Instrumentation et système d’acquisition

Figure III.10 : Diamètre maximal de gouttelettes pour 1% d’eau (gauche) et 5% d’eau (droite).

III.1.2 Instrumentation et système d’acquisition

La présence d’un certain nombre de capteurs est indispensable à la machine afin d’avoir un fonctionnement normal soumis à un contrôle correct. Ainsi, un capteur de pression et une sonde de température sont implantés dans les tuyaux d’alimentation de chacune des deux butées (butée d’essais et butée hydrostatique), afin de permettre le contrôle des conditions d’alimentation correctes, assurées par la centrale hydraulique. D’autre part, le système de contrôle de la vitesse du moteur contient ses propres capteurs intégrés. Toutefois, des capteurs

Chapitre III - TRAVAIL EXPERIMENTAL

supplémentaires ont été ajoutés pour avoir plus de précision concernant ces mêmes mesures : un tachymètre a été monté sur la broche de précision afin de mesurer la vitesse de rotation directement au niveau de cette dernière, un deuxième thermocouple dédié à la mesure de la température d’alimentation a été fixé au support des patins de façon à avoir son point sensible au centre de la butée (point équidistant des entrées des patins). Ces deux thermocouples, tous les deux de type « K » et de diamètre de 1 mm, n’ont montré aucune différence au niveau de leurs mesures, ce qui montre l’homogénéité thermique jusqu’à l’entrée des patins. La quatrième mesure indispensable pour le bon fonctionnement est celle de la charge qui est effectuée par un capteur de force cité au paragraphe précédent. Le contrôle de la charge est donc effectué par cette mesure et par la commande du régulateur de pression d’air comprimé cité au même paragraphe (3.1.1). Le dernier capteur indispensable au fonctionnement normal est le capteur de traction utilisé pour la mesure du couple de frottement et décrit au paragraphe précédent. La présence de ce capteur est indispensable du fait qu’il bloque la rotation du grain fixe autour de son axe propre.

D’autres capteurs ont été ajoutés au banc afin de contribuer à la mesure des grandeurs dites caractéristiques de la lubrification. Ainsi, quatre capteurs de distance à courant de Foucault sont fixés au support de la butée, et permettent la mesure du déplacement généré entre le grain fixe et le grain mobile par la lubrification hydrodynamique. Ce déplacement est représentatif de l’épaisseur du film de lubrifiant, dite globale, de la butée, ou aussi nommée « épaisseur du film au pivot ». En effet, l’épaisseur locale du film dépend de la position de chaque patin autour de son pivot, mais celle-ci n’est pas mesurée. Ces quatre capteurs régulièrement distribués (aux quadrants du cercle) permettent aussi de détecter, le cas échéant, le non parallélisme entre le grain fixe et le grain mobile (fonctionnement avec mésalignement). Trente-deux thermocouples de type « K » de 0,25 mm de diamètre, sont introduits dans des trous adaptés à travers les patins, montés de façon à ce que leur partie active (extrémité) se trouve au niveau de l’interface film/patin à une distance qui généralement ne dépasse pas les 20 μm. La distance entre la tête du thermocouple et la surface active a été surveillée par un microscope de haute précision (au micron près) fonctionnant au principe d’interférométrie et conçu pour les mesures de rugosité des surfaces. La figure III.11 montre un exemple de résultat obtenu par cet appareil, et dans laquelle, on peut identifier la tête du thermocouple au centre du trou réalisé dans le patin.

III.11 μm -2.6 -2.4 -2.2 -2 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

Figure III.11 : Contrôle de la position des thermocouples par rapport à la surface active des patins.

La distribution des thermocouples sur les huit patins est donnée par la figure III.12. Les pourcentages montrés sur cette figure sont calculés comme suit :

• Pourcentage radial :

C’est la différence en valeur absolue entre le rayon intérieur et le rayon sur lequel est placé chaque thermocouple, divisée par la différence des rayons extérieur et intérieur. • Pourcentage angulaire :

C’est la valeur obtenue en divisant l’angle au centre compris entre l’entrée du patin et la position de chaque thermocouple, par l’angle global qui intercepte le patin.

A noter que les patins contenant treize thermocouples sont diamétralement opposés dans le support des patins. Cette distribution a été définie de façon à avoir une représentation précise de la température d’interface de chaque patin, selon une estimation se basant sur la comparaison des températures mesurées à (75%, 75%) et sur le champ de température mesuré sur les deux patins opposés.

