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Perfectionnements aux convertisseurs de mesure.
On désigne par "convertisseurs de mesure" des disposi- tifs qui permettent d'obtenir, en partant d'une certaine grandeur, électrique ou non, une autre grandeur fonction bien définie de la première et plus facile à mesurer. Souvent la dernière grandeur est un courant continu dont l'intensité est proportionnelle à la grandeur à mesurer.
On connaît de tels convertisseurs constitués par un appareil de mesure de la grandeur à mesurer, sans couple antago- niste mécanique et dont l'équipage est solidaire du cadre mobile d'un galvanomètre qui produit un couple antagoniste lorsqu'il est parcouru par un courant continu. Ce dernier courant est fourni par une source appropriée et il est réglé automatiquement à l'aide d'un "élément variable" monté sur le même arbre que les deux équi- pages mobiles.
L'"élément variable" peut être le secondaire d'une bobine d'induction mutuelle, dont le primaire est alimenté en courant alternatif. La tension induite dans le secondaire agit sur la pre- mière grille d'un amplificqteur-détecteur à lampes, le courant ano- dique de la dernière lampe parcourt le galvanomètre. Cette tension dépend de la position des équipages mobiles et le courant, dans le galvonomètre, en dépend donc aussi ; il en résulte que, à chaque position des équipages mobiles correspond une valeur du courant con- tinu et du coupleantagoniste fourni par le galvanomètre. On aura ainsi, pour chaque valeur de la grandeur à mesurer, une valeur corres- pondante du courant continu, qui pourra être mesurée facilement à distance par un voltmètre ou un milliampèremètre gradué en fonction de la grandeur à mesurer.
Pour que la mesure soit exacte, il faut que le couple provenant de l'action de la partie fixe sur la partie mobile de Il 'élément variable" soit négligeable devant les couples actif et antagoniste, des appareils de mesure, ce qui n'est pas facile à ob- tenir sans une grande amplification du courant continu.
La présente invention concerne "un convertisseur de mesure" d'un type analogue à ceux décrits ci-dessus, mais dans lequel "l'élément variable", qui permet d'obtenir un courant continu fonction définie de la grandeur à mesurer, est un condensateur de faible capacité, dont l'une des armatures est solidaire de l'équipage @
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mobile du convertisseur. Ce condensateur est montéen série avec une source de haute fréquence qui agitsur la grille de la première lampe d'un amplificateur-détecteur; le circuit plaque de la der- nière lampe de celui-ci fournit un courant continu oui traverse un ampèremètre et le cadre mobile du galvanomètre.
Le courant de haute fréquence peut être produit -car une lampe oscillatrice ou par tout autre moyen approprié. Plus la. fréquence obtenue sera élevée, plus le condensateur pourra avoir une faible capacité maximum, sa réactance ou sa capacitance étant, en effet : 1 X = @ C # C étant sa capacité et # = 2 # f, f étant la fréquence. Gr, plus la capacité C est faible, plus les actions entre ses armatures sont faibles. En choisissant convenablement la fréquence, on 'courra donc rendre ces actions négligeables devant les valeurs des couples utiles.
Les figs. 1, 2 et 3 donnent, à titre d'exemples, des schémas de réalisation de l'invention.
Dans la fig. 1 : 1 représente l'équipage mobiled'un ap- pareil de mesure dont le couple actif est fonction de la grandeur , mesurer. On suppose que le couple actif tend à faire tourner l'équipage dans le sens de la flèche f. Sur le même axe que 1 est monté le cadre 2 d'un galvanomètre dont l'aimant fixe est 2', et aussi l'armature mobile 3, d'un condensateur ayant deux armatu- res fixes 4 et 5. La forme et la disposition de l'ensemble sont supoosées telles que la capacité entre les armatures fixes 4 et 5 augmente lorsque l'armature mobile 3 tourne dans le sens ne la flè- che f. Le condensateur est en série avec un oscillateur 6 qui produit, entre la palette 4 et la masse 7, une tension de haute fréquence.
