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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION Perfectionnements aux systèmes de télémesure.
On sait transmettre à distance les indications de compteurs ou d'appareils de mesure par divers procédés, tels que ceux à nombre d'impulsions, ou à durée d'impulsions, ou à fréquence variable.
La présente invention a pour objet des perfection- nements à un système de télémesure de ce dernier type dans lequel la quantité à mesurer agit sur une source auxiliaire de courant alternatif et fait varier la fréquence de ce cou- rant entre deux limites fl et f2 qui, par exemple, correspon- dent à ses propres limites de variations Ll et L2. En défini-
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tive, la fréquence actuelle f du courant engendré par la source auxiliaire est liée à la valeur actuelle # de la quantité à mesurer, par une relation de la forme f/f2 - F1 = # {## # ## }. Comme cas particulier intéressant, la fonction # peut être linéaire. On réalise alors une rela- tion proportionnelle ## # ## = K ## # ##, où K est une cons- f2 - fl L2 - Ll tante.
Le récepteur est alors constitué par un fréquence- mètre sensible à toute fréquence comprise dans l'intervalle fl - f2 et peut avantageusement être gradué en unités de la grandeur à transmettre et dont l'échelle s'étend au moins de Ll à L2.
Les présents perfectionnements, objets de l'invention, s'appliquent au cas où la bande de fréquences utilisées, cor- respondant à la grandeur à transmettre, appartient au domaine des fréquences relativement basses, par exemple de 25 à 300 pé- riodes par seconde, mais n'est pas limitée à ce cas. Il est en outre évident que le fréquencemètre récepteur doit être spé- cialement sensible à toute fréquence comprise dans le domaine utilisé fl - f2.
Ces perfectionnements s'appliquent encore au cas où le courant à fréquence variable produit par la source auxi- liaire n'est pas directement transmis, mais sert à moduler une onde porteuse à haute ou à très'haute fréquence, superposée ou non sur une ligne électrique de nature quelconque. Le fréquen- cemètre récepteur est alors alimenté après amplification éven- tuelle et détection du courant de modulation.
Ils s'appliquent enfin à la transmission simultanée de plusieurs quantités de nature ou de grandeur analogues ou différentes, soit en affectant la même bande de fréquences fl - f2 à chacune de ces quantités, soit en affectant une ban- @
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de particulière, telle que f1-f2, f'1-f'2, f"1-f"2, etc., empiétant plus ou moins sur les bandes affectées aux autres quantités, appartenant ou non au même domaine, mais possédant ses limites propres.
Suivant l'invention, le fréquencemètre récepteur est essentiellement constitué par un petit moteur synchrone, de préférence auto-démarreur,, monophasé, par exemple du genre de ceux couramment utilisés dans l'horlogerie électrique sur les réseaux de distribution à fréquence réglée. Bien entendu, ce moteur conserve un fonctionnement correct dans toute l'é- tendue de la bande de fréquences qu'il doit recevoir; à titre d'exemple, cette bande peut s'étendre soit de 25 à 75, de
40 à 120 ou de 50 à 150 périodes par seconde, le rapport de 1 à 3 entre ses limites étant choisi uniquement pour fixer les idées.
La vitesse de rotation du moteur est mesurée au poste récepteur par un quelconque moyen connu, tachymétrique, stroboscopique, etc. Cette vitesse est proportionnelle à la fréquence reçue, et celle-ci à son tour est liée, par une loi proportionnelle ou non, à la quantité à mesurer.
Il est essentiel d'observer qu'en général les quan- tités à mesurer (courant, tension, puissance, etc) varient de zéro à . des maxima positif, négatif, ou alternativement posi- tif et négatif, peu importe, au contraire la bande de fréquen ces affectée à cette grandeur s'étend entre deux fréquences f et f2 différentes de zéro. Soit par exemple fl < f2.
