Accessoires Brookfield pour situations spécifiques

Le but de ce chapitre est de proposer un aperçu rapide de la gamme complète des viscosimètres Brookfield et de leurs accessoires, et de suggérer quelques méthodes dans lesquelles ces produits peuvent être utiles pour résoudre des problèmes spécifiques de mesure de viscosité.

Ces informations seront utiles aux personnes adhérant aux trois écoles de pensées concernant la mesure de viscosité. Ces équipements ont été regroupés en groupes fonctionnels de manière à vous permettre rapidement de localiser ceux ayant le plus d'intérêt pour vos applications.

• Types de viscosimètres
• Géométries de mesure
• Contrôle de la température
• Faible quantité de produit à mesurer
• Viscosité faible
• Hautes températures
• Taux de cisaillement contrôlé
• Mesure à taux de cisaillement élevé
• Produits pâteux semi-solides ne donnant pas lieu à écoulement
• Atmosphères dangereuses ou polluées
• Viscosité en ligne – Contrôle de process

Types de viscosimètres

Les viscosimètres Brookfield sont disponibles en différentes versions : analogiques, DVE, DV1M, DV2T ou DVnext

Sur les modèles analogiques la lecture est réalisée par la position de l'index de mesure sur le cadran en rotation. Les modèles digitaux se différencient par leur nombre de vitesses, la possibilité d'avoir une sonde de température, d'enregistrer les mesures, d'être connecté à une imprimante ou pilotés par ordinateur ...Dans la plupart des aspects, les viscosimètres analogiques et digitaux sont fonctionnellement semblables. Leurs procédures opératoires sont identiques. Ils sont disponibles dans les mêmes gammes de plage de viscosité, acceptent les mêmes types d'accessoires et sont considérés comme identiques (donc interchangeables) dans la plupart des spécifications indiquant des mesures de viscosité à l'aide d'un viscosimètre Brookfield.

Les modèles analogiques sont les plus économiques des viscosimètres Brookfield et sont utilisables dans la plupart des applications où les échantillons doivent être mesurés sur une période de temps courte ou lorsqu’un suivi en continu du comportement rhéologique du produit n'est pas utile. Ceci est dû au fait que lorsque le viscosimètre tourne en continu, les lectures ne peuvent être faites que par intermittence lorsque l'index de mesure passe devant la vitre de lecture ou lorsqu'il est nécessaire de bloquer l'index sur le cadran et d'arrêter le moteur pour effectuer une mesure.

Lorsque les mesures de viscosité nécessitent une attention continue de l'opérateur, les viscosimètres digitaux sont mieux adaptés grâce à la mesure en continu et à la sortie de donnée (traceur ou PC). Ils peuvent fonctionner seuls pendant de longues périodes, et les enregistreurs permettent d'obtenir des données très précises sur les comportements rhéologiques même les plus dynamiques.

De nombreux utilisateurs préfèrent l’affichage digital qui élimine les interpolations quelquefois inévitables lors de la lecture sur cadran. Cependant, la mesure sur viscosimètre digital ne peut pas être figée manuellement comme pour le modèle analogique. Les viscosimètres analogiques et digitaux offrent cependant la même précision et la même reproductibilité.  Il existe de nombreuses variations dans les gammes de viscosimètres Brookfield, telles que pouvoirs de torsion de ressort intermédiaires, modifications des gammes de vitesses, et certaines modifications physiques variées. Veuillez consulter Brookfield ou Labomat Essor pour de plus complètes informations.

Géométries des mobiles

Tous les viscosimètres Brookfield sont fournis avec un jeu de mobiles adapté à la plupart des applications dans la gamme de viscosité du modèle de l'appareil.

Il y a cependant des cas où des géométries bien définies de mobile sont nécessaires pour obtenir des résultats optimum. Brookfield a mis au point une large gamme de mobiles afin de pouvoir répondre à ces besoins. Les principaux sont décrits plus loin dans cette section.

Toutes les mobiles des viscosimètres Brookfield sont en acier inox série 300 afin d'éviter toute dégradation dans la plupart des applications.

