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"Perfectionnement aux appareils de mesure et de oontr8le électriques et magnétiques."
La présente Invention a pour objet des perfectionnements aux appareils électriques et magnétiques de mesure, basés sur les,phénomènes électromagnétiques ou éléctrodynamiques, dans lesquels un élément mobile. place dans un champ magnétique ou électrique de déplace sous l'influence des variations de ce champ$ ces déplacements servant ainsi à évaluer ce champ, ou le phénomène électrique qui le produit.
Dans les appareils de ce genre déjà connus :galvanomètre voltmètres ampèremètres, l'élément mobile est presque toujours monte tournant autour d'un axe. Quand il n'en est pas ainsi, l'appareil est de maniement délicate tel que les galvanomètres
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à suspension par fil.
La présente invention est relative à un mode de suspension de l'élément mobile d'un appareil du genre ci-dessus envisagé, qui permet aux déplacements de cet élément de s'effectuer avec de très faibles frottements, l'appareil ainsi réalisé étant ce- pendant d'une construction simple et d'un maniement peu délicat,
Le perfectionnement,objet de l'invention, consiste à im- merger l'élément mobile au sein d'un liquide, en faisant agir sur cet élément, en même temps que l'action du champ à mesurer, une ou plusieurs autres forces, de façon que, pour chaque va- leur du champ, cet élément mobile prenne une position d'équili- bre dont la coordonnée sur une échelle appropriée mesure ainsi la valeur du champ, ou du phénomène électrique dont il déooule.
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Un appareil conforme à l'invention peut être d'une grande sensibilité, car il est prévu de compenser le poids de l'élément mobile, en l'immergeant tout entier dans un liquide de même den- sité que la densité moyenne de cet élément mobile, A cet effet, l'élément mobile étant en général métallique (barreau aimanté, barreau(de fer doux, bobine de fil de cuivre) il est prévu de solidariser à cet élément mobile une matière de faible densité, et d'utiliser un liquide support de forte densité.
Au lieu de solidariser une matière de faible densité, on peut aussi utili- ser comme élément mobile un corps creux formé, ce corps creux étant lui-même susceptible de subir l'action du ohamp (tube fer- mé en fer doux) ou être constitué lui-même en matière inerte contenant un fer doux ou un aimant.
Il résulte de la compensation de poids que l'élément mo- bile dont l'équilibre dans ce liquide est indifférent, peut se déplacer sous l'action de très faibles forces; le champ à me- surer ou ses variations peuvent donc 8tre très petits.
Pour que l'équilibre soit indifférent quelle que soit la position de l'appareil, il est nécessaire que le centre de gra- vité de l'élément mobile dans le oas ci% celui-ci est hétérogène, coïncide avec le centre de gravité d'un corps homogène de même volume.
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Plusieurs moyens sont prévus pour oréer une force antago- niste agissant sur l'élément mobile, et destinée à équilibrer Inaction du champ à mesurer.
Tout d'abord, il est prévu de réaliser une compensation non rigoureuse, laissant subsister une aotion différentielle entre le poids de l'élément mobile et la poussée qu'il subit de la part du liquide qui l'entoure. Cette aotion différentiel- le qui peut être très petite, pourra équilibrer des champs très petits. Les'déplacements de l'élément mobile sont dans ce cas verticaux.
Il est aussi prévu de créer la force antagoniste en pro- duisant un ohamp auxiliaire distinct du ohamp à mesurer par tout moyen appropriét aimant permanent, éleotro aimant, solé- noide,
Enfin, l'élément mobile peut aussi être soumis à l'ac- tion élastique d'un ressort. Il est bien connu qu'un corps plongé dans un liquide subit une poussée égale au poids du li- quide déplacée or quand varie la température, la densité d'un liquide varie, donc aussi la poussée.
Des moyens sont donc prévus pour que les variations de température n'influent pas sur les résultats enregistrés par l'appareil. Ils consistent dans des mesures qui font que la poussée reste la môme quand la température varie.
