que 42 possédant une surface inférieure 44 fixée à la table 20 et une surface supérieure 46 fixée au plateau 30. Comme cela est usuel dans des dispositifs dans lesquels de telles mesures sont exécutées, le plateau 30 comporte une surface

de forme générale conique 48, à laquelle est fixée la sur-

face supérieure 46 du disque 42. Etant donné que, dans ce

cas, l'éprouvette 40 est constituée en une masse fondue po-

lymère, il est prévu un four 49 servant à.maintenir l'éprou-

vette 40 à une température élevée désirée.

En se reportant maintenant à la figure 2, on voit qu'une broche 38 s'étend axialement le long d'un axe fixe 50 s'étendant vers le haut à travers l'ensemble formant transducteur 34, l'extrémité inférieure 52 de la broche 38

faisant saillie vers le bas de manière à engrener avec l'ac-

couplement supérieur 32. L'ensemble formant transducteur 34

comporte un bottier inférieur 54 dans lequel se trouve dis-

posé un palier 56 servant à supporter la broche 38 de maniè- re qu'elle puisse avoir un mouvement de rotation autour de l'axe fixe 50 et un mouvement axial le long de cet axe fixe

50. Afin de réduire au minimum et de supprimer pour l'essen-

tiel tout effet de frottement important du palier 56 lors

du déplacement libre de la broche 38, le palier 56 est cons-

titué sous la forme d'un coussin d'air comportant un man-

chon 60 à travers lequel un élément d'arbre 62 de la broche

38 s'étend avec un jeu suffisant pour permettre l'établis-

sement d'une pellicule d'air appropriée entre l'élément d'ar-

bre 62 et le manchon 60. De l'air comprimé est envoyé au ni-

veau d'un raccord d'admission 64 et traverse un passage d'air 66 jusqu'à un renfoncement de collecte 68 servant à envoyer la pellicule d'air entre l'élément d'arbre 62 et le

manchon 60. Si cela est nécessaire, on peut prévoir des ad-

missions supplémentaires pour l'air, comme cela est indi-

qué au niveau du second raccord d'admission 64'.

Le mouvement de rotation et le mouvement axial de la broche 38 sont limités à des déplacements relativement faibles au moyen d'une goupille transversale 70 qui s'étend

à travers une ouverture correspondante 72 située dans l'élé-

ment d'arbre 62 de la broche 38. La goupille 70 est fixée

à l'intérieur d'un perçage 74 situé dans le boîtier infé-

rieur 54 au moyen d'une vis de blocage 76 qui s'engage dans l'une de deux parties d'extrémité 77 de la goupille 70. La

goupille 70 comporte une partie centrale 78 de diamètre ré-

duit de sorte qu'un espace annulaire 80 est ménagé entre l'ouverture 72 et la partie centrale 78 de la goupille 70, ce qui permet un déplacement limité de la broche 38 à la fois en rotation et axialement. On peut décaler au choix la

position de la goupille 70 en dégageant l'élément de préhen-

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sion de la vis de blocage 76 et en faisant pénétrer par glis-

sement une partie d'extrémité 77 dans l'ouverture 72 de ma-

nière à verrouiller la broche 38 contre tout déplacement par

rapport au boîtier inférieur 54, en vue de réaliser l'ali-

gnement initial et l'étalonnage, ainsi que pour empêcher

tout endommagement pendant le transport. Sinon on peut rem-

placer la goupille 70 par une autre goupille de diamètre constant (non représentée) afin d'immobiliser la broche 38

dans le même but. Un capot inférieur 82 est fixé sur l'ex-

trémité inférieure du boîtier inférieur 54 à l'aide d'une

vis 84 et ferme l'extrémité inférieure en la protégeant vis-

à-vis de la poussière et d'autres éléments polluants.