Des mobiles téflonés sont disponibles pour des applications nécessitant une résistance optimale à la corrosion.

N’hésitez pas à nous contacter au sujet de vos applications inhabituelles.

Mobiles en forme de disque

Appelés mobiles standards LV (mobiles 2 et 3) et les mobiles standards RV/HA/HB (mobiles 1 à 6), ce sont les mobiles que l'on utilise classiquement pour la mesure de produit placé dans un récipient de 600 ml ou plus (rayon de 4 cm et plus).

Ces mobiles permettent de déterminer de manière précise et reproductible la viscosité apparente de la plupart des fluides. Les résultats obtenus peuvent être convertis en fonctions viscosimétriques grâce à une approche mathématique décrite dans le document technique Brookfield AR 82. Voir la section 2.1.7 pour plus d’informations concernant les géométries de mobile à taux de cisaillement bien définis.

Mobiles cylindriques

Les mobiles LV1, LV4 et RV/HA/HB7 disposent d'une géométrie définie permettant le calcul de la tension de cisaillement et du taux de cisaillement.

Pour tous les autres aspects, les conditions opératoires de ces mobiles sont identiques à des mobiles en forme de disque. Grâce au fait que leur géométrie facilite les analyses mathématiques, les mobiles cylindriques sont particulièrement adaptés à la mesure des fluides non newtoniens. Les équivalents "cylindriques" des mobiles en forme de disque LV3 et LV4 peuvent être fournis sur demande.

Cylindres coaxiaux

La géométrie « cylindres coaxiaux » est recommandée pour les applications nécessitant une définition très précise du taux et de la tension de cisaillement, particulièrement lorsque le volume d'échantillon est assez faible. Plusieurs accessoires Brookfield présentent ce type de géométrie. Ils ont chacun des avantages spécifiques pour des situations particulières.

Ces accessoires sont :

• l'adaptateur faible volume SSA (Small Sample Adapter)
• l'adaptateur faible viscosité ULA ( Ultra Low Adapter) 
• le système thermosel
• l’adaptateur DIN

Géométrie cône / plan

La géométrie cône / plan permet la mesure de la viscosité absolue à taux de cisaillement et tension de cisaillement bien définis. Le volume d'échantillon nécessaire est très faible et la mise en température de l'échantillon est facilitée. La géométrie cône / plan est particulièrement adaptée aux analyses rhéologiques avancées des fluides non newtoniens. Cette géométrie est accessible avec les viscosimètres cône / plan Wells Brookfield et les viscosimètres de la série CAP (voir section 2.1.8 pour plus d'informations).

Mobiles helipath

Ces mobiles en forme de T, généralement utilisés avec l'accessoire helipath avec lequel ils sont fournis en standard, rendent possibles les mesures de produits pâteux présentant un écoulement faible ou nul (pâtes, gels, crèmes, etc.).

Contrôle de la température

Afin d'obtenir une précision et une reproductibilité maximales pour les mesures de viscosité, le contrôle de la température est fortement recommandé. Les systèmes suivants sont disponibles chez Brookfield :

Bains thermostatés

Ils permettenent de thermostater un bécher ou d'être connectés aux accessoires SSA, ULA, cone/plan. Contacter Brookfield ou Labomat Essor pour plus d'informations. Viscosimètres

CAP 1000+/2000+

Ces viscosimètres disposent d’un plateau de régulation de température à effet Peltier intégré. Ils permettent une régulation très rapide de la température. La très faible quantité d’échantillons (moins d’1 ml) facilite la caractérisation viscosité/température des produits.

Petit volume d’échantillon

Le récipient normalisé pour la mesure de viscosité à l'aide de viscosimètres Brookfield est le bécher 600 ml taille basse. Les utilisateurs trouvent parfois préférable, voire nécessaire, de mesurer de plus faibles volumes de produit.

Plusieurs accessoires Brookfield sont disponibles :

Adaptateur faible volume SSA

Spécifiquement développé pour faciliter les mesures de faible volume de produit, cet accessoire a une géométrie coaxiale et dispose d'une chambre thermostatable. Il est compatible avec tous les viscosimètres Brookfield. En fonction de la taille du mobile et de la chambre, le volume requis varie de 2 à 16 ml. Il permet des mesures de viscosité de 5 cPs à 10.000.000 cPs à des taux de cisaillement allant de 0.066 à 93 s-1. La température de mesure maximale est de 100 °C.

