Conseils et astuces de Joe Flow - Contrôle normal de la force

Problématique / Besoin :

Un contrôle de l'écart de mesure via la force normale est d'un grand avantage dans la mesure des semi-solides comme les gels ainsi que des échantillons solides. Un ajustement de l'écart est également nécessaire pour de nombreuses réactions de durcissement. 

Méthode utilisée / Réponse apportée :

Qu'est-ce que la force normale ? 

Le terme force normale fait référence à une force perpendiculaire à une surface. En rhéologie, cette force agit sur un échantillon (surface de l'échantillon entre les plaques de mesure ou section transversale d'une barre pleine). Dans les anciennes méthodes de mesure, la charge axiale est souvent désignée comme une masse. Pour calculer la force normale, cette formule est appliquée : Masse (kg) = NF (N) / 9,81 (m/s2). Exemple : la compression d'un échantillon avec une force normale de 10 N équivaut approximativement à une masse de 1 kg. 

Que prérégler : force normale ou écart ? 

L'écart de mesure est contrôlé :

• soit par force normale, sur la base d'une mesure de la taille de l'écart
• soit par taille de fente, basée sur une mesure de la force normale

Le préréglage des deux paramètres n'a aucun sens. 

Applications importantes

Nous différencions les applications suivantes : 

• Un élastomère mou ou un gel glisse le long d'une plaque de mesure et doit être repassé en réglant une force normale positive. Idéalement, des plaques avec une surface profilée ou sablée sont utilisées. 
• L'échantillon entre les deux plaques se dilate ou se rétrécit au cours de la mesure. C'est souvent le cas lors d'essais dépendant de la température ou de réactions de durcissement. Les forces normales qui se produisent sont compensées en définissant une force normale de NF = 0N. Remarque : Si la force normale n'est pas ajustée, l'échantillon peut perdre le contact avec la plaque. A une force normale prédéfinie de NF = 0N, la taille de l'espace de mesure peut légèrement fluctuer en raison du chauffage ou du refroidissement du système de mesure. Ce changement est proportionnel au coefficient de dilatation du matériau (acier). Pour une plaque standard, le coefficient AGC est de 0,65 µm par Kelvin du changement de température (AGC = Automatic Gap Correction). Le changement de taille est donc connu et peut être corrigé en supposant des conditions stationnaires. Dans tous les cas, la même règle s'applique ici : dans le cas du contrôle NF, l'écart réel est calculé et non contrôlé.
• Une barre pleine doit être maintenue dans un état étendu. L'échantillon est tiré par une force normale négative prédéfinie. La valeur de 0,03 N par mm2 de section d'échantillon ne doit pas être dépassée dans ce cas (0,1 N par mm2 pour les échantillons très rigides). 

Chaleur ou contrôle ? 

L'hystérésis est une variable vitale pour prérégler la force normale. Je voudrais le démontrer à l'aide d'exemple d'une unité de climatisation avec hystérésis de réglage de 1°C. Imaginez que la température ambiante soit réglée à 23°C. Le chauffage n'entre en action que si la température descend à 22°C en hiver. Ensuite, la vanne s'ouvre et la température ambiante monte jusqu'à la température souhaitée de 23°C. La vanne se ferme une fois cette température atteinte. En été, le groupe de refroidissement s'allumait à 24°C et se refroidissait jusqu'à ce que la température désirée de 23°C soit atteinte. Le contrôle normal de la force fonctionne de la même manière. La force normale est préréglée dans la fenêtre de mesure du logiciel, par exemple à une force normale constante de 10 N. A une hystérésis préréglée de 1 N, la commande d'écart s'activerait à 9N et 11N.

Profils mobiles recommandés par les experts

Alors que la force normale est préréglée directement dans la fenêtre de mesure, toutes les conditions-cadres de la commande (hystérésis, vitesse, limite de force normale) sont ajustées dans le profil mobile). Le logiciel RheoCompass propose de nombreux profils standard avec des préréglages utiles. Tout comme le gestionnaire d'applications, les profils sont basés sur les circonstances des échantillons. Les réglages individuels peuvent être effectués sous "Configurations" > "Déplacement des profils". A cette fin, un profil est dupliqué et enregistré sous "Copie de ...". Le nom et les nouveaux paramètres peuvent être modifiés dans ce profil. 

Dans le profil en mouvement, nous différencions les commandes : 

• pendant le déplacement vers la position de mesure (fonctionnement)
• pendant le mouvement vers la position de levage (fonctionnement)
• et les réglages tout au long de la mesure (mesure)

Un onglet séparé avec des conditions cadres définies est fourni pour chacune de ces actions. 