Comme cela a été indiqué ci-dessus, l'appareil

est destiné à mesurer à la fois la composante de visco-

sité et la composante élastique de forcesintervenant à l'in-

térieur de l'éprouvette visco-élastique 40 dans des condi-

tions de cisaillement. A cet effet on place l'éprouvette 40 entre la table 20 et le plateau 30 et on l'accouple à la

fois à la table 20 et au plateau 30, comme cela a été dé-

crit. On règle la distance axiale entre la table 20 et le plateau 30 de façon précise sur l'épaisseur de l'éprouvette

dans des conditions statiques, comme par exemple au mo-

yen d'un déplacement axial relatif entre l'organe de sup-

port supérieur 14 et l'organe de support inférieur 16 du châssis 12. De cette manière, le plateau 30 est disposé dans une position nulle ou de repos, comme cela est visible sur

la figure 1. Le moteur 24 est alors activé de manière à en-

traîner en rotation l'arbre d'entraînement 28 de la table , de manière à soumettre l'éprouvette 40 à une contrainte

de cisaillement. Un entraînement continu en rotation de l'ar-

bre d'entraînement 28 au moyen du moteur 24 à une vitesse

constante entraîne l'application d'un cisaillement perma-

nent. D'autres modes dressai sont possibles grâce à une os-

cillation ou à un mouvement intermédiaire de l'arbre d'en-

traînement 28. Mais, dans la forme de réalisation représen-

têe, le moteur 24 fait tourner l'arbre d'entraînement 28 et

par conséquent la table 20, à une vitesse constante sélec-

tionnée de manière à obtenir les conditions désirées de ci-

saillement permanent dans l'éprouvette 40. Lorsque les con-

ditions de cisaillement permanent sont atteintes, l'éprou-

vette 40 exerce sur le plateau 30 un couple tendant & fai-

re tourner ce plateau 30 en l'écartant de la position de re-

pos. En outre, comme conséquence de "l'effet Weissenberg" décrit cidessus, l'éprouvette 40 exerce une force axiale ascendante sur le plateau 30, ce qui tend à écarter vers le haut le plateau 30 à partir de la position de repos. Cette

force de rotation et cette force axiale sont transmises di-

rectement à la broche 38.

La goupille 70 étant dans la position repré-

sentée sur la figure 2, un mouvement de rotation limité et un déplacement axial limité de la broche 38 sont autorisés

par suite de la présence de l'espace annulaire 30, en répon-

se à la force de rotation et à la force axiale transmises à la broche 38 à partir du plateau 30. L'ensemble formant transducteur 34 applique une force antagoniste de rotation

et une force axiale antagoniste, ces forces antagonistes sol-

licitant la broche 38 et le plateau 30 en direction de la position de repos. Une fois que les forces antagonistes ont

atteint chacune une intensité qui équilibre les forces exer-

cées par l'éprouvette sur le plateau 30 et que ce dernier

est revenu dans sa position de repos, l'intensité de la for-

ce antagoniste de rotation fournit une mesure de la compo-

sante de viscosité du module du matériau de l'éprouvette et

l'intensité de la force axiale antagoniste fournit une me-

sure de la composante élastique du module. Ainsi les forces

désirées sont en réalité mesurées pour une compliance nulle.

En se référant maintenant aux figures 2, 3 et 4, on voit que la broche 38 s'étend vers le haut à travers un

premier transducteur 90. Ce transducteur 90 comporte un seg-

ment annulaire 92, réalisé de préférence sous la forme d'un

aimant permanent et comportant un perçage central 94 à tra-

vers lequel s'étend la broche 38. La première armature 96 est fixée & la broche 38 en 98 de manière à se déplacer avec

la broche et possède une configuration en forme de pot com-

prenant un prolongement cylindrique 100 faisant saillie vers le bas à l'intérieur d'un espace annulaire correspondant 102 dans 1' aimant 92 et portant une pluralité d'enroulements

104 orientés de telle sorte que lors du passage d'un cou-

rant électrique dans les enroulements 104, l'armature 96 tend à tourner autour de l'axe 50 de manière à entraîner la broche 38 en rotation autour de cet axe 50. L'aimant 92 est fixé au boîtier inférieur 54, par exemple par des vis 106,

et reste fixe.