L'inven- tion prévoit que la limite inférieure fl de la bande fl-f2 de fréquences utilisées à la transmission est fournie par une source locale quelconque, moteur synchrone branché sur le ré- seau, mouvement d'horlogerie, diapason, etc., suffisamment nstable pour ne pas entacher les mesures d'erreurs inadmissi-
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bles, tandis que la bande des fréquences de transmission est produite par tout moyen connu; on peut utiliser à cet effet soit un petit alternateur, soit un disque rotatif convenable- ment perforé qui découvre périodiquement une source lumineuse agissant sur une cellule photoélectrique dont le courant mo- dule le potentiel de grille ou d'écran d'une lampe oscillatrice, ou par tout autre moyen.
Dans le cas où on transmet simultanément les mesures de plusieurs grandeurs, de même nature ou de nature différen- te, en affectant la même bande de fréquence fl-f2 à chacune d'entre d'elles, l'invention prévoit que le courant à fréquen- ce f compris dans cette bande peut, à la transmission, moduler une onde intermédiaire particulière à chaque grandeur, avant de moduler l'onde porteuse unique ; elle prévoit qu'en outre à la réception chaque onde intermédiaire est filtrée pour agir, après détection de son courant de modulation de fréquence comprise entre fl et f2, sur le fréquencemètre récepteur cor- respondant.
Si la quantité à transmettre est une puissance élec- trique ou une quantité analogue, si de plus sa mesure s'effec- tue à l'aide d'un instrument rotatif tel qu'un compteur et si enfin cette quantité varie de zéro à un maximum, on doit, com- me expliqué plus haut, faire correspondre son zéro à la li- mite inférieure fl de la bande de fréquences de transmission; à cet effet l'invention prévoit d'ajouter une vitesse de base, fixe par conséquent, à la vitesse de rotation de l'instrument de mesure (compteur par exemple), au poste transmetteur, et de retrancher la même vitesse de l'instrument récepteur (mo- teur synchrone); cette vitesse fixe s'obtient par tout moyen connu, tel que mouvement d'horlogerie, moteur synchrone sur réseau à fréquence réglée ;
l'addition de cette vitesse fixe
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à la vitesse de rotation de l'organe de mesure transmetteur et sa soustraction de la vitesse de rotation de l'organe ré- cepteur s'effectuent par exemple à l'aide de différentiels.
L'invention fournit donc les moyens d'obtenir une vitesse égale ou proportionnelle à celle du compteur wattétri que transmetteur et permet de transmettre à distance avec un seul et même appareil, à la fois les indications démesures à chaque instant de la puissance et de l'énergie.
Le système de réception décrit, dans lequel, confor mément à l'invention, la vitesse de rotation d'un moteur syn- chrone placé au poste récepteur est une fonction bien déter- minée de la grandeur mesurée au poste transmetteur, se révèle particulièrement avantageux pour la totalisation, en un même poste récepteur, des indications instantanées de plusieurs appareils; il suffit en effet à ce poste de faire la somme de vitesses instantanées de chaque moteur synchrone récepteur pour obtenir une vitesse dont la mesure correspond, suivant une loi bien déterminée, à la somme des quantités transmises.
L'addition des vitesses individuelles des divers moteurs syn- chrones, s'effectue par n'importe quel moyen connu, indiffé- rent au regard de l'invention, par exemple au moyen de diffé- rentiels.
Dans le cas où on transmet simultanément les indi- cations de mesures de plusieurs quantités en affectant à cha- cune d'entre elles une bande particulière de fréquences, tell, que fl-f2, f'1-f'2, f"1-f"2, etc, ces diverses bandes apparte. nant au même domaine, empiétant ou non l'une sur l'autre, mai différant par leurs limites, l'invention prévoit d'ajouter au poste transmetteur et de retrancher au poste récepteur une vitesse de base, ou vitesse fixe, particulière à chacune de ces quantités, pour faire correspondre son zéro à la limite
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inférieure de la bande des fréquences qui lui est affectée.