Fonctionnement : mesure de la position et de la position de levage

• Les utilisateurs peuvent définir des positions avec la vitesse correspondante. Si la même valeur de vitesse est définie pour deux positions, la vitesse reste constante. Dans le cas où deux valeurs différentes ont été définies, la vitesse est modifiée de la première à la seconde valeur entre la position 1 et la position 2 (réglage linéaire). Quelques millimètres avant que la position de mesure ne soit atteinte, une vitesse comprise entre 100 µm / s et 1000 µm / s a du sens. Pour un mouvement plus rapide dans la plage de positionnement supérieure, une vitesse de 8000 µm / s est recommandée.
• Les valeurs de force normales sont affectées à ces positions en tant que limites. Une fois que la valeur limite définie et l'hystérésis sont dépassées, le système de mesure s'arrête de bouger jusqu'à ce que l'échantillon revienne à son été détendu. 
• Pour le positionnement axial (entrainement de levage), les modes "Régler la force normale" ou "Régler l'écart" sont disponibles.
• Les utilisateurs peuvent éventuellement continuer à contrôler l'entrainement de l'ascenseur une fois la valeur prédéfinie atteinte. Cela signifie, par exemple, que la force normale prédéfinie peut rester active jusqu'au début du test. En cas de commande active de l'entrainement d'ascenseur, les instruments de la série MCR xx2 affichent "NF-Control" sur leur écran. 
• En option, l'entrainement de mesure peut être commandé, par exemple pour pénétrer dans l'échantillon en tournant ou pour verrouiller le système de mesure jusqu'au début du test. Ici, le préréglage peut également rester actif une fois que la position ou la force normale a été atteinte. "0" signifie "utiliser la valeur maximale du paramètre prédéfini". En cas de commande active de l'entrainement de mesure, les instruments de la série MCR xx2 affichent "M-Control" sur leur écran. 

En ligne : pendant la mesure

Les conditions cadres de la mesure, c'est-à-dire l'hystérésis du préréglage NF dans la fenêtre de mesure et d'autres conditions, sont prédéfinies dans "Pendant la mesure". 

• Plusieurs positions peuvent être définies avec une vitesse. Les valeurs de vitesse servent de limites pour les préréglages dans le profil de test de l'action "Mesure". Pour un contrôle précis, une valeur de 10µm / s est recommandée. Une valeur aussi basse que celle-ci conduit à un ajustement lent et précis de la force normale et est de préférence utilisée pour des tests sur les solides ou des mesures de comportement au durcissement. Dans les mesures de pénétration ou de collant, la priorité n'est pas sur la précision mais sur le contrôle rapide. Dans ces cas, la vitesse doit être poussée au maximum (série MCR xx1 = 8000 µm / s, MCR xx2 = 16 000 µm /s). 
• En tant que valeur d'hystérésis dans les mesures sur les solides, environ 10% des préréglages NF ont fait leurs preuves. Cela signifie, par exemple, qu'un préréglage de 10 N dans le profil de mesure nécessiterait une hystérésis d'environ 1 N. Noter : Si l'hystérésis est réglée trop bas, le moteur de levage s'ajuste constamment. Si l'hystérésis est réglée trop haut, le moteur de levage s'ajuste trop tard, ce qui signifie que des distances consédérables doivent être réajustées dans l'espace. Cela peut entrainer des étapes dans la mesure. A des préréglages NF très bas, je recommande une hystérésis de 25% de la valeur préréglée. 
• Les positions minimum et maximum définissent la plage de tolérance de la commande. La commande est désactivée en dehors de ces tolérances. 
• Cela signifie, par exemple, que l'intervalle de mesure pour une poudre pressée par une force normale peut être limité à un point le plus bas. Ceci présente l'avantage que le contrôle n'est pas poursuivi après la fusion de la poudre, et ils'arrête à une position minimum de 0,5 mm, par exemple. Cela élimine la possibilité que la plaque de mesure se déplace complètement vers le bas jusqu'à ce qu'elle touche la plaque inférieure. 

Conclusion 

Un contrôle de la force normale raisonnable est essentiel pour un bon résultat de mesure, en particulier en ce qui concerne les échantillons semi-solides, solides ou réactifs. Les rhéomètres équipés de capteurs de force normale de la série de rhéomètres MCR combinés au logiciel RheoCompass permettent un ajustement précis de la force normale aux exigences de chaque application.