Un boîtier de détecteur 110 est fixé à l'aimant

92, par exemple par des vis 112, et loge un premier détec-

teur 114 servant à détecter un mouvement de rotation de la broche 38, et par conséquent du plateau 30, à partir de la

position de repos. Comme cela est mieux visible sur la fi-

gure 3 ainsi que sur la figure 2, le premier détecteur 114

comporte un rotor 116 fixé à la broche 38 au niveau d'un mo-

yeu 118 et comportant des éléments capacitifs s'étendant ra-

dialement et se présentant sous la forme d'ailettes 120.

Lorsque le plateau 30 et la broche 38 sont dans la position de repos, chacune de ces ailettes 120 est centrée, suivant la direction circonférentielle, entre un couple d'éléments capacitifs parallèles constitués sous la forme de plaques

122 montées sur une plaquette à circuits imprimés annulai-

re 124 fixé au boîtier 110 du détecteur à l'aide de vis 126.

Chaque ailette 120 et le couple correspondant de plaques 122 formant un condensateur variable de telle sorte que tout mouvement de rotation de la broche 38 déplace les ailettes de manière à provoquer une modification de la capacité,

qui peut être détectée par le circuit situé sur la plaquet-

te à circuits imprimés 124.

* Un premier circuit de commande 130 est raccordé au premier détecteur 114 et au premier transducteur 90 de

sorte que la variation de la capacité provoquée par un mou-

vement de rotation de la plaque 30 et de la broche 38, écar-

tant ces dernières de la position de repos, produit un cou-

rant dans les enroulements 104 de l'armature 96 du transduc-

teur 90, ce qui active le tranducteur 90 en réponse au pre-

mier détecteur 114 afin de ramener en rotation la broche 38 et le plateau 30 dans la position de repos et à maintenir le plateau 30 et la broche 38 dans cette position de repos au moyen d'une force antagoniste de rotation qui équilibre

la force de rotation appliquée par l'éprouvette 40 au pla-

teau 30. Un premier dispositif d'affichage 132 indique l'in-

tensité de la force antagoniste de rotation requise pour con-

server l'équilibre. Ainsi l'intensité de la force antago-

niste de rotation est mesurée pour une compliance nulle.

La broche 38 s'étend plus encore vers le haut au-

delà du premier détecteur 114 et pénètre dans un second

transducteur 140. Le second transducteur 140 comporte un en-

semble à aimant 142 qui contient un aimant permanent 144, un boîtier d'aimant 146, un premier stator 148 et un second

stator 149, tous ces éléments délimitant l'entrefer annulai-

re 150. Une seconde armature 152 est fixée à la broche 38 au niveau de l'extrémité supérieure 154 de cette dernière et possède une configuration en forme de pot comprenant un prolongement cylindrique 156 faisant saillie vers le haut

à l'intérieur de l'entrefer 150 de l'ensemble à aimant 142.

Le prolongement cylindrique 156 porte une pluralité d'enrou-

lements 158 orientés de telle sorte que, lors du passage

d'un courant électrique dans les enroulements 158, l'arma-

ture 152 tend à se déplacer axialement le long de l'axe 50

afin de déplacer la broche 38 le long de cet axe. L'ensem-

ble à aimants 142 est fixé au boîtier 110 du détecteur à

l'aide de vis 159 et reste fixe.

Le boîtier 110 du détecteur loge un second détec-

teur 160 servant à détecter un déplacement axial de la bro-

che 38 et par conséquent du plateau 30, qui écarte ces élé-

ments de leur position de repos. Comme cela est mieux visi-

ble sur la figure 4 ainsi que sur la figure 2, le second dé-

tecteur 160 comprend un élément capacitif réalisé sous la forme d'un disque 162 fixé de manière à se déplacer de con- cert avec la broche 38, à l'aide de vis 164 qui fixent le

disque 162 à l'armature 152. Le disque 162 s'étend radiale-

ment vers l'extérieur et, lorsque la broche 38 et le pla-

teau 30 sont dans la position de repos, le disque 162 est

centré axialement entre un couple d'éléments capacitifs pa-

rallèles réalisés sous la forme d'anneaux 166, dont chacun est monté sur une plaquette à circuits intégrés annulaire

correspondante 168 fixée au boîtier 110 du détecteur au mo-

yen de vis 169. Le disque 162 et les anneaux 166 forment un condensateur variable de sorte que tout déplacement axial

de la broche 38 déplace le disque 162 avec pour effet de pro-

duire une modification de la capacité, qui peut être détec-

tée par le circuit situé dans la plaquette à circuits impri-

més 168.