D'autre part, l'armature 5 est connectée à une résistance 8 dent l'autre extrémité est à la masse en 7'. Gn obtient ainsi aux bernes de la résistance 8 une différence de potentiel fonction de la posi- tion de la palette 3, donc de la position des équipages mobiles 1 et 2. La tension aux bornes de la résistance 8 est appliquée à un amplificateur-détecteur 9, d'un type appropriée qui engendre un courant continu, dont l'intensité est fonction de la tension aux bornes de la résistance 8. Ce courant continu parcourt le cadre 2 du galvanomètre ainsi que le ou les récepteurs de télémesure10 montés en série dans la ligne de transmission. Il tend à faire tour- ner le cadre du galvanomètre dans le sens de la flèche f'.
Le fonctionnement de l'ensemble est le suivant :
L'appareil de mesure 1 étant soumis à un couple actif fonction de la grandeur à mesurer tend à dévier dans le sens de la flèche f et entraîne l'armature mobile 5 du condensateur varia- ble, ce qui fait croître la capacité entre les armatures fixes 4 et 5 et diminuer la capaci tance du condensateur. Il en résulte une augmentation du courantdans la résistance 8, et au-si de la diffé- rence de potentiel aux bornes de 9, ce qui produit une augmentation du courant dans les appareils de mesure 10 et dons le cadre 2 du galvanomètre (2, 2'). Le couple antagoniste produit par l'action de l'aimant 2' sur le courant qui parcourt le cadre 2 augmente jusqu'à atteindre la valeur du couple actif.
L'équipage mobile prend alors une position d'équilibre stable, à laquelle correspond une valeur bien déterminée du cou- rant continu qui traverse les appareils de mesure 10. Ce courant peut donc servir à la mesure de la grandeur qui influence l'appa- reil principal 1.
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La fig. 2 donne, à titre d'exemple, le schéma d'un mon- tage qui convient surtout lorsqu'on a à mesurer une tension conti- nue relativement faible fournie par une source présentant une grande résistance interne.
Dans cette figure, les chiffres de 2 à 10 ont la même signification que dans la fige 1, tandis que 11 désigne les bor- nes entre lesquelles on doit mesurer la différence de potentiel et 12, une résistance appropri ée.
Le fonctionnement du dispositif est le suiva.nt :
Lorsqu'on applique une différence de potentiel aux bornes 11, un courant passe dans le cadre 2 du .'galvanomètre, qui tend à dévier dans le sens de;La flèche f.
La capacité du condensateur (4-3-5) augmente, ce qui fait croître, le courant que la source de courant de haute fréquence fait passer dans la résistance 8, donc aussi le courant dans l'ap- pareil 1C et la résistance 12 d'après ce qu'on a vu précédemment.
Ce courant a un sens tel que la différence de potentiel qu'il produit dans la. résistance 12 se trouve en opposition avec la .dif- férence de potentiel aux bornes 11.
Pour une certaine valeur du courant dans l'appareil 10, le courant dans le cadre 2 s'annule et celui-ci prend une position d'équilibre.
A chaque valeur de la différence de potentiel aux bornes 11 correspond, lorsque l'équipage 2 est arrêté, un courant bien dé- terminé dans l'appareil 10; celui-ci permet donc de mesurer la différence de potentiel aux bornes de 11.
On peut, suivant la présente invention, réduire le cou- ple parasite provenant des actions électrostatiques entre les armatures du condensateur variable en montant, sur l'axe des équipages mobiles.. l'armature mobile d'un deuxième condensateur, alimenté par la même source 6 ou par une source différente et mon- té en série avec une impédance appropriée. La forme, les dimensions et la disposition des armatures de ce dernier condensateur, ainsi que la valeur de l'impédance en série sont réalisées de façon que les couples électrostatiques entre ces armatures soient de signes contraires et pratiquement égales à celles qui s'exercent entre les armatures du condensateur (4-5-5). Le couple parasite est alors la différence des deux couples s'exerçant entre les armatures des deux condensateurs.
On peut aussi rapprocher les deux condensateurs et leur donner une armature mobile commune.