Un premier moyen oonsiste à empêcher le liquide de se dilater sous l'influence de la température. A cet effet, le récipient qui le contient est prévu avec des parois à grande résistanoe mécanique, et il est rempli, à une température lé- gèrement inférieure à celles prévues pour l'utilisation de 1 appareil, ce remplissage étant complet, c'est-à-dire ne lais- sant subsister aucun espaoe contenant de l'air ou du vide.
Dans ces conditionsm le liquide ne peut se dilater, sa densité reste donc oonstante et aussi la poussée.
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Un second moyen consiste au contraire à laisser,, avant la fermeture du récipient, un espace plein d'air, ou même de vide, de façon à laisser le liquide se dilater librement, et à prévoir un élément mobile ayant un coefficient de dilatation moyen'égal à celui du liquide, c'est-à-dire dont la dilatation volumétrique pour une élévation quelconque de température soit la même que la dilatation volumétrique d'une quantité du li- quide ayant même volume que cet élément.
A cet effet il est prévu d'utiliser comme corps de fai- ble densité destiné à compenser le poids de l'élément mobile, une matière à gros coefficient de dilatation (cires paraffine) ou encore d'emplir le corps creux contenant l'aimant ou le bar- reau de fer doux, d'un liquide dilatable etc***$ de donner à ce corps une forme lui permettant d'augmenter facilement de volume: forme de tube à section ovale par exemple.
Il résulte bien des mesures ciidessus exposées que le poids du liquide déplacé reste constant, donc aussi la poussée.
Dans certains cas, il peut être nécessaire d'annuler 1' action du champ terrestre sur l'élément mobile, celui-ci est, dans ce cas, constitué par deux Aimants ou deux bobines soli- daires et coaxiaux, les sens nord-sud des aimants ou des bo- bines étant contraires.
Dans le cas d'utilisation comme élément mobile d'un bar- reau en fer doux, il est prévu d'envoyer avant chaque mesure, dans la bobine qui crée le champ, un courant de courte durée saturant magnétiquement le barreau de fer doux.
Les appareils de mesure conformes à l'invention compor- tent un élément mobile qui n'est soumis à aucune liaison mé- canique; ils ne présentent donc aucun mécanisme délicat et fra- gile et sont parfaitement robustes; de plus, dans le cas où l'action de la pesanteur est entièrement compensée, ils peu- vent fonctionner dans toutes les positions. Leur fonctionne- ment n'est pas troublé par des chocs ou mouvements quelconques.
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Ces qualités leur permettent d'être utilisés dune façon très courante et très large, dans des applications pratiques et Industrielles, Les liquides utilisés, de forte densité,, sont connus : une solution dans l'eau de sels d'indure de baryum et d'iodure de mercure, pouvant donner des densités de l'ordre de 3,5, par exemple. Mais il est aussi prévu d'utiliser également des liquides de densité ordinaire, par exemple des huiles et dutiliser des compensations partielles donnant un parfait a- mortissement du mouvement.
L'immersion des bobines dans un liquide permet d'utiliser sans danger des densités de courant et par conséquent des accé- lérations beaucoup plus fortes. Dans le cas de courant alterna- tif, on utilise une bobine fixe et une bobine mobile très lé- gère,, parcourues toutes les deux par le courant alternatif, la petite bobine se déplaçant axialement et concentriquement à la première.. @
Parmi les applications il est prévu de constituer un po- semétre par la disposition en série d'une cellule photosensi- ble, d'une pile et d'un tel appareil de mesure de courant; les déplacements de l'élément mobile qui sont fonction du courant qui traverse la cellule, le sont donc aussi de l'éclairement de celle-ci,; donc de l'éclairage ambiant.