Un second circuitde commande 170 est raccordé au second détecteur 160 et au second transducteur 140 de sorte que la variation de la capacité produite par un déplacement

axial du plateau 30 et de la broche 38 écartant ces élé-

ments de la position de repos, produit un courant dans les enroulements 158 de l'armature 150 du transducteur 140 en

réponse au second détecteur 160 de manière à ramener la bro-

che 38 et le plateau 30 axialement dans la position de re-

pos et à les y maintenir au moyen d'une force axiale anta-

goniste qui équilibre la force axiale exercée par l'éprou-

vette 40 sur le plateau 30. Un second dispositif d'afficha-

ge 172 indique l'intensité de la force axiale antagoniste requise pour conserver l'équilibre. Ainsi l'intensité de la force axiale antagoniste est mesurée pour une compliance nulle.

Lorsque l'éprouvette 40 est dans un état de ci-

saillement permanent et que l'ensemble formant transducteur

34 maintient la plaque 30 dans la position de repos, le pre-

mier dispositif d'affichage 132 fournit une mesure de la com-

posante de viscosité de forces agissant à l'intérieur de l'éprouvette 40 et le second dispositif d'affichage 172 four-

nit une mesure de la composante élastique des forces agis-

sant à l'intérieur de ladite éprouvette, ce qui permet la

mesure simultanée de la composante de viscosité et de la com-

posante élastique du module du matériau qui est testé. La possibilité de mesurer à la fois la composante de viscosité et la composante élastique, et ce pour une compliance nulle, permet l'obtention d'une précision accrue dans les résultats

étant donné que les conditions, dans lesquelles chaque com-

posante est mesurée, sont les mêmes. En outre le présent ap-

pareil et le présent procédé accroissent la commodité avec

laquelle les mesures sont effectuées, tout en réduisant l'in-

tervalle de temps nécessaire pour obtenir les données dési-

rées. En outre la possibilité de mesurer l'intensité des for-

ces antagonistes pour une compliance nulle supprime des ef-

fets extérieurs comme par exemple les effets de variations

de la température dans l'appareil et certains effets méca-

niques résultant de déplacements, comme par exemple des ef-

fets d'hystérésis dans des forces mesurées au moyen de dé-

placements un ressort.

On notera que la constitution des premier et se-

cond transducteurs 90 et 140 et des premier et second détec-

teurs correspondants 114 et 160 est telle que les transduc-

teurs et les détecteurs peuvent fonctionner simultanément sans se perturber réciproquement. En d'autres termes le pre-

mier transducteur et le premier détecteur, qui lui corres-

pond, fonctionnent d'une manière indépendante du fonctionne-

ment du second transducteur et du second détecteur, qui lui correspond, et fournissent des résultats constamment précis

indépendamment de l'état du second transducteur et du se-

cond détecteur et vice versa. C'est pourquoi il apparaît à

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l'évidence qu'un faible déplacement axial de la première ar-

mature 96 à l'intérieur de l'entrefer 102 de l'aimant 92

n'affecte pas la capacité du premier transducteur 90 à main-

tenir la broche 38, en rotation, dans la position de repos, tandis que le mouvement de rotation de la seconde armature 152 à l'intérieur de l'entrefer 150 de l'ensemble à aimant 142 n'affecte pas l'aptitude du second transducteur 140 à

maintenir la broche 38 axialement dans la position de repos.

