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Dispositif de mesure ou de signalisation.
La présente invention concerne un dispositif permet- tant la mesure de la vitesse de variation d'une grandeur (ou des dérivées de cette grandeur par rapport au temps). Elle est ca- ractérisée par l'emploi, en combinaison avec un appareil de mesure de la grandeur, qui donne une déviation fonction de celle-ci, d'un enroulement entraîné par l'équipage mobile de l'appareil de mesure et se déplaçant dans l'entrefer d'un aimant ou d'un électro-aimant, et d'un deuxième appareil de mesure dont la déviation est fonction de la force électromotrice induite dans l'enroulement lors de son déplacement.
La force électromotrice dans l'enroulement dépendant de sa vitesse de déplacement dans les entrefers de l'aimant ou de
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1'électro-aimant, les indications du dernier appareil de mesure dépendront de cette vitesse, donc aussi de la vitesse de varia- tion de la grandeur à mesurer.
Suivant la présente invention, le dernier appareil de mesure peut être remplacé par un relais dont le fonctionnement dépendra de la vitesse de variation de la grandeur mesurée par le premier appareil.
Le fonctionnement du dispositif peut dépendre de la vitesse de variation, soit de la valeur instantanée d'une grandeur, soit de la valeur moyenne ou efficace de celle-ci.
Une autre caractéristique de l'invention est que l'enroulement dans lequel se produit la force électromotrice n'est pas destiné à tourner d'une façon continue, sa déviation dans un sens ou dans l'autre n'ayant pas à dépasser certaines limites. Comme application particulière, on prévoit un ou deux contacts sur le premier appareil de mesure, permettant de faire fonctionner un signal ou un disjoncteur lorsque la grandeur mesurée atteint une certaine limite dans un sens ou dans l'autre, ou dans les deux sens.
L'invention consiste aussi dans un choix approprié des divers éléments du dispositif, de façon à permettre la mesure de la dérivée première de la grandeur à mesurer, ou d'une dérivée d'ordre supérieur ou de certaines combinaisons de la grandeur et de ses dérivées.
Il est prévu que, dans chaque cas, le dernier appareil de mesure pourra être remplacé par un relais.
On comprendra mieux les caractéristiques et les avanta- ges de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels :
La fig. 1 est une vue schématique d'un ensemble selon l'invention, appliqué à la mesure de la vitesse de variation
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d'une grandeur électrique telle qu'une puissance; le cadre qui alimente le deuxième appareil de mesure étant supposé placé dans les entrefers d'un aimant.
La fig. 2 représente le même dispositif, prévu pour la fréquence d'une tension alternative, combiné avec un relaïs destiné à actionner un signal ou à effectuer une manoeuvre si la vitesse de variation de cette fréquence est supérieure à une valeur déterminée, tant que la fréquence reste elle-même compri- se entre deux limites, le signal étant également actionné, ou la manoeuvre effectuée lorsque ces limites sont atteintes.
La fig. 3 représente une variante de l'invention, dans le cas où la grandeur physique dont on veut mesurer la vitesse de variation peut être elle-même mesurée au moyen d'un instru- ment à aimant et à cadre mobile.
La fig. 4 indique le montage employé pour mesurer la somme (ou la différence) des vitesses de variation de deux gran- deurs électriques.
La fig. 5 indique le procédé utilisé pour mesurer la dérivée seconde, par rapport au temps, d'une grandeur électrique.
Dans la fig. 1, 10 est l'axe de l'équipage mobile du premier appareil de mesure, qui est, pour fixer les idées, un wattmètre comportant une bobine mobile 11, montée sur l'arbre 10 et une bobine fixe 12, excitant un circuit magnétique 13 com- plèté par un noyau 14 intérieur à la bobine 11. Deux amenées de courant 15 et 15' servent à relier la bobine mobile au circuit extérieur et peuvent être ou non confondues avec des ressorts tels que 16 servant à opposer un couple antagoniste au couple moteur provenant de l'action du champ magnétique produit par la bobine 12 sur le courant qui circule dans la bobine 11.
Cet élé- ment, d'un modèle connu quelconque, s'il est convenablement di- mensionné, déviera, par rapport à une position d'origine, d'un angle proportionnel à la puissance électrique P (valeur ins- tantanée dans le cas du courant continu, valeur moyenne en courant
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alternatif) dans le circuit qui alimente le wattmètre.