La fig. 3 donne le schéma de montage d'un dispositif analogue à celui de la fig. 2 mais dans lequel le condensateur comporte deux parties, dont l'une ayant les armatures fixes 4 et 5 et l'armature mobile 3 est montée dans un circuit analogue à celui de la fig. 2 et fait partie du convertisseur, tandis que l'autre partie, formée par la même armature mobile 3 et par les armatures fixes 4' et 5', est montée en série avec une source de haute fré- quence 6' et une réactance 8' et sert, par un choix approprié de ses éléments, à compenser le couple 'électrostatique para.site prévenante des actions entre les armatures fixes 4 et5 et l'ar- mature mobile 3.
On peut simplifier le montage en remplaçant les deux
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sources 6 et 6' par une seule . et même en remplaçant les deux armatures 4 et 4' par une seule.
Gn peut aussi mettre à la masse les armatures 4 et 4', ou l'armature unique qui les remplace, et placer les sources respectivement entre les armatures 5 et 5' et les impédances 8 et 8'. Gn peut aussi supprimer la source 6' et mettre les arma- tures 4' et 5' à la masse directement ou à travers des impédances convenables.
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Improvements to measurement converters.
The term “measurement converters” denotes devices which make it possible to obtain, starting from a certain quantity, whether electrical or not, another quantity which is a well-defined function of the first and which is easier to measure. Often the last quantity is a direct current whose intensity is proportional to the quantity to be measured.
Such converters are known which consist of an apparatus for measuring the quantity to be measured, without a mechanical antagonist torque and whose assembly is secured to the mobile frame of a galvanometer which produces an antagonistic torque when it is traversed by a current. continued. The latter current is supplied by an appropriate source and is regulated automatically by means of a "variable element" mounted on the same shaft as the two mobile units.
The "variable element" can be the secondary of a mutual induction coil, the primary of which is supplied with alternating current. The voltage induced in the secondary acts on the first grid of a lamp amplifier-detector, the anode current of the last lamp flows through the galvanometer. This voltage depends on the position of the mobile units and the current in the galvonometer therefore also depends on it; it follows that, to each position of the mobile units there corresponds a value of the direct current and of the coupling agent supplied by the galvanometer. There will thus be, for each value of the quantity to be measured, a corresponding value of the direct current, which can be easily measured remotely by a voltmeter or a milli-ammeter graduated as a function of the quantity to be measured.
For the measurement to be exact, the torque resulting from the action of the fixed part on the moving part of the 'variable element' must be negligible compared to the active and antagonistic torques of the measuring devices, which is not not easy to obtain without a great amplification of the direct current.
The present invention relates to "a measurement converter" of a type similar to those described above, but in which the "variable element", which makes it possible to obtain a direct current as a defined function of the quantity to be measured, is a low capacity capacitor, one of the armatures of which is integral with the crew @
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mobile of the converter. This capacitor is mounted in series with a high frequency source which acts on the gate of the first lamp of an amplifier-detector; the plate circuit of the last lamp of this one supplies a direct current yes through an ammeter and the mobile frame of the galvanometer.
The high frequency current can be produced by an oscillating lamp or by any other suitable means. The more. frequency obtained will be high, the more the capacitor can have a low maximum capacity, its reactance or its capacitance being, in fact: 1 X = @ C # C being its capacity and # = 2 # f, f being the frequency. Gr, the weaker the capacity C, the weaker the actions between its reinforcements. By choosing the frequency suitably, we will therefore run to make these actions negligible compared to the values of the useful torques.
Figs. 1, 2 and 3 give, by way of examples, diagrams of the invention.
In fig. 1: 1 represents the mobile equipment of a measuring device, the active torque of which depends on the magnitude, measure. It is assumed that the active torque tends to make the crew turn in the direction of arrow f. On the same axis as 1 is mounted the frame 2 of a galvanometer whose fixed magnet is 2 ', and also the mobile armature 3, of a capacitor having two fixed armatures 4 and 5. The shape and the arrangement of the assembly are supoosées such that the capacity between the fixed frames 4 and 5 increases when the movable frame 3 rotates in the direction of the arrow f. The capacitor is in series with an oscillator 6 which produces, between the paddle 4 and the mass 7, a high frequency voltage.