De façon analogue un déplacement axial des ailettes 120 en-

tre les plaques 122 du premier détecteur 114 n'affecte pas l'aptitude du premier détecteur 114 à détecter un mouvement

de rotation, et un mouvement de rotation du disque 162 en-

tre les anneaux 166 du second détecteur 160 n'affecte pas

l'aptitude du second détecteur 160 à détecter un déplace-

ment axial de la broche 138 et du plateau 30. Par conséquent un fonctionnement simultané des composantes de l'ensemble

formant transducteur 34 est obtenu et permet la mesure si-

multanée des caractéristiques qui sont étudiées. Bien que

les détecteurs représentés 114 et 160 soient des disposi-

tifs à capacité variable on préfère utiliser de tels dispo-

sitifs en raison des avantages fournis par l'agencement à capacité variable décrit, il apparaîtra à l'évidence au

spécialiste de la technique que l'on dispose d'autres détec-

teurs que l'on peut utiliser en liaison avec les transduc-

teurs 90 et 140.

L'agencement de l'ensemble formant transducteur permet une

précision exceptionnelle grâce à une réduction des influen-

ces extérieures. Ainsi la broche 38 et l'ensemble des élé-

ments, qui sont montés sur cette broche de manière à se dé-

placer avec elle, comme par exemple les armatures 96 et 152, les ailettes 120 et le disque 162, sont tous constitués en

des matériaux amagnétiques de manière à éliminer toute ten-

dance de la broche 38 à chercher à se placer dans une posi-

tion préférée sous l'effet de l'influence d'un couple de re-

luctance. Un matériau préféré pour la broche 38, les ailet-

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tes 120 et le disque 162 est l'aluminium.

On comprendra que la description détaillée donnée

ci-dessus d'une forme de réalisation préférée est donnée uni-

quement à titre d'exemple et que bon nombre de détails de conception et de construction peuvent être modifiés sans

pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Appareil (10) servant à mesurer la composante

de viscosité et la composante élastique de forces apparais-

sant à l'intérieur d'une éprouvette visco-élastique (40) sou-

mise à une contrainte de cisaillement, cette éprouvette étant accouplée à un plateau (30) qui possède une position de repos et qui est déplaçable à partir de cetLe position

de repos selon un mouvement de rotation et selon un mouve-

ment axial par rapport à un axe fixe (50) en réponse à une

force de rotation et à une force axiale exercées par l'éprou-

vette (40) sur le plateau sous l'effet de ladite composante de viscosité et de ladite composante élastique, caractérisé en ce qu'il comporte:

- un premier transducteur (90) accouplé au pla-

teau (3) de manière à appliquer une force antagoniste de ro-

tation au plateau afin de solliciter le plateau vers la po-

sition de repos, -

- un premier détecteur (114) servant à détecter le mouvement de rotation du plateau, qui écarte ce dernier de la position de repos, - des premiers moyens de commande (130) servant

à actionner le premier transducteur (90) en réponse au pre-

mier détecteur (114) de manière à équilibrer la force de ro-

tation exercée par l'éprouvette (40) sur le plateau, alors

que la force antagoniste de rotation est exercée par le pre-

mier transducteur sur le plateau, et à maintenir ce dernier dans la position de repos, - des premiers moyens d'affichage (132) servant à indiquer l'intensité de la force antagoniste de rotation,

- un second transducteur (140) accouplé au pla-

teau (30) de manière à appliquer une force axiale antagonis-

te à ce dernier afin de le solliciter dans la position de repos, - un second détecteur (160) servant à détecter le déplacement axial du plateau, qui écarte ce dernier dela position de repos, - des seconds moyens de commande (170) servant

à actionner le second transducteur (140) en réponse au se-

cond détecteur (160) de manière à équilibrer la force axia-

le exercée par l'éprouvette sur le plateau, alors que la for-

ce axiale antagoniste est exercée par le second transduc-

teur sur le plateau, et à maintenir ce dernier dans la position de repos, et - des seconds moyens d'affichage (172) servant à indiquer l'intensité de la force axiale antagoniste,