Le mode de suspension dans un liquide spécifié précédem ment peut être utilisé pour compenser le poids de l'aiguille d'une boussoleo
Les appareils conformes à l'invention sont en général constitués par un tube ou %' l'élément mobile, de forme allongée, prend un mouvement longitudinal.
Certains sont à élément mobile entièrement libre, consti- tué par un barreau de fer doux ou un aimant linéaire; ce bar- reau peut être très léger, le courant à mesurer traverse alors un enroulement concentrique au tube.
D'autres sont à élément mobile constitué par une petite
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bobine, traversée par le/courant à mesurer, le tube rempli de liquide qui la contient étant placé dans le champ d'un aimant ou d'un électro-aimant de toutes dimensions voulues.
Les deux formes générales ci-dessus exposées sont utili- sables toutes deux, aussi bien pour réaliser des appareils de préoision que des appareils industriels*Dans certains cas, il est aussi prévu d'étendre le mode de suspension du liquide à des appareils où l'élément mobile peut prendre des mouvements de rotation, en particulier cet élément peut être un cadre me- bile où le courant est amené par des fils dont la torsion équi- libre l'action du ohamp.
Un tel appareil constitue une sorte de galvanomètre à cadre mobile, doué des qualités de robustesse et de facilité d'emploi oaraotérisant les appareils à suspension liquide.
Le déplacement de l'élément mobile qui n'a pas de lien mécanique avec l'extérieur peut être utilisé pour obturer va- riablement un faisceau lumineux réalisant ainsi un relais op- tique ou tout autre élément faisant varier une intensité lumi- neuse étranglant plus ou moins un faisceau lumineux.
En outre il est prévu d'utiliser ce déplacement pour commander un diaphragme.
La description qui va suivre ainsi que les dessins qui y sont joints, lesquels description et dessins sont surtout donnés à titre d'exemple, feront bien comprendre comment on peut réaliser l'invention.
La fig. 1 représente en coupe verticale, un appareil con forme à l'invention à bobine fixe et à aotion antagoniste ob- tenue par ohamp magnétique.
La fig. 2 est une variante de la fig. 1 où l'action an- tagoniste est la force élastique d'un ressort.
La fig. 3 est une coupe verticale d'un appareil à bobine mobile et aimant fixe.
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La fig. 3a est une coupe par A-A de la figo 3.
La fig. 4 est une variante de la figo 3.
Les fige 5, 6 et 7 représentent-des éléments mobiles à compensation de poids.
La figo 8 représente une variante de la fige 1 où la dial tation du liquide est empêchée.
Les fige 9, 10 et 11 sont des variantes de la fige 8.
La fige 12 est un schéma de montage de pose,-mètre photo- électriques
La fige 13 est une vue d'un pose-mètre photo-électrique,
La fig 14 est une variante de la fige 1.
Sur la fig. 1, 1 est un tube de verre, 2 un barreau de fer doux aimanté ou non$ 3 le bobinage où passe le courant à mesurer.
L'action du bobinage 3 sur le barreau est, de préférence, répulsive, de façon à ce que cet élément soit centré d'une façon stable dans l'axe du tube 1, La force antagoniste nécessaire pour équilibrer le barreau 2 est constituée par le ohamp créé par un bobinage auxiliaire 4 qui, dans le cas de la figure,doit avoir aussi une aotion répulsive sur le barreau 2; elle pourrait être obtenue aussi par Inaction d'un aimant tel que 5 qui, lui, doit avoir une force attractive.
Les déplacements du barreau 2 sont évalués sur une échelle 6 qui peut être graduée en ampères volts ou autres unités électriques suivant l'usage de l'appa- reil, Le liquide contenu dans le tube 1 peut, soit le remplir complètement, soit incomplètement. des mesures destinées à ávi- ter l'influence des variations de densité dues au, 'variations de la température étant prises dans les deux cas, qui seront exposées plus loin.
Si le barreau 2 est de même densité que le liquide, lap- pareil peut fonctionner dans toutes les positions.