On the other hand, the armature 5 is connected to a resistor 8, the other end of which is earthed at 7 '. Gn thus obtains at the ends of resistor 8 a potential difference which is a function of the position of the pallet 3, therefore of the position of the moving parts 1 and 2. The voltage across the resistor 8 is applied to an amplifier-detector 9, of an appropriate type which generates a direct current, the intensity of which is a function of the voltage at the terminals of resistor 8. This direct current travels through the frame 2 of the galvanometer as well as the telemetry 10 receiver (s) connected in series in the transmission line. It tends to rotate the frame of the galvanometer in the direction of arrow f '.
The operation of the assembly is as follows:
The measuring device 1 being subjected to an active torque depending on the quantity to be measured tends to deviate in the direction of the arrow f and drives the movable armature 5 of the variable capacitor, which increases the capacitance between the armatures. fixed 4 and 5 and decrease the capacitance of the capacitor. This results in an increase in the current in the resistor 8, and beyond the difference in potential across the terminals of 9, which produces an increase in the current in the measuring devices 10 and in the frame 2 of the galvanometer (2, 2 '). The antagonistic torque produced by the action of the magnet 2 'on the current flowing through the frame 2 increases until it reaches the value of the active torque.
The moving equipment then takes a position of stable equilibrium, to which corresponds a well-determined value of the direct current which passes through the measuring devices 10. This current can therefore be used to measure the magnitude which influences the apparatus. main line 1.
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Fig. 2 gives, by way of example, the diagram of an assembly which is particularly suitable when one has to measure a relatively low direct voltage supplied by a source having a large internal resistance.
In this figure, the numbers 2 to 10 have the same meaning as in fig 1, while 11 designates the terminals between which the potential difference must be measured and 12, an appropriate resistance.
The operation of the device is as follows:
When a potential difference is applied to terminals 11, a current flows through frame 2 of the galvanometer, which tends to deviate in the direction of; The arrow f.
The capacitance of the capacitor (4-3-5) increases, which increases the current that the high-frequency current source passes through resistor 8, so also the current in device 1C and resistor 12 from what we have seen previously.
This current has a meaning such as the potential difference that it produces in the. resistor 12 is in opposition to the potential difference at terminals 11.
For a certain value of the current in the device 10, the current in the frame 2 is canceled and the latter takes a position of equilibrium.
To each value of the potential difference at the terminals 11 corresponds, when the unit 2 is stopped, a well-defined current in the device 10; this therefore makes it possible to measure the potential difference across the terminals of 11.
It is possible, according to the present invention, to reduce the parasitic torque resulting from the electrostatic actions between the armatures of the variable capacitor by mounting, on the axis of the moving parts, the moving armature of a second capacitor, supplied by the same. source 6 or by a different source and connected in series with an appropriate impedance. The shape, dimensions and arrangement of the plates of the latter capacitor, as well as the value of the impedance in series are made so that the electrostatic torques between these plates are of opposite signs and practically equal to those which are exerted between the capacitor plates (4-5-5). The parasitic torque is then the difference of the two torques exerted between the plates of the two capacitors.
It is also possible to bring the two capacitors together and give them a common mobile armature.
Fig. 3 gives the assembly diagram of a device similar to that of FIG. 2 but in which the capacitor comprises two parts, one of which having the fixed armatures 4 and 5 and the movable armature 3 is mounted in a circuit similar to that of FIG. 2 and is part of the converter, while the other part, formed by the same mobile armature 3 and by the fixed armatures 4 'and 5', is mounted in series with a high frequency source 6 'and a reactance 8 'and serves, by an appropriate choice of its elements, to compensate for the electrostatic torque para.site preventing actions between the fixed frames 4 and 5 and the mobile frame 3.
We can simplify the assembly by replacing the two
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6 and 6 'sources by one. and even by replacing the two frames 4 and 4 'by one.
Gn can also ground the plates 4 and 4 ', or the single armature which replaces them, and place the sources respectively between the plates 5 and 5' and the impedances 8 and 8 '. Gn can also remove source 6 'and ground armor 4' and 5 'directly or through suitable impedances.