Chapitre III - TRAVAIL EXPERIMENTAL

III.12

Capteurs de

déplacement

Patins équipés

par 13

thermocouples

Capteurs de

déplacement

Patins équipés

par 13

thermocouples

• 2 patins à 13 thermocouples • 6 patins à 1 thermocouple : (75% ; 75%) 10% 50% 75% 90% 35% 50% 65% 85% 75% 15% Rotation • 2 patins à 13 thermocouples • 6 patins à 1 thermocouple : (75% ; 75%) 10% 50% 75% 90% 35% 50% 65% 85% 75% 15% Rotation

Figure III.12 : Distribution des thermocouples sur les 8 patins.

Mesure Incertitude

Pression d’alimentation ± 0,001 MPa Température d’alimentation ± 0,5 K

Vitesse de rotation ± 10 tr/min

Charge ± 1 N

Température de l’interface film/patin ± 0,5 K

Couple de frottement ± 0,01 N.m

Epaisseur du film au pivot ± 1 μm

Le Tableau 6 donne les incertitudes correspondant à chacune des mesures déjà citées. A noter que :

• L’incertitude de ± 0,5 K sur la mesure de température concerne la différence entre la valeur mesurée et la valeur réelle de la température. Cependant, une variation de température inférieure à 0,5 K peut être détectée par le même thermocouple (la nouvelle mesure aura une différence avec la nouvelle température réelle toujours de ± 0,5 K).

• L’incertitude de ± 10 tr/min sur la vitesse de rotation est l’incertitude de la mesure seulement. D’ailleurs, la boucle de contrôle du moteur permet une stabilité de la broche à ± 10 tr/min de vitesse mesurée. Dans les graphes des résultats, la vitesse est représentée avec des pas de 1 000 tr/min. Ainsi, l’incertitude sur cette vitesse arrondie à 1 000 tr/min près, est de ± 20 tr/min.

• De même pour la charge appliquée, le vérin pneumatique n’a pas pu fonctionner avec une résolution plus fine que 50 N par échelon de charge mesurée. La charge étant présentée avec des pas de 1 kN, l’incertitude totale sur cette charge arrondie à 1 000 N près, est de ± 51 N.

Tout câblage sortant de la machine passe obligatoirement par une armoire électrique placée juste à côté du banc (Fig III.13). Cette armoire contient le variateur de vitesse qui commande le moteur, les éléments de commande du régulateur de pression responsable de la charge ainsi que les éléments d’alimentation des capteurs et les connexions nécessaires avec le câblage sortant vers l’ordinateur de contrôle. A cette armoire est attaché un tableau de bord (Fig III.14) qui donne l’information nécessaire permettant, avec celle obtenue du tableau de la centrale hydraulique, d’effectuer un contrôle manuel complet de la machine.

III.13

Figure III.13 : Machine (à gauche) et Armoire électrique (à droite).

III.14

Figure III.14 : Armoire auxiliaire des afficheurs.

Chapitre III - TRAVAIL EXPERIMENTAL

Cependant, le contrôle quotidien s’effectue par un système informatisé, permettant une meilleure précision, fiabilité, efficacité et sécurité. Ainsi, un ordinateur placé dans une salle adjacente est connecté à l’armoire électrique via des modules électroniques de connexion, fixées à un châssis spécifique (Fig III.15 et III.16). Un programme informatique conçu grâce à un logiciel spécifique réalise toute la procédure de contrôle et d’acquisition. La figure III.17 montre le diagramme de contrôle et d’acquisition entre les différents éléments déjà décrits tandis que la figure III.18 montre un exemple de l’interface digitale qui permet le contrôle. Sur cette dernière, on peut voir quelques boutons et voyants virtuels, ainsi que quelques affichages, en continu, des grandeurs mesurées.

III.15

Figure III.15 : Modules de connexion.

III.16

Figure III.16 : Salle de contrôle.

III.17 Machine butée Armoire électrique Modules électroniques de connexion Ordinateur Possibilité de contrôle de la centrale hydraulique Acquisition Contrôle Machine butée Armoire électrique Modules électroniques de connexion Ordinateur Possibilité de contrôle de la centrale hydraulique Acquisition Contrôle

III.18

Figure III.18 : Tableau virtuel de contrôle du banc d’essais.

Dans le document Impact d'une pollution des lubrifiants par de l'eau sur le fonctionnement des organes de guidage des machines tournantes (Page 82-88)