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wiki:projets:are2017:viscosimetre

Différences

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wiki:projets:are2017:viscosimetre [2017/04/14 18:18]
boucha [MESURER LA VISCOSITE] 		wiki:projets:are2017:viscosimetre [2017/04/17 16:56] (Version actuelle)
lamounada
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 ======VISCOSIMETRE====== ======VISCOSIMETRE======
  
-Bonjour tout le monde, dans le cadre de notre projet ARE FABLAB, nous avons choisi de fabriquer un viscosimètre . Tout au long du semestre, nous tenterons de partager avec vous toutes les étapes qui nous ont permis d’aboutir à notre projet. Mais comment ça marche ce truc? +Bonjour tout le monde, dans le cadre de notre projet ARE FABLAB, nous avons choisi de fabriquer un viscosimètre. Tout au long du semestre, nous tenterons de partager avec vous toutes les étapes qui nous ont permis d’aboutir à notre projet. 
  
 ===LES PARTICIPANTS==== ===LES PARTICIPANTS====
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   *Catherine Pasek (Modélisation et assemblage)   *Catherine Pasek (Modélisation et assemblage)
  
-====MESURER LA VISCOSITE====+[[:wiki:projets:are2017:viscosimètre:documentation|Descriptif]]
  
 +[[:wiki:projets:are2017:viscosimètre:carnet|Carnet de bord]]
  
-{{:wiki:projets:are2017:viscosimetre-rotation-pce-rvi-2.jpg?200|}}+[[:wiki:projets:are2017:viscosimètre:test_effectues|Tests effectués]]
  
-En mécanique des fluides ou en chimie, nous avons souvent besoin de savoir si l'écoulement d'un fluide sera rapide ou lent. Nous employons les expressions épais ou peu épais pour parler de la viscosité. Celles-ci ne sont toutefois pas suffisamment précises. Nous avons plutôt besoin de mesures quantitatives. +[[:wiki:projets:are2017:viscosimètre:prob|Problèmes rencontrés]]
  