On a : [alpha] = k x P
Si, au lieu d'utiliser les éléments d'un wattmètre, on utilisait ceux d'un voltmètre, ainsi qu'il est indiqué, en variante, dans les figs. 4 et 5, on aurait: [alpha] = k x U U, étant la tension (valeur instantanée en courant continu, va- leur efficace en courant alternatif) du circuit auquel est relié le voltmètre, ceci dans le cas où l'échelle du voltmètre est linéaire dans la partie utile. Si l'échelle du voltmètre est une échelle quadratique, dans la partie utile, on aura: [alpha] = k x U2 D'une façon générale, si G est une grandeur électrique quelcon- que, on aura : [alpha] = f (G) .
Sur le même axe 10 que l'appareil de mesure, est monté un enroulement 17 dont les extrémités sont reliées à deux ame- nées de courant 18 et 18', qui peuvent être également des res- sorts.
L'enroulement 17 se déplace dans les entrefers d'un circuit magnétique comportant un aimant permanent 19, deux masses polaires 20 et 20' en acier doux et un noyau 21 également en acier doux.
Si le champ dans lequel se meut la bobine 17 est uni- forme, la tension induite E entre les deux extrémités de cette bobine est proportionnelle à la vitesse de rotation d[alpha]/dt de l'équi- page mobile et on a :
EMI4.1
Il s'ensuit qu'elle aura pour valeur, en se reportant aux exemples cités :
EMI4.2
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E = k x k' x d U/d t d t E = 2 k x k' x U x d U/d t d t E = k x k' x d/d t f (G) d t
Il suffira donc de brancher, aux extrémités de la bobine 17 un appareil de mesure, (par exemple à aimant et à cadre mobile) 22, convenablement dimensionné, pour que l'aiguil- le 23 de cet appareil indique, en regard d'un cadran 24 les va- leurs de l'une des fonctions ci-dessus.
Pour que cette indication soit exacte, il faut notam- ment que le couple provenant de l'action de l'aimant sur l'en- roulement 17 soit négligeable devant le couple actif de l'en- roulement 11 et que l'appareil 22 soit à l'amortissement critique.
De son côté, l'équipage de mesure principal doit suivre fidèlement les variations de la grandeur électrique considérée.
La fig. 2 représente un dispositif analogue dans le- quel l'équipage qui entraîne la bobine 17 dans le champ de l'aimant 19 est un fréquencemètre réalisé selon un principe connu de quotientmétre à fer mobile. Cet équipage se compose d'une pièce de fer doux 25, en forme d'anneau incomplet, engagée dans deux bobines 26 et 26', ces bobines étant montées l'une en série avec une self-inductance 27, l'autre en série avec une capacité 28.
L'équipage mobile n'a pas de couple antagoniste mécanique et sa position d'équilibre n'est définie que par l'égalité des attractions exercées par les deux bobines 26 et 26' sur le fer 25, cette position d'équilibre dépendant de la fréquence du courant alternatif qui traverse les bobines, le courant dans la bobine 26 diminue quand la fréquence augmente et celui dans la bobine 26' augmentant, en raison respectivement de la self-induc- tance 27 et du condensateur 28.
Sur le prolongement 10' de l'axe commun 10 aux deux équipages précédents, est fixé un contact mobile 29, muni d'une amenée de courant 30. Deux contacts fixes 31 et 31' sont placés
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dans des positions telles que le contact mobile 29 vienne les tou- cher pour des valeurs définies de la fréquence. La bobine 17 est reliée à la bobine mobile 32 d'un relais à aimant et à cadre mobile dont l'axe 33 porte un contact mobile 34, qui peut venir toucher l'un ou l'autre de deux contacts fixes 35 et 35'.
Il est facile de comprendre que le relais fermera ses contacts 34-35 ou 34-35' lorsque la vitesse de variation de la fréquence dépassera une certaine valeur, soit en augmentant, soit en diminuant, et cela tant que le mouvement de la bobine 17 sera libre, c'est-à-dire tant que le contact mobile 29 n'aura pas touché l'un des deux contacts fixes 31 et 31'.
Si l'un des derniers contacts 31 ou 31' est atteint, la bobine 17 est arrêtée et le contact mobile 34 prend sa posi- tion d'équilibre. Si on monte en parallèle les quatre contacts 34-35, 34-35', 31-29 et 31'-29 dans le circuit d'un signal ou d'une bobine de déclenchement, le signal ou le déclenchement fonctionnera, soit lorsque la fréquence atteint une des deux limites prévues, soit lorsque la vitesse de sa variation atteint une des limites prévues pour cette vitesse.