Le bobinage 4 et l'aimant 5 peuvent être supprimés, le poids du barreau étant alors différent de la poussée et Inaction
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différentielle servant , équilibrer le ohamp produit par le bobinage 3. Pour soustraire le barreau 2 à l'action de la pe- sauteur, il est prévu de le constituer par deux aimants jux- tapesés, les p81es de nom contraires étant en regard. Cette action différentielle peut être variable si le barreau 2 é. merge du liquide, celui-ci ne remplissant pas complètement le tube 1.
Les actions dues au bobinage 3, à l'aimant 4-. à la pous- sée, constante ou variable, peuvent Etre naturellement conjoin- tement utilisées.
La répartition des spires du bobinage peut, au lieu d'é- tre régulière, suivre une loi de variation quelconque qui amène des changements voulus dans la graduation de l'échelle 6.
Dans le cas où le barreau 2 est de fer doux, il est prévu de faire passer dans le bobinage 2,avant chaque mesure, un cou- rant de saturation; à cet effet le circuit de ce bobinage com- porte un double interrupteur dont la manoeuvre provoque automa- tiquement avant le passage du courant à mesurer celui du cou- rant de saturation.
La fig. 2 est une variante de la fige 1 où le poids du barreau 2 est équilibré par un ressort. On a aussi figuré deux étoiles de centrage 8, nécessaires quand Inaction du bobinage 3 est attractive.
Il est prévu de réaliser des appareils conformes aux Fig.
1 et 2 tels que les tubes 2 et les barreaux 2 soient de très petits diamètres, de dimensions capillaires, par exemple, Le barreau 2 est dans ce cas de préférence une aiguille de fer doux.
La fig. 3 représente un appareil à bobine mobile ; la bo- bine 9 se déplace dans le tube annulaire 10 dans l'espace cen- tral duquel est logé un barreau aimanté 11. Le courant à mesu- rer est amené à la bobine 9 par deux fils souples 12 et-13 en hélice, et qui peuvent constituer clos ressorts pour l'équili- brage de la bobine 9.
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Facultativement, sont préus des barreaux de fer doux ou des ai. ments 14, disposés symétriquement comme l'indique la fige 3bis, leurs pales nord étant voisins du pale sud de l'aimant 11. La présence de ces barreaux entraine une meilleure répartition des lignes de force du ohamp de l'aimant 11.
Dans la fig. 4, variante de la fig. 3 les aimants 11 et 14 sont réunis à leur partie inférieure et constituent un seulaimant dont les p81es sont en haut, les déplacements de la bobine 9, toutes choses é- gales d'ailleurs (dimensions, courant à mesurer) sont doubles de ceux produits par l'appareil de la fig. 3.
Dans les appareils des fig.3 et 4 les fils en spirale 12 et 13 qui servent à amener le courant à la bobine 9 peuvent ou non, être des ressorts, dans le cas où ils ne le sont pas, on utilise laotien dif férentielle du poids et de la poussée, laissée différente de zéro pour équilibrer le ohamp à mesurer.
Un appareil du genre de ceux des fige 1 et 2 peut aussi être réa- lisé encremplaçant le barreau 2 par une bobine telle que 9. Les deux bobines 3 et 9 sont alors parcourues par le courant à mesurer. Cet ap- pareil peut être utilisé pour la mesure des oourants alternatifs, le courant changeant simultanément de sens dans les deux bobines.