-L'instrument qui sert à mesurer la viscosité des fluides est un viscosimètre. +[[:wiki:projets:are2017:viscosimètre:archives|Archives (programmes)]]
- +
-Sur un des viscosimètres possibles, la tige vibrante ( qui va tourner sur elle même ) qui est animée par une alimentation électrique constante est la partie active du viscosimètre. En fonction de la viscosité d'un fluide, l'amplitude de la vibration de la tige immergée dans notre fluide va varier. +
- +
-Nous nous concentrerons sur les fluides incompressibles, c'est-à-dire les liquides ( en effet les gaz sont aussi des fluides ! ) +
-________________________________________ +
- +
-Il n'existe cependant pas qu'un seul type de viscosimètre mais bien une dizaine, donc il va falloir comprendre d'abord globalement les différents systèmes pour pourvoir nous fixer sur une idée qui semblerait faisable dans notre Fablab.  +
- +
-Voici la multitude de noms que l'on donne aux différents viscosimètres déjà imaginés :  +
- +
-  *Le viscosimètre Industriel Vibrant +
-  *Le viscosimètre à Rotation +
-     *-Le viscosimètre Brookfield +
-     *-Le viscosimètre Couette +
-  *-Le Viscosimètre à tube capillaire +
-  *-Le viscosimètre d'Ostwald +
-  *-Le Viscosimètre Stabinger +
-  *Le Viscosimètre Mooney +
-  *Le Viscosimètre à chute de bille +
- +
- +
-Parmi les nombreux modèles de viscosimètre existants, deux ont retenus notre intention : les viscosimètre de Brookfield et le viscosimètre de Couette qui sont tout les deux des viscosimètres rotatifs. Dans le premier cas, le fluide est mis en mouvement avec des sortes de pales et la vitesse du fluide est mesurée par un ressort placé au centre du fluide. Le second modèle est constitué de deux cylindres coaxiaux l'un est mis en rotation avec la vitesse angulaire ω. L'autre est entraîné par les forces de viscosité. L'espace entre les deux cylindres devra être suffisamment faible et rempli du fluide dont on veut mesurer la viscosité.  +
- +
-Le viscosimètre à aimant (viscosimètre vibrant : un aimant fait vibrer une tige en métal plongé dans le fluide et mesure la résistance à la vibration du fluide) +
- +
- +
-{{:wiki:projets:are2017:16735476_1566585366704266_1695148543_o_1_.jpg?200|}} +
- +
- +
-====HISTORIQUE==== +
- +
- +
-Avant d’entamer notre projet , nous avons eu deux séances d’initiation à Arduino , Openscad et Inkscape( modélisation 2D et 3D) qui nous seront très utiles pour la conception de notre viscosimètre. +
- +
-{{:wiki:projets:are2017:openscad-logo.png?200|}} +
-{{:wiki:projets:are2017:arduino_official_logo_.png?200|}} +
- +
-===Semaine du 13 Février=== +
- +
- +
-Au début de la séance, nous nous sommes concerté pour choisir quelle modèle de viscosimètre nous allons construire. Nous avons retenu le modèle de Couette qui s'avère être moins compliqué à réaliser sur le plan technique. +
-Nous effectuerons des recherches sur les différentes parties du viscosimètre (programmation , moteur , tête de mesure , boitier, dispositif) et aurons notre première séance d´application au Fablab. Par la suite , nous allons nous organiser afin de nous voir deux ou trois fois par semaine afin de faire le point sur nos recherches et commencer a fabriquer notre viscosimètre . +
- +
-===Semaine du 20 Février=== +
- +
- +
-Nous ferons la liste du matériel nécessaire et passerons les commandes nécessaires . Tout comme nous essaierons             d´approfondir nos recherches sur la conception de notre projet . +
- +
-===Troisième semaine=== +
- +
- +
-Modélisation,Fabrication..... +
- +
-Différentes formules physiques a appliquer reliant la vitesse de rotation,le taux et la force de cisaillement a la viscosité dynamique. +
-Fonctionnement du moteur grace a Arduino (PWM , tension constante) +
-Inventaire du materiel non disponible au FABLAB dont nous aurons besoin. +
- +
-===DIAGRAMME DE GANNT=== +
- +
-{{ :wiki:projets:are2017:capture_d_e_cran_2017-03-14_a_10.01.42.png?nolink |}} +
- +
- +
-[[:wiki:projets:are2017:viscosimètre:Matériel|Matériel nécessaire ]] +
- +
- +