Adaptateur faible viscosité (ULA)

Il a été conçu pour permettre des mesures de viscosité dans des gammes inférieures au minimum de viscosité applicable à chaque modèle de viscosimètre. Lorsqu'il est utilisé avec son capuchon de fermeture, la volume d'échantillon est de 16 ml. Pour plus d'informations, voir la section

Adaptateur DIN

Tout comme l’adaptateur ULA, il a été conçu pour les mesures de viscosité très faible. Il utilise des mobiles DIN pour mesurer dans des plages de viscosité allant de 1 cP à 50.000 cP. Il est en conformité avec la norme DIN 53019.

Système thermosel

Il permet des mesures de viscosité à des températures pouvant atteindre 300 °C. Il utilise une géométrie coaxiale nécessitant un volume d'échantillon de 8 à 13 ml en fonction du mobile utilisé.

Viscosimètres cône / plan

Quand le volume d'échantillon est extrêmement limité, il peut être nécessaire d'utiliser la géométrie cône / plan. Elle nécessite un volume de 0,5 à 2 ml en fonction du cône utilisé pour le viscosimètre Wells-Brookfield et moins de 1 ml pour les viscosimètres CAP.

Faible viscosité

Chaque viscosimètre Brookfield mesure une large gamme de viscosités. Cependant, il est parfois nécessaire de mesurer des viscosités inférieures à la gamme normale de l'appareil.

Plusieurs dispositifs Brookfield offrent cette possibilité :

Adaptateur faible viscosité ULA

Cet accessoire a été spécialement conçu pour obtenir une très bonne sensibilité pour les très faibles viscosités mesurées avec les viscosimètres de la série LV. Il peut cependant être utilisé avec les autres séries de viscosimètres, à l'exception des viscosimètres cône / plan. Lorsqu'il est monté sur un modèle LVF ou LVT, il couvre une plage de 1 à 10 cP à un taux de cisaillement de 73.4 s-1 à 60 RPM. Cet accessoire a été spécialement conçu pour obtenir une très bonne sensibilité pour les très faibles viscosités mesurées avec les viscosimètres de la série LV. Il peut cependant être utilisé avec les autres séries de viscosimètres, à l'exception des viscosimètres cône / plan. Lorsqu'il est monté sur un modèle LVF ou LVT, il couvre une plage de 1 à 10 cP à un taux de cisaillement de 73.4 s-1 à 60 RPM. Le système thermosel est spécialement conçu pour la mesure de viscosités de faibles quantités de Pour les autres modèles de viscosimètres, le minimum de viscosité mesurable avec l'adaptateur ULA est de : • 6,4 cP pour les RVT • 12,8 cP pour les HAT • 51,2 cP pour les HBT. L'adaptateur ULA présente une géométrie coaxiale. La chambre est fermée par un bouchon en polyéthylène amovible. Avec le bouchon en place, le volume utile est de 16 ml et il peut être plongé dans un bain thermostaté pour une régulation de température pouvant aller jusqu'à 100 °C. Si le bouchon est retiré, il peut être immergé dans un récipient de n'importe quel volume.

Adaptateur faible volume SSA

Avec certaines combinaisons mobile / chambre, le SSA permet des mesures de viscosité inférieure au minimum normal de la gamme de l'appareil. Consulter les tables données dans le catalogue général Brookfield pour plus de détails. 

Avec certains mobiles, le thermosel permet d'augmenter la sensibilité pour des mesures de faible viscosité. 

Viscosimètre cône / plan Wells-Brookfield

Le viscosimètre cône / plan permet de mesurer des viscosités aussi faibles que 0,1 cP. Voir la section 2.1.8 pour plus de détails sur cet instrument.