- ce qui a pour effet que les premiers moyens d'af-

fichage (132) fournissent une mesure de la composante de

viscosité des forces agissant à l'intérieur de l'éprou-

vette (40) et que les seconds moyens d'affichage (172) four-

nissent une mesure de la composante élastique desforces agis-

sant à l'intérieur de l'éprouvette lorsque le plateau (30)

est dans la position de repos.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une broche (38) accouplée au plateau

(30) de manière à être entraînée selon un mouvement de ro-

tation avec ce plateau autour de l'axe fixe (50) et à avoir

un déplacement axial avec le plateau le long de cet axe fi-

xe, et que le premier transducteur (90) et le second trans-

ducteur (140) sont accouplés à la broche (38) de sorte que

la force antagoniste de rotation et la force axiale antago-

niste sont appliquées simultanément au plateau (30) et que

les premiers et seconds moyens d'affichage (132, 170) déli-

vrent simultanément une mesure de la composante de viscosi-

té et de la composante élastique des forces agissant à l'in-

térieur de l'éprouvette.

3. Appareil selon la revendication 2, caractéri-

sé en ce que la broche ( 38) est constituée en un matériau amagnétique.

4. Appareil selon la revendication 3, caractéri-

sé en ce que les premier et second transducteurs (90, 140)

incluent chacun au moins un composant mobile (96, 152) accou-

plé,de manière & être entraîné en déplacement, à la broche (38) et que lesdits composants mobiles sont constitués par

des matériaux amagnétiques.

5. Appareil selon la revendication 2, caractéri- sé en ce que les premier et second détecteurs (114, 160)

sont tous les deux accouplés à la broche ( 38).

6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé

en ce que la broche (38) est constituée en un matériau ama-

gnétique.

7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé

en ce que les premier et second détecteurs (114, 160) com-

prennent chacun au moins un composant (120, 162) accouplé, de manière à être entraîné en déplacement, à la broche (38) et que lesdits composants mobiles sont constitués par des

matériaux amagnétiques.

8. Appareil selon la revendication 7, caractéri-

sé en ce que les premier et second transducteurs (90, 140) comprennent chacun au moins un composant mobile (96, 152)

accouplé, de manière à être entraîné en déplacement, à la-

dite broche (38) et que les différents composants mobiles

sont constitués par des matériaux amagnétiques.

9. Appareil selon la revendication 2, caractéri-

sé en ce qu'au moins l'un desdits premier et second détec-

teurs (114, 160) comporte des moyens à capacité variable

(120, 162) accouplésà la broche (38).

10. Appareil selon la revendication 9, caractéri-

sé en ce qu'au moins le premier détecteur (114) et le second détecteur (160) comprennent un premier élément capacitif

(122, 166) et un second élément capacitif (120, 162), le se-

cond élément capacitif (120, 162) étant porté par la broche (38) de manière à avoir un déplacement relatif par rapport

au premier élément capacitif (122, 166) de manière à modi-

fier la capacité des moyens à capacité variable.

11. Appareil selon la revendication 10, caracté-

risé en ce qu'il comporte des moyens (118) supportant le se-

cond élément capacitif (120) du-premier détecteur (114) de manière qu'il se déplace en rotation avec la broche (38)

afin de modifier la capacité des moyens à capacité variable.

12. Appareil selon la revendication 11, caracté- risé en ce que le second éléments capacitif (120) du premier

détecteur (114) est déplaçable avec la broche (38) axiale-

ment par rapport au premier élément capacitif (122), sans

modification de la capacité des moyens à capacité variable.

13. Appareil selon la revendication 10, caracté-

risé en ce qu'il comporte des moyens (169) de montage du se-

cond élément capacitif (162) du second détecteur (160) de manière qu'il ait un déplacement axial avec la broche (38)

afin de modifier la capacité des moyens à capacité variable.

14. Appareil selon la revendication 13, caracté-

risé en ce que le second élément capacitif (162) du second

détecteur (160) est déplaçable avec ladite broche (38) se-

lon un mouvement de rotation par rapport au premier élément capacitif (166),sans aucune modification de la capacité des

moyens à capacité variable.