-===Les machines auxquelles nous avons accès au FABLAB=== +
- +
-  +
-Une imprimante 3D +
-  +
-{{:wiki:projets:are2017:zortrax-m200.jpeg?200|}} +
- +
-Un découpe-laser +
- +
-{{:wiki:projets:are2017:csm_speedy360-jobcontrolvision_afeba00cd8.jpg?200|}} +
- +
-===JOURNAL DE BORD=== +
- +
- +
-Ici nous ferons part de notre progression semaine après semaine afin que vous puissiez être au courant de tout ce qui a pu être fais, où ce que l'on aimerais faire. +
- +
-**14 février**  +
- +
-- Nous avons choisi de construire le viscosimètre de Brookfield afin de mesurer la viscosité de fluides incompressibles.  +
- +
-- Nous pensons fabriquer notre appareil à l'aide d'un petit moteur. La variation de courant lorsque on oppose des forces de frottements (ou de viscosité plus particulièrement) nous donnera une première information sur la viscosité (après étalonnage). Si cela fonctionne comme nous l'espérons, nous chercherons à améliorer l'instrument, sinon il nous faudra explorer d'autres pistes. +
-{{:wiki:projets:are2017:17200462_1592837604079042_484169419_o.jpg?direct&200|}} +
-{{:wiki:projets:are2017:17200493_1592839844078818_1601095229_o.jpg?direct&200|}} +
- +
- +
- +
-**21 Fevrier** +
- +
-Apres avoir discuté avec nos professeurs nous avons convenu de nous intéresser au viscosimètre de Couette . Nous devons d'abord effectuer une table d'ordre de grandeurs de viscosité de différents fluides de la vie de tous les jours sur lesquels nous ferons nos premiers tests .  +
-Nous sommes revenus l'après-midi et avons longuement discuté avec le staff du fablab qui nous ont donné plusieurs idées sur la conception de la partie mécanique de notre viscosimètre(cylindres et capteurs) ainsi que le fonctionnement du circuit arduino en utilisant le PMW qui nous permettra de garder une tension constante. +
-Une idée nous a été proposée : faire tourner un disque à plusieurs fentes le long d'une tige reliée au moteur. La présence d'une fourche optique nous permettra de calculer la vitesse angulaire du disque. +
-Notre prochaine mission consistera à modéliser un adaptateur  qui nous permettra de relier notre moteur à la tige puis un disque nous permettant de connaître la vitesse anguaire pour nottre visosimètre. +
- +
-**23 Février** +
- +
-- Nous avons réalisé et fabriqué les premiers prototypes de l'adaptateur qui reliera notre moteur avec notre tige. +
-Modélisé sur Openscad, les premières dimensions ne correspondaient pas exactement.Nous l'avons donc modélisée plusieurs fois (2 fois). De plus, pour obtenir un système rigide, nous imprimerons mardi 28/02/17 un adaptateur plus épais (un rayon plus grand). +
- +
-- Nous avons ensuite modélisé notre disque avec 4 fentes d'une distance de π/2. Système {moteur,tige,disque}. +
- +
-{{:wiki:projets:are2017:17270515_2268114043412725_51481971_n.png?direct&200|}}{{ :wiki:projets:are2017:17274869_2268113903412739_1075819730_n.png?direct&200 |}} +
- +
-**28 Février** +
- +
-- Aujourd'hui nous avons avancé notre projet à travers des recherches d'information sur différents sites internet. En effet, il peut être intéressant de voir le travail d'autres personnes sur les viscosimètres, notamment grâce au DIY (do it yourself). De plus, nous avons également pensé que se pencher sur les formules de physique faisant intervenir différentes grandeur pourrait nous fournir des informations sur la façon dont nous pourrions agencer notre matériel. +
-D'autre part, nous avons commencé la réalisation d'un programme Arduino pour mesurer la fréquence du signal reçu par la fourche optique. +
- +
-*Premières expériences :*  +
-Notre système arrive à tourner !!! Cependant, on remarque que le système est très instable (à cause des mouvements de rotation du moteur). \\ +
- +
-{{:wiki:projets:are2017:16990917_1581215435241259_360213899_o.jpg?200|}} +
- +
-*Possibles Améliorations :*   +
-- Utiliser une roue dentée au lieu d'un disque.\\  +
-- Utiliser un adaptateur cubique au lieu d'un cylindre.\\  +