On peut naturellement se servir de chaque contact pour un signal ou une fonction différente, ou grouper les contacts deux à deux en parallèle ou en série suivant le résultat à obtenir.
Lorsque le cadre 17 de la figure 1 se déplace dans les entrefers d'un aimant et que la grandeur électrique dont on se propose de mesurer la vitesse de variation peut être mesurée elle-même au moyen d'un appareil à aimant et à cadre mobile, on peut utiliser le dispositif simplifié de la fig. 3 dans le- quel 19 est un aimant permanent, 20 et 20' deux masses polaires de fer doux, 21 un noyau de fer doux, 36 un enroulement qui peut se déplacer dans les entrefers du circuit magnétique ainsi constitué, en tournant autour de son axe 10, et 17 un enroule- ment induit qui est mécaniquement solidaire de l'enroulement 36.
Des amenées de courant 18-18' et 37-37' relient respectivement
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les bobines 17 et 36 aux circuits extérieurs, une ou plusieurs de ces amenées de courant pouvant être utilisées pour fournir au système mobile un couple mécanique antagoniste.
L'enroulement induit 17 est relié à un appareil de me- sure 22, constitué comme l'appareil correspondant de la fig. 1.
Le fonctionnement du système est le même que dans le cas de cette figure, sauf que l'enroulement 36 est parcouru par le courant continu qui sert à mesurer la grandeur physique consi- dérée, ou par un courant qui lui est proportionnel (montage sur shunt par exemple).
L'enroulement 36 prendra donc une position d'équilibre pour chaque valeur de la grandeur physique (du moins dans l'é- tendue de mesure de l'appareil) et l'enroulement 17, qui en est solidaire, sera le siège d'une force électromotrice induite pro- portionnelle à la vitesse de déplacement de l'enroulement 36, donc à la vitesse de variation de la grandeur physique.
On a vu que le dispositif de la fig. 1 pouvait mesurer, avec une loi d'échelle appropriée pour l'appareil de mesure de la grandeur physique, (loi quadratique), le produit de la gran- deur par sa dérivée première.
On peut se proposer également de mesurer la somme ou la différence de deux vitesses de variation. Il suffit pour cela de réaliser le montage de la fig. 4 où 38 et 39 sont deux ensembles analogues à celui de la fig. 1, avec cette différence qu'ils re- présentent des voltmètres, les enroulements induits de ces deux dispositifs étant montés en série l'un par rapport à l'autre, et avec le cadre mobile d'un appareil de mesure 22. Selon la pola- rité relative des deux enroulements induits l'appareil 22 mesure la somme ou la différence des vitesses de variation des deux grandeurs..
La présente invention permet également de mesurer la dérivée seconde par rapport au temps d'une grandeur physique.
On peut utiliser pour cela le montage de la fig. 5 où 38 est un
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ensemble analogue à celui de la fig. 1, avec cette différence qu'il représente un voltmètre, 40 un ensemble analogue à celui de la fig. 3 et 22 un appareil de mesure à aimant et à cadre mobile.
Si les trois appareils 38, 40 et 22 sont convenablement dimensionnés les uns par rapport aux autres, l'appareil 40 dévie- ra en fonction de la dérivée première, par rapport au temps, de la grandeur physique mesurée par l'appareil 38, et l'appareil 22 mesurera la dérivée seconde, par rapport au temps, de la même grandeur physique.
Dès l'instant qu'on dispose de forces électro-motrices respectivement proportionnelles à une grandeur physique, à sa dérivée première et à sa dérivée seconde, il existe des moyens connus de faire la somme ou la différence de deux ou plusieurs de ces termes, comme dans la fig. 4. Si l'on désire faire le produit ou le quotient de deux de ces termes, on pourra égale- ment utiliser des moyens connus, comme d'exciter les deux enroulements d'un électrodynamomètre proportionnellement à ces deux termes si on désire en faire le produit, ou d'appliquer des courants proportionnels à ces deux termes aux deux cadres croi- sés d'un logomètre ou quotientmètre, si l'on désire en faire le quotient.
Enfin, il n'est, bien entendu, pas nécessaire que la grandeur physique dont on désire mesurer la vitesse de varia- tion, soit mesurée elle-même par un instrument électrique. Il suffira de monter l'enroulement 17 de la fig. 1 sur le même arbre que l'instrument quelconque de mesure de la grandeur physi- que, par exemple tachymètre à force centrifuge, thermomètre à dilatation, baromètre anéroïde, etc...