Pour de tels courants alternatifs, on peut aussi utiliser comme élément mobile un barreau de fer doux, ou un anneau métallique, de cuivre par exemple,
Les dispositifs décrits sur les fig.1 à 4 de même que tout dispo- sitif comprenant une bobine mobile légère montée coaxialement sur un noyau en fer doux et se déplaçant ooaxialement le long de ce noyau dans un espace tubulaire parcouru radialement par un ohamp magnétique, qui est limité d'un coté (du coté intérieur) par ce noyau servant d'un des pôles, et de l'autre coté par des masses polaires en fer doux disposées le long du noyau d'une façon symétrique,
- tous ces dispositifs peu- vent être utilisés également sans suspension hydraulique et ceci en particulier en faisant passer dans la bobine en question des densités de courant élevées créant des forces comparables à la force de la pe- senteur. Le noyau et les masses polaires sont aimantés par 4 aimants permanents juxtaposés et disposés symétriquement aux extrémités des masses polaireso Dans une autre disposition, sur la fig,4 pour
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augmenter on rendre homögne le champ magnétique, le dispositif peut être symétriquement doublé. Il comportera par exemple dans ce cas une barre en fer doux 11 avec bobine concentrique 9 et quatre aimants disposés symétriquement et parallèlement, autour de cette barre. Une paire symétrique de ces aimanta est liée à une extrémité de la barre par ses deux pöles nord.
L'autre pai- re est liée à l'autre extrémité de la barre également par ses deux p81es nord, oe qui donne l'équivalent d'un champ constant sur la bobine.
La fige 5 représente un élément mobile à poids compensé; il se compose d'un tube 15 fermé, dans lequel est suspendu un barreau de fer doux 16 aimanté ou non, l'ensemble peut ainsi avoir une densité de toute valeur convenable,
Un tel élément mobile peut être prévu pour compenser la diminution de poussée du liquide, quand la température croît, il suffit de donner au tube 15 une seotion telle qu'il puisse facilement augmenter te volume, sans que le contour de cette section varie, une section ovale par exemple., et d'emplir ce tube de liquide très dilatable; les coefficients de dilatation c du liquide de suspension, et C du liquide contenu dans le tube 15 peuvent, à cet effet être judicieusement choisis.
Il suffit que leur rapport c soit égal au rapport du volute
C du liquide situé à l'intérieur de l'élément mobile, au volume total de l'élément mobile, ceci en supposant négligeables les dilatations des parties solides de l'élément mobile.
Le fer doux, au lieu d'être enfermé dans un tube, pour- rait affecter lui-même la forme tubulaire,.
La fig, 6 représente une autre forme d'un élément mobile à compensation de poids on le barreau de fer 17 est pourvu de prolongements 18, en matière de faible densité et de Préférence très dilatable telle que la oire ou la paraffine,* de façon à réaliser ainsi la compensation de la dilatation du. liquide de suspension.
La figé 7 est une autre forme, ou. le barreau 19,au lieu d'être prolongé comme 17 par une matière légère, est enrobé
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dans une telle matière 20: les fig. 8,9, 10 et II sont quatre variantes de la fig.
1 où les tubes de verre tels que 1 sont prévus pour résister à de hautes pressions intérieures, ces tubes étant complètement remplis de liquide de façon à empêcher la dilatation.
Sur la fig. 8, le tube est à parois épaisses dans la par- tie visible 21 et à parois plus minces dans la partie 22 située dans la bobine 3 de façon à conserver une courte distance entre le barreau 2 et la bobine, Celle-ci constitue frettage.
La fig. 9 est une variante où la partie 22 du tube 1 est métallique et raccordée par tous moyens appropries à la partie épaisse 21.
La fig. 10 est une autre variante où la .bobine 3 est pla- cée à l'intérieur du tube 1 ce qui a l'avantage de rapprocher la bobine 3 et l'élément mobile 2 au maximum.
La fig. Il est une autre variante, où la bobine 3 sert de frettage pour la partie 22 du tube, un autre frettage spé- oial 23 à pas suffisant pour ménager la visibilité, renforçant la partie 21 et étant au besoin collé au verre par un vernis approprié.
Les tubes des appareils qui viennent d'être décrits peu- vent être complètement remplis de liquide par tous moyens appro- priés; par exemple en terminant le remplissage par un tube fin de platine soudé au verre, tel que représenté en 24 sur la fig.
9 lequel tube 24 est fermé par écrasement.