-Donc, notre prochaine mission consistera à fabriquer les pièces définitives de notre système, à déterminer la longueur de notre tige (pour la couper) et enfin à fixer le moteur pour éviter toute instabilité ! +
- +
- +
-**1er Mars** +
- +
-Aujourd'hui nous faisons des tests avec la fourche optique qui nous permettra de détecter la fréquence de notre protocole qui tourne, cependant nous rencontrons un problème sur arduino par rapport aux fréquences affichées.L fourche optique n'a pas l'air de marcher car la fréquence que nous lisons est toujours la meme . +
-Solutions plausibles : Revoir le programme, vérifier si la fourche optique seule est suffisante... +
-Effectivement la fourche optique a elle seule ne suffisait pas , il nous faut un capteur adapté .  +
- +
-[[http://fr.rs-online.com/web/p/capteurs-optiques-a-fourche/2192533/|La fourche optique que nous avons utilisée]] +
- +
-De plus, une nouvelle page à l'adresse de l'équipe est disponible (sa modification est encouragée !) +
- +
-**6 Mars** +
- +
-Aujourd'hui nous sommes passes par équipe devant les autres groupes et nos professeurs afin de parler de l'avancé de notre projet et nos problèmes avec les autres .  +
-Le reste de la semaine , nous allons commander notre capteur pour la fourche optique et essayer d'améliorer notre wiki . +
-(Photos a rajouter) +
- +
-**10 Mars** +
- +
-Apres une réunion de groupe sur ou nous en sommes nous avons conclu de : +
- +
-  *(Mettre un schéma des deux viscosimètres envisagés par les membres de l'équipe (différence au niveau du cylindre immobile et mobile)) +
-  *Rajouter un support pour notre protocole qui sera modélisé et de couper la tige qui fera tourner nos deux cylindres au niveau du noeud qui la rend instable lorsque le moteur est déclenché +
-  *Trouver un moyen de fixer les cylindres et les souder +
-  *Mettre a jour les programmes sur Arduino (Fourche optique , moteur PWM ) +
-  *Utiliserons nous un écran LCD ? Comment calculer ce fameux coefficient de viscosité  +
-  *Connaitre tout le matériel dont nous aurons besoin avant de passer une commande générale ou de se rendre directement en boutique pour acheter tout ce qu'il nous faut. +
- +
-{{ :wiki:projets:are2017:17357513_1601848533177949_656927956_o.jpg?direct&200 |}} +
- +
-**14 Mars** +
- +
-Aujourd'hui , nous nous sommes répartis les taches pour avancer dans notre projet . Certains ont continue le travail sur la programmation tandis que d'autres s'occupaient du wiki et de modéliser un nouveau protocole . En effet , nous avons besoin d'un support pour maintenir notre moteur-tige sous forme de potence que nous avons modélisé en 2D puis découpé a la découpe-laser ainsi qu'un petit disque en 3d que nous allons coller au cylindre relié au bout de la tige . +
-Mettre photo des objets modélisés, +
-Nous comptons également nous rendre dans un magasin d'électronique pour voir ce dont nous aurons besoin pour finaliser notre montage . +
-{{ :wiki:projets:are2017:17357590_1601848556511280_277268619_o.jpg?direct&200 |}} +
- +
-**21 Mars** +
- +
-Aujourd'hui, notre objectif était de concevoir le support du viscosimètre. Pour cela, nous avons fabriqué avec le découpe laser, 2 planches en forme U (6mm d'épaisseur) qu'il faut relier entre elles (pour rendre le système plus rigide). Nous avons donc conçu, à l'aide du logiciel Inkscape, 6 trous préliminaires (pour des vis M4x20) pour les coller, et 4 trous (M3x20) prévu pour fixer le moteur à la verticale. +
- +
-{{:wiki:projets:are2017:modele_support.png?200|}} +
- +
-{{:wiki:projets:are2017:dsc_0367.jpg?200|}} +
- +
-Ce support doit aussi pouvoir porter le matériel tel que l'arduino avec la fourche optique. Il nous reste donc à créer un clipsage au niveau du disque pour porter le matériel, mais aussi au niveau des pieds du support pour le maintenir fixe. +
- +
-{{:wiki:projets:are2017:schema_support.jpg?200|}} +
- +
-Pour cela, il va falloir connaître la hauteur où se positionnera le disque et la fourche optique du viscosimètre. +
- +
-**24 Mars** +
- +