On obtient par cette méthode une vitesse de réception de chacune des quantités à transmettre qui part de zéro. On peut donc ajouter les vitesses correspondant à plusieurs quantités pour les totaliser, après multiplication ou division, dans un rapport convenable à l'aide de trains d'engrenages pour les réduire à la même unité.
On peut, de la même manière, faire en un point dé- terminé par exemple, la différence entre les valeurs de me- sures de plusieurs grandeurs transmises d'un même poste émet- teur ou de postes émetteurs différents. Une telle opération est extrêmement importante dans les réseaux interconnectés, alimentés par des stations qui sont à la fois ou successive- ment productrices et consommatrices d'énergie.
L'invention, comme expliqué ci-dessus, fournit les moyens de connaître à tout instant, du poste répartiteur (dispatch) quelle est l'énergie fournie ou empruntée à l'en- semble du réseau par chaque centrale. Ces mêmes moyens sont également applicables pour indiquer au poste répartiteur l'é- nergie réactive fournie ou empruntée à l'ensemble du réseau; indication précieuse dans certains cas pour assurer la sta- bilité de marche du réseau.
L'invention prévoit enfin que, pour faciliter les transmissions de télémesure à grande distance, particulière- ment lorsque cette transmission s'effectue par onde porteuse à haute ou très haute fréquence, la mesure de la vitesse de ro- tation du moteur synchrone utilisé comme récepteur, soit faite sans application de couple résistant appréciable et qu'en par- ticulier cette mesure soit faite non sur le moteur lui-même, mais sur un dispositif auxiliaire n'empruntant aucune énergie à celle reçue par ce moteur. A titre d'exemple, le procédé ci-
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après est indiqué. Un disque très léger est calé sur l'arbrE du moteur récepteur ; disque porte des trous qui lui per- mettent de découvrir et d'intercepter périodiquement la lu- mière d'une source lumineuse placée en regard d'une cellule photo-électrique.
Cet organe engendre alors un courant péri< dique de fréquence égale ou proportionnelle à la rotation di moteur et pour connaître la vitesse de ce dernier, il suffi- de mesurer la fréquence du courant photo-électrique à l'aide de n'importe quel fréquencemètre de type connu.
Comme déjà dit, l'appareil qui effectue la mesure de la grandeur à transmettre agit sur une source auxiliaire de courant alternatif et en fait varier la fréquence. Cepen- dant, l'appareil de mesure ne permet en général de disposer que d'un couple relativement faible, par exemple de l'ordre de celui fourni par un compteur wattmétrique de fabrication courante. Pour obvier à cette difficulté, l'invention prévo: des modes de production de courant à fréquence variable, né. cessaire à la transmission des grandeurs de mesure qui, pou : mise en oeuvre, exigent un couple aussi faible que possible par conséquent, utilisent au mieux celui de l'appareil de mesure.
Un premier mode de production du courant à fréquen variable, dont la fréquence soit fonction de la vitesse ins tantanée de l'équipage mobile de l'appareil de mesure, celu : ci étant, par exemple, un compteur wattmétrique de type cou rant, consiste à employer un disque convenablement perforé dont la rotation permet d'éclairer, d'une façon périodique, une cellule photoélectrique; ce disque est entraîné par le satellite d'un système différentiel, dont l'un des planétai res est solidaire de l'arbre du compteur ci-dessus, tandis que l'autre est solidaire du mécanisme d'entraînement, par exemple, tel qu'un petit moteur synchrone, à vitesse aussi
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constante que possible.
Cette réalisation a l'avantage de n'utiliser qu'un seul organe tournant (disque perforé par exemple) pour l'ob- tention du courant à fréquence variable, mais, par contre, il peut avoir l'inconvénient de demander au compteur ou mobile équivalent un couple supplémentaire pour l'entralnement du système différentiel.
Un deuxième mode de production du courant à fréquen- ce variable consiste à employer un véritable "différentiel optique".