Haute température

La mesure de viscosité à des températures élevées peut être à la fois simple et compliquée, en fonction du type d'échantillon et de la température désirée. Quelquefois, il suffit simplement d'augmenter la distance entre le viscosimètre et l'échantillon en utilisant des extensions de mobile. Pour des applications plus difficiles, comme par exemple la mesure du verre en fusion, il est nécessaire d'utiliser des accessoires spécifiques ainsi que des broches fabriquées dans un métal résistant à des températures élevées . Entre ces deux extrêmes, il existe des accessoires qui permettent d'effectuer la plupart des mesures à températures élevées.

Le système themosel

Le thermosel permet la mesure de faible quantité de produit dans une gamme de température variant de 25 à 300 °C. Il est livré avec ses accessoires et peut s'adapter à toute la gamme des viscosimètres à l’exception des systèmes cône/plan. Utilisé avec un viscosimètre Brookfield, le système thermosel comprend un mobile en forme de cylindre, une petite chambre, un four électrique en forme de thermocontainer et un contrôleur à affichage digital équipé d’un capteur de température RTD.

 Le système thermosel nécessite l'utilisation de faibles volumes d'échantillons -entre 8 et 13 ml-, volume qui dépend directement du mobile et de la chambre utilisée. Il permet des mesures à taux de cisaillement défini dont la plage varie de 0.08 à 93 s-1.

Bains thermostatés

Les bains thermostatés sont utilisés pour les mesures de viscosité à température élevée. Cependant, la température est généralement limitée à 180°C. Pour plus d’informations,

Taux de cisaillement défini

Pour les applications où les mesures de viscosité doivent être exprimées en valeurs absolues, il est nécessaire d'utiliser une géométrie de mesure pour lesquelles les valeurs de tension et de taux de cisaillement peuvent être calculés. De telles conditions sont possibles dans les configurations Brookfield suivantes.

Consulter les sections correspondantes pour obtenir plus d’informations sur le sujet.

• Mobiles cylindriques
• Adaptateur UL
• Adaptateur DIN
• Adaptateur SSA
• Système thermosel
• Cône/plateau Wells Brookfield
• Viscosimètre CAP

Fort taux de cisaillement

Les viscosimètres Brookfield sont, par conception, des appareils pour mesurer à cisaillement relativement faible. Le maximum de cisaillement atteint avec les mobiles classiques ASTM est généralement inférieur à 100 s-1. Des gammes de cisaillement pouvant atteindre jusque 300 s-1 peuvent être obtenues avec les différents accessoires suivants : adaptateur ULA (section 2.1.5), adaptateur SSA (section 2.1.4), et accessoire Thermosel (section 2.1.6). Pour des taux de cisaillement supérieurs à 300 s-1, il est nécessaire d’utiliser les viscosimètres cône/plan Wells-Brookfield, les viscosimètres CAP ou les rhéomètres R/S, R/S-CPS et PVS.

Viscosimètres cône / plan Wells-Brookfield

Ils permettent de déterminer la viscosité absolue de petits volumes de produit (0,5 à 2 ml) à un cisaillement variant de 0,6 à 1500 s-1 en fonction du modèle de viscosimètre et du cône utilisé. Le plateau est thermostatable pour un excellent contrôle de la température. En fonction du modèle de viscosimètre et du cône utilisé, le cône/plan permet des mesures de viscosité de 0,5 à 7 864 000 cP. Aucun appareil ne permet de couvrir l'ensemble de cette gamme mais l'utilisation de plusieurs cônes permet d’en couvrir une large plage. Les cônes/plan sont disponibles en version analogique ou digitale. Le bain thermostaté est optionnel mais fortement recommandé. La géométrie cône/plan est uniquement disponible avec les viscosimètres cône/plan. Elle ne peut pas être fournie en tant qu'accessoire ou modification des autres modèles de viscosimètres Brookfield. Il est cependant possible d'utiliser les mobiles classiques avec les viscosimètres cône/plan. Il est alors nécessaire de se procurer une rallonge de crémaillère afin de faciliter les manipulations en dessous du viscosimètre.