-Aujourd'hui nous essayons de terminer notre support qui prend forme petit a petit (nous ne pouvons pas encore mettre de photo car nous n'avons pas encore assemblé le tout). Le clipsage a été découpé a la découpe laser mais nous n´avons pas pu terminer l´assemblage de notre support car la découpe laser rencontrait de gros problèmes , nous avons du refaire le support trois fois. +
- +
-{{:wiki:projets:are2017:17495838_1612176315478504_1046573204_n.jpg?direct&200|}} +
- +
-Nous avons aussi enfin en notre position un petit objet que nous pensions être un capteur pour la fourche optique ( acheté dans une boutique d'électronique) , cependant nous rencontrons un problème quant au code affiché sur Arduino . Nous pensons donc soit modifier notre programme pour que ça puisse marcher ou bien essayer d'en acheter un autre via internet ( chose que nous n'avons pas faite avant vu le prix de la livraison.) +
- +
-{{:wiki:projets:are2017:17506445_1612176342145168_338148235_n.jpg?direct&200|}} +
- +
-Les cylindres utilisés(tuyaux PVC de 3cm et 4cm de diamètre) ont été rediscutés . En effet le fait d'avoir une différence assez petite entre les deux cylindres nous permettrait d’être plus précis dans nos calculs , mais dans ce cas là un problème se présente : Comment éviter que notre cylindre intérieur en rotation touche le cylindre immobile qui l'entoure ? (en effet , suite aux vibration du moteur la tige qui fait tourner notre cylindre dévie lors de la rotation et ne tourne donc pas parfaitement , la seule solution serait de trouver une manière de régler ce problème ce qui est techniquement compliqué) +
-Nous pensons donc encore une fois changer la taille du cylindre extérieur (pour la troisième fois) afin d'obtenir une différence d'au moins 1cm et laisser ainsi assez d'espace au cylindre intérieur pour tourner .(Dans ce cas là , le fait que ce dernier ne touche pas le cylindre extérieur reste quand même à vérifier ) +
- +
-{{:wiki:projets:are2017:17499604_1612176285478507_759644742_o.jpg?direct&200|}} +
- +
-Après avoir pensé au début , à les modéliser sur openscad(en choisissant bien la même matière pour les deux cylindres afin de pouvoir négliger le coefficient de frottement), nous avons finalement choisi de racheter des tuyaux PVC(de 7 cm de diamètre) (à acheter ce week-end chez leroy merlin avec de la colle PVC pour également boucher les extrémités de nos cylindres) +
-Une petite mise au point a été faite quant au formules que nous utiliserons et que nous essaierons d'intégrer dans notre programme arduino afin d'obtenir directement la viscosité . +
-En effet , avant de pouvoir mesurer cette fameuse viscosité , nous devons d'abord obtenir la vitesse de rotation(grâce à la fourche optique) mais aussi le couple appliqué sur les parois de notre cylindre ! Nous devons donc mesurer la vitesse individuellement , puis le couple , puis enfin la viscosité . +
-Pour ce faire nous utilisons la formule suivante: +
- +
-Loi de Newton: +
-                                                     ζ=F/S=η * dv/dz +
- +
-avec ζ: la contrainte de cisaillement +
-  **F: Force appliquée sur le +
-  **S: Surface +
-  **η:Coefficient de viscosité +
-  **dv/dz : gradient de vitesse +
- +
-Par analogie avec notre cylindre : +
- +
-  **dv/dz:Ω*R1/R1-R2 +
-  **Ω: la vitesse de rotation +
-  **R1: rayon du cylindre intérieur +
-  **R2: rayon du cylindre extérieur +
- +
-On obtient donc : ** ζ=F/S=η*Ω*R1/(R1-R2) ** +
- +
-Avec ** P=U*I(imposée grâce au moteur) et P=C*ω ** +
-//avec C : le couple et ω : la vitesse angulaire// +
- +
-(à partir de la puissance nous obtenons donc le couple) +
- +
-(explications a  compléter avec un schéma et les formules réexpliquées sur papier qui sera scanné avant mardi) +
- +
-{{ :wiki:projets:are2017:17572026_1615779988451470_1159321092_o.jpg?linkonly |Schema explicatif}} +
- +
-**27 Mars** +
- +
-Finalement , nous sommes revenus sur les cylindres modélisés (malgré que le projet touche bientôt a sa fin ) car nous n'avons pas pu trouver le bon diamètre dans les rayons d'un magasin....Nous avons pu en imprimer un . +