La compensation totale du poids est obtenue en utilisant des liquides de forte densité, tels par exemple que des solu- tions d'iodure de baryum, ou d'iodure de mercure ou leur mélan- ge.
Les propriétés des appareils conformes à l'invention font qu'ils sont tout indiqués pour constituer des appareils d'usage courant. Les mouvements de l'élément mobile sont tout à fait amortis et la lecture peut être faite l'appareil étant en mou-
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vement ou dans n'importe quelle position ; de plus, la conpenum- tion du poids écarte la possibilité de force de frottement an départ .
Ces qualités et le fait que l'appareil peut être fabriqué robuste et bon marché permettent de l'utiliser pour constituer un posemètre photo-électrique.
Le schéma d'un tel dispositif est représenté fig. 12 et comprend, associés en sérte: un ampèremètre 25 conforme à l'in- vention, une oellule photo-sensible à variation de résistance 26, une pile 27 et un interrupteur 28.
L'ampèremètre 26 peut être gradué en temps de pose, l'in- tensité du courant étant fonction de la résistance de la cellu- le 26, elle-même fonction de l'éclairage ambiant.
La fig. 13 représente une réalisation de posemètre, tel que celui schématisé fig. 12, où l'ampèremètre 25 est identique à l'appareil de la fige I, la cellule photo-sensible est repré- sentée en 26, elle est du type cellule à sélénium à support im- prégné de bakélite solidifiée, donc très robuste, la pile 27 est un élément de 1,5 volt de pile de lampe de poche. L'inter- rupteur est représenté en 28. La graduation 29 est graduée en temps de pose.
Il est aussi prévu d'utiliser un interrupteur double tel que cité précédemment, afin de saturer le barreau 2 avant oha- que mesure.
La fig. 14 représente un posemètre analogue à celui de la fig, 13 où la suspension par liquide du barreau 2 est rem- placée par une suspension par un ressort 30; il n'y a donc plus de liquide dans le tube 1, les positions d'équilibre du barreau 2 résultent de l'équilibre de son poids, de l'action du ressort 30, et du champ de la bobine 3.
Bien entendu un posemètre pourrait aussi être réalisé en utilisant un appareil conforme aux fig. 3 ou 4, avec ou sans suspension liquide.
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Un posemètre, tel que ceux décrits étant de petites di- mensions et très robuste peut être fixé à un appareil photogra- phique. Les dimensions du tube 1 et de l'aiguille 2 peuvent être capillaires.
Il est prévu de réaliser une combinaison d'un tel pose- mètre avec le diaphragme d'un appareil photographique dont 1' ouverture sera ainsi, automatiquement réglée selon l'éclairage.
Dans ce oas, on utilise une boite plate à parois transpa- rentes pleine de liquide, à la périphérie de laquelle sont dis- posés des tubes, entourés de bpbines parcourues par le courant traversant la cellule, dans lesquels tubes se déplacent axiale- ment des éléments mobiles qui sont solidaires de plaques pro- filées convenablement constituant le diaphragme, qui se dépla- oent dans la boite et forment un orifice d'ouvertureadapté automatiquement à l'éolairement ambiant.
REVENDICATIONS
1 ) Un perfectionnement aux appareils de mesures, éleo- triques, électromagnétiques et électrodynamiques, comprenant deux organes susceptibles de prendre un mouvement relatif sous l'action des variations des champs qui leur sont liés, l'ampli- tude du déplacement résultant servant à mesurer un des champs et par suite l'action électrique qui lui donne naissance, oa- ractérisé en ce que l'un des organes, dit élément mobile de l'appareil de mesure, est immergé dans un liquide, et peut y prendre une série de positions d'équilibre sous l'action du champ à mesurer et de une ou plusieurs forces qui lui sont ap- pliquées, l'autre organe, dit élément fixe de l'appareil étant disposé près du récipient oontenant le liquide et l'élément mobile.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.