Viscosimètres CAP

Les viscosimètres cône/plan Brookfield de la série CAP permettent des mesures à fort taux de cisaillement. Les appareils multi-vitesses sont optimisés pour les applications de R&D et de Contrôle Qualité dans les industries des peintures, revêtements, résines, encres, cosmétiques, pharmaceutique et alimentaire. Ces viscosimètres intègrent un plateau régulé en température et permettent des mesures de volume d’échantillon inférieur à 1 ml. Les séries CAP disposent d’un positionnement automatique du cône par rapport au plan, d’une automatisation de la procédure de calibration et existent en deux modèles : CAP1000+ et CAP2000+. Le CAP1000 est un viscosimètre mono-vitesse : 750 RPM à 50 Hz (900 RPM à 60 HZ). Le cisaillement appliqué est de 10000 s-1 (ou 2500 s-1 en fonction du cône) à 50Hz. Il est de 12000 s-1 (ou 3000 s-1 en fonction du cône) à 60 Hz. Les plages de viscosité couvertes varient de 0.25 Po à 100 Po, soit 0.025 Pa.s à 10 Pa.s en fonction du cône utilisé. Le CAP2000 est un appareil multi-vitesses, les vitesses varient de 50 RPM à 2000 RPM. Il permet de générer des taux de cisaillement allant de 166 s-1 à 26600 s-1 et couvre une plage de viscosité de 0.1 à 1500 Po (0.01 à 150 Pa.s). Les modèles CAP1000+ et CAP2000+ ont la même reproductibilité de +- 2 %. Les plages de température possibles sont 5 °C à 75 °C ou 50 °C à 200 °C. Ils sont conformes aux normes BS3900, ISO 2884 et ASTM D-4287. 2.1.9

Matériaux semi-pâteux

Les matériaux qui ne coulent pas ou qui s'écoulent lentement tels que les pâtes, les crèmes et les gels, présentent des difficultés spéciales pour les mesures de viscosité. Les mobiles traditionnels en rotation ont tendance à "faire leur trou" dans le produit ce qui entraîne une diminution progressive de la valeur de viscosité. Le système helipath est un accessoire éliminant ce problème.

Système Helipath

Le système helipath est un support motorisé sur lequel n'importe quel viscosimètre Brookfield peut être positionné.

Ce support lève et baisse lentement le viscosimètre à une vitesse approximative de 20 mm/min. Un mobile spécial en forme de T est mis lentement en rotation. La croix du mobile pénètre alors toujours du produit frais puisqu'elle décrit un chemin hélicoïdal dans le produit. L'effet de "trou" provoqué par les mobiles classiques est alors totalement supprimé, ce qui permet une mesure significative de la consistance du produit. Un jeu de 6 aiguilles en forme de T ainsi que le système de fixation sont fournis en standard avec le système helipath.

Adaptateur à spirale SAA

Cet accessoire est du type pompe. Il mesure directement la viscosité des, pâtes à braser, crèmes, dans les secteurs électroniques, alimentaires, cosmétiques et pharmaceutiques. L’adaptateur à spirale est constitué d’un mobile en forme de spirale en rotation au centre d’un cylindre concentrique. Cette configuration entraîne un pompage en continu du produit à travers l’adaptateur. Le produit atteint de cette manière un niveau d’écoulement stabilisé qui permet une mesure stable de viscosité.

Accessoires spéciaux

Accessoire Quick Connect

Il a été conçu pour faciliter le positionnement et l’enlèvement des mobiles sur les viscosimètres et rhéomètres Brookfield. Il permet un gain de temps et évite à l’opérateur d’encrasser et d’endommager l’axe du viscosimètre.L’accessoire Quick Connect est fabriqué en acier inoxydable et peut être utilisé avec les mobiles classiques LV/RV/HA/HB ainsi qu’avec les mobiles en T des systèmes hélipath.

Extensions de mobiles

Elles sont utilisables dans les applications utilisant les mobiles classiques et lorsqu'il est nécessaire d'augmenter la distance entre le produit et le viscosimètre (jusqu'à 180 cm maximum). Les extensions de type D peuvent être utilisées lorsque la profondeur d'immersion est visible. Lorsqu'elle n'est pas observable, il est nécessaire d'utiliser les extensions de type S.