-Cette semaine , la partie programmation doit être terminée et nous devons faire marcher la fourche optique .Nous espérons faire notre premier test dans la semaine (au plus tard Vendredi) et ainsi étalonner des fluides dont la viscosité est connue (glycérine mis a notre disposition) +
- +
-**28 Mars** +
- +
-Aujourd'hui nous avançons les recherches sur le signal PWM ( signal à modulation de largeur d'impulsion) pour pouvoir faire tourner le moteur en courant continu comme on le souhaite. Réexpliquons rapidement pourquoi utiliser le PWM : on se sert de PWM sur les moteurs pour surtout faire varier leur vitesse de rotation sans passer par la variation de tension à leur bornes: on alimente toujours le moteur sous sa tension maximal, et en faisans varier la largeur de la commande (rapport cyclique) on obtient la variation de vitesse. Plusieurs avantages à cela: variateur de vitesse très compacte, intégration dans un système numérique sans passer par de l'analogique (tension de commande), pas ou très peu de dissipation thermique dans la phase de variation, couple moteur plus élevé aux bas régime, résistance de sortie des variateurs faibles. +
- +
-En fait, nous aurions pu utiliser une manière plus simple pour modifier la vitesse de rotation du moteur : le potentiomètre , mais nous aurions eu une baisse du couple, de la puissance, du rendement. +
- +
-Le signal PWM consiste en fait à alimenter le moteur avec une tension en créneaux. La tension moyenne dépend alors du rapport cyclique To/T. La vitesse varie en fonction de cette tension moyenne. Pour ce faire, nous utiliserons notre microcontrôleur Arduino car il possède un port PWM.  +
- +
- +
-**31 Mars** +
- +
-Aujourd'hui, nous avons finalisé l'assemblage de notre viscosimètre (supports, moteurs, pieds...). +
- +
-{{:wiki:projets:are2017:montage_presque_final.jpg?200|}} +
- +
-Nous aurions pu le terminer plus tôt mais nous avions rencontrés des problèmes avec les machines du Fablab. +
-En effet, les trous du support et leur positions étaient mal formés par la découpe laser. cela était en fait dû au laser qui repassait sur les extrémités du support (prédécoupé) mais aussi à un dysfonctionnement du laser à cause d'une surcharge d'information du fichier. +
- +
-{{:wiki:projets:are2017:trous_mal_formes.jpg?200|}}  +
- +
-Il y a aussi eu un problème lors de l'impression 3D de nos 2 cylindres. Cette fois-ci le problème provenait d'un mauvaise vérification des paramètres avant l'impression. +
- +
-{{:wiki:projets:are2017:pb_impression.jpg?200|}} +
- +
-Maintenant que tous ces problèmes ont été résolus, nous avons testé notre moteur fixé en suspension sur le support. +
-Comme on peut le constater, la tige n'est aucunement stable et nous ne pouvons pas faire d'essai avec la glycérine pour le moment. +
-Pour répondre à ce contre-temps, nous avons :  +
-  *remplacé notre adaptateur (moteur) par un adaptateur en métal et amovible par des vis. +
-  *coupé notre tige au niveau des nœuds qu'elle présentait lors de l'essai. +
-  *percé un trou (diamètre supérieur à celle de la tige) pour la tige, sur une planche que nous collerons contre le support. Cela évitera toute instabilité. +
- +
-{{:wiki:projets:are2017:stabilisateur.jpg?200|}}{{:wiki:projets:are2017:stabilisateur_essai.jpg?200|}} +
- +
-Pour éviter tout frottement avec la tige filetée et le bois, nous avons insérer une perle tube lisse en métal dans la tige (que l'on collera au niveau du trou de la planche). +
- +
- +
-[[:wiki:projets:are2017:viscosimètre:test_effectues|Tests effectués]]+
  
 [[:wiki:projets:are2017:viscosimètre:Bibliographie|Bibliographie]] [[:wiki:projets:are2017:viscosimètre:Bibliographie|Bibliographie]]
  
-[[:wiki:projets:are2017:viscosimètre:archives|Archives (programmes)]] 
- 
-[[:wiki:projets:are2017:viscosimètre:prob|Problèmes rencontrés]] 
  
wiki/projets/are2017/viscosimetre.1492193922.txt.gz · Dernière modification: 2017/04/14 18:18 de boucha

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