La figure du dessin annexé, donnée à titre d'exemple et sans aucun caractère limitatif quant aux formes, dimensions, modes d'exécution, etc... permet de mieux comprendre le sens et la portée de l'invention.
Sur cette figure, 1 représente le disque d'un comp- teur wattmétrique ou autre dont on veut transmettre la vi- tesse ; ce disque entraine par l'intermédiaire de pignons ap- propriés, tels que 2, 3, un arbre 4 sur lequel est monté un deuxième disque 5, le disque 5 est convenablement perforé de trous ronds, tels que 6 et tourne dans le sens de la flèche 7 quand l'organe mobile 1 l'entraîner un troisième disque 8 est monté sur l'arbre 9, concentriquement au disque 5; l'arbre 9 est solidaire d'un dispositif d'entraînement à vitesse aussi constante que possible, tel qu'un petit moteur synchrone 10,ali- menté par un réseau à fréquence réglée, par exemple 11; le disque 8 porte des encoches rectangulaires 12;
une fenêtre 13 ménagée dans un écran lumineux 14, permet d'éclairer le disque 8 par un flux lumineux, engendré par une petite lampe à in- candescence 15 et convenablement dirigé par une lentille 16; la partie du flux lumineux qui traverse la fenêtre 13 peut alors atteindre, en passant par les encoches 12 et les trous 6, une
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cellule photoélectrique 17, soustraite par ailleurs aux ac- tions parasites de la lumière par une enveloppe 18 ; lenom- bre des encoches 12 est égal à celui des trous 6 ; la largeur d'une encoche est égale à celle d'un trou et la partie pleine opaque entre les deux encoches est égale à la partie pleine opaque entre deux trous; le flux lumineux, constitué par des rayons parallèle qui traverse la fenêtre 13 a une largeur égale à celle d'une encoche plus un plein opaque du disque.
Le fonctionnement de l'appareil est facile à com- prendre.
On suppose d'abord que le disque 5 est au repos, tandis que le disque 8 tourne dans le sens de la flèche 7 à une vitesse constante; la cellule 17 est alors éclairée pério- diquement à une fréquence F qui dépend du nombre d'encoches 12 et de la vitesse du disque 8 ; faut remarquer que le flux lumineux qui éclaire la cellule quand une encoche 12 balaye le faisceau lumineux, issu de 13, est indépendant de la posi- tion d'arrêt du disque 5 et que, d'autre part, ce flux a une forme pratiquement sinupidale du fait des formes respective- ment rectangulaires des encoches et des trous dans ces condi- tions, la cellule photoélectrique engendre un courant de fré- quence F et de forme pratiquement sinusoïdale.
Si le disque 5 est alors entraîné par le disque 1 dans le sens de la flèche 7 à une vitesse telle que la cellule soit éclairée f fois par seconde, si le disque 8 n'existait pas il est facile de voir que la cadence d'éclairement résul- tante de la rotation des deux disques dans le même sens est F - f ; contraire, cette cadence serait F + f, si le disque 5 tournait en sens inverse de la flèche 7; il faut remarquer que grâce aux formes et dispositions respectives des encoches et des trous le flux lumineux d'éclairement de la cellule est
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indépendant de la vitesse relative des disques 5 et 8 et que la variation de flux par rapport au temps conserve toujours une forme sinusoldale;
il en résulte que le courant engendré par la cellule photoélectrique 17 ne subit aucune autre modu- lation que celle imposée par la variation sinusoldale du flux lumineux.
Enfin, sans sortir du cadre de l'invention, il est prévu, quand on veut par exemple transmettre simultanément plusieurs mesures au moyen de fréquences audibles ou très éle- vées, d'alimenter l'anode de la cellule photoélectrique sous une tension continue, déjà modulée à cette fréquence audible ou très élevée; alors la cellule photoélectrique émet un courant à fréquence audible ou très élevée, modulé à son tour par le flux lumineux d'éclairement à la cadence de ce dernier, comme il est décrit ci-dessus.