15. Appareil selon la revendication 10, caracté-

risé en ce que la broche (38) et le second élément capaci-

tif (162) sont constitués en des matériaux amagnétiques.

16. Appareil selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'au moins l'un des éléments formés par le pre-

mier détecteur (114) et le second détecteur (160) comprend des moyens à capacité variable (120,122,162,166) sensibles

à un déplacement du plateau.

17. Appareil selon la revendication 16,caractéri-

(122, 166) et un second élément capacitif (120, 162), le se-

cond élément capacitif (120, 162) étant accouplé au pla-

teau (30) de manière à avoir un déplacement relatif par rap-

port au premier élément capacitif (122, 166) de manière à

modifier la capacité des moyens à capacité variable.

18. Appareil selon la revendication 17, caracté-

risé en ce qu'il comporte des moyens (118) supportant le se-

cond élément capacitif (120) du premier détecteur (114) de manière qu'il se déplace en rotation avec le plateau (30)

afin de modifier la capacité des moyens à capacité variable.

19. Appareil selon la revendication18, caracté-

risé en ce que le second élément capacitif (120) du premier

détecteur (114) est déplaçable avec le plateau (30) axiale-

ment par rapport au premier élément capacitif (122), sans

modification de la capacité des moyens à capacité variable.

20. Appareil selon la revendication 17, caracté-

risé en ce qu'il comporte des moyens (169) de montage du se-

cond élément capacitif (162) du second détecteur (160) de manière qu'il ait un déplacement axial avec le plateau (30)

afin de modifier la capacité des moyens à capacité variable.

21. Appareil selon la revendication 20, caracté-

risé en ce que le second élément capacitif (162) du second

détecteur (160) est déplaçable avec ledit plateau (30) se-

lon un mouvement de rotation par rapport au premier élément capacitif (166) sans aucune modification de la capacité des

moyens à capacité variable.

22. Procédé pour mesurer la composante de visco-

sité et la composante élastique de forces à l'intérieur

d'une éprouvette visco-élastique (140) soumise à une con-

trainte de cisaillement, cette éprouvette (40) étant accou-

plée à un plateau (30) qui possède une position de repos et

qui est déplaçable à partir de ladite position de repos se-

lon un mouvement de rotation et selon un déplacement axial

par rapport à un axe fixe (50) en réponse à une force de ro-

tation et à une force axiale exercées par l'éprouvette (40)

sur le plateau (30) par suite de ladite composante de visco-

sité et de ladite composante élastique, caractérisé en ce qu'il inclut les phases opératoires consistant à: - appliquer une force antagoniste de rotation au

plateau (30) de manière à solliciter ce dernier dans la po-

sition de repos, - équilibrer la force de rotation exercée par

l'éprouvette (40) sur le plateau (30) alors que la force an-

tagoniste de rotation est appliquée au plateau, de manière à maintenir ce dernier dans la position de repos, - déterminer l'intensité de la force antagoniste de rotation nécessaire pour équilibrer la force de rotation,

- appliquer une force axiale antagoniste au pla-

teau (30) de manière à solliciter ce dernier vers la posi-

tion de repos,

- équilibrer la force axiale exercée par l'éprou-

vette (40) sur le plateau (30), alors que la force axiale

antagoniste est appliquée au plateau, de manière à mainte-

nir ce dernier dans la position de repos, et

- déterminer l'intensité de la force axiale anta-

goniste nécessaire pour équilibrer la force axiale, - ce qui a pour effet que l'intensité de la force antagoniste de rotation fournit une mesure de la composante

de viscosité des forces agissant à l'intérieur de l'éprou-

vette et que l'intensité de la force axiale antagoniste four-

nit une mesure de la composante élastique des forces à l'in-

térieur de l'éprouvette lorsque la plateau est dans la posi-

tion de repos.

23. Procédé selon la revendication 22, caractéri-

sé en ce que la force antagoniste de rotation et la force axiale antagoniste sont appliquées simultanément au plateau et que les intensités de la force antagoniste de rotation

et de la force axiale antagoniste sont déterminées simulta-

nément.