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Perfectionnements aux instruments de mesure électriques.
La présente invention est relative à des perfectionne- ments apportés aux instruments de mesure électriques et concerne plus particulièrement les instruments dits "universels", c'est- à-dire les instruments de mesure électriques établis pour la mesure de plusieurs gammes de tensions et intensités de courants alternatif et continu. Tels qu'ils ont été proposés jusqu'à ce jour, les instruments de mesure pour courants alternatifs et continus à plusieurs gammes utilisent habituellement le galvano- mètre ou système à courant continu du type habituel à bobine mo- bile associé à un redresseur destiné à la mesure des courants alternatifs.
Dans le cas idéal, des shunts séparés (ou un shunt à prises) sont utilisés pour élargir les gammes des intensités en continu,et un transformateur à prises est utilisé pour élar- gir les gammes des intensités en alternatif. En ce qui concerne les gammes des tensions, on utilise habituellement les mêmes résistances multiplicatrices pour la plupart des tensions des courants alternatifs et continu, sinon toutes.
Un des désideratas des instruments de mesure à plusieurs gammes réside évidemment dans l'utilisation de la même disposi- tion d'échelle graduée pour toutes les gammes, et c'est à cet égard, entr'autres, que l'application du principe du shunt à l'effet d'obtenir une série de gammes d'intensité de courant alternatif n'est pas recommandable . Une telle méthode présente aussi l'inconvénient que la chute de tension est élevée, ainsi qu'il est facile de le comprendre.
Pour permettre l'utilisation de shunts pour les me- sures des intensités en courant continu et d'un transformateur pour les mesures des intensités en courant alternatif, il a été nécessaire,jusqu'à ce jour, d'avoir recours à une commutation compliquée ou à des bornes multiples sur l'instrument, chacun de ces artifices étant évidemment désavantageux.
Le but principal de cette invention est, par conséquent, de surmonter cet incon- vénient et d'établir, pour la mesure des courants alternatifs et continus, un instrument de mesure à plusieurs gammes de mesure, de construction simplifiée, peu coûteuse, efficace et grâce à laquelle, indépendamment d'une faible chute de tension dans les gammes d'intensité, il est possible de proportionner les valeurs des divers éléments de telle sorte que les erreurs de tempéra- ture soient réduites à une proportion négligeable pour les me- ,-,sures d'intensité, et soient entièrement négligeables pour toutes
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les gammes de tension; à l'exception de la gamme du millivolt.
De plus, la disposition de l'échelle sera sensiblement la même pour toutes les gammes y compris, si on le désire, celles dés tensions et intensités en courant alternatif.
L'instrument de mesure à plusieurs gammes conforme à l'invention est caractérisé par l'utilisation de la même prise (borne ou douille par exemple) à la fois pour le courant alter- natif et pour courant continu sur toutes (ou sensiblement toutes) les gammes, ceci étant obtenu, dans le cas des gammes d'intensité, en adjoignant à chacune des sections ou prises du transformateur une résistance dont la valeur est telle que conjointement avec la résistance de la section (ou des sections ) du transformateur, elle permet d'obtenir le rapport désiré entre les courants shuntés et non shuntés eu égard au galvanomètre dans les mesures en cou- rant continu, conformément aux principes d'un shunt universel, toutes (ou sensiblement toutes) les sections et résistances du transformateur étant connectées en série.
Le transformateur peut être un auto-transformateur ou peut être pourvu d'un secondaire séparé, suivant qu'on le juge dé- sirable, et des moyens peuvent aussi être prévus pour adapter l'instrument aux mesures de résistance, comme il sera décrit ci- après avec plus de détail. ,
En vue de permettre l'utilisation de la même disposition d'échelle avec une plus grande exactitude sur toutes les gammes du courant alternatif, un petit courant compensateur peut être fourni au système à bobine mobile à partir d'une batterie incorporée à l'instrument, afin de compenser les pertes dans le transformateur et le redresseur, comme il sera décrit plus particulièrement ci- après.
Pour mieux faire comprendre l'invention et faciliter sa mise en pratique, on la décrira maintenant en se référant au dessin annexé, qui représente le schéma de circuit d'un instrument de me- sure commode à plusieurs gammes, établi suivant l'invention.
L'instrument représenté sur ce dessin comprend un gal- vanomètre ou système à bobine mobile 10 qui, pour le but de la présente description, sera supposé donner une déviation complète de l'aiguille sur l'échelle avec une intensité de courant de 0,5 mA par exemple. Ce système 10, monté en série avec une ré- sistance prédominante (non représentée) et un potentiomètre 11 qui permet d'élever la résistance totale à 150 ohms, par exemple), est relié à un permutateur bipolaire 12, 13 à l'aide duquel il peut être amené à une position de mesure en alternatif dans la- quelle la lame 12 est en contact avec un plot 12 a et la la-se 13 avec un plot 13a ou à une position de mesure en continu, dans laquelle les lames 12 et 13 sont en contact avec des plots 12b et 13b respectivement.
Ce permutateur 12, 13 est utilisé pour in- tercaler dans le circuit du système 10, ou pour connecter du dit circuit, m redresseur approprié, par exemple un redresseur à métal monté en pont 14, en vue des mesures en alternatif et en continu, respectivement. Les lames 12 et 13 sont amenées au con- tact des plots 12b et 13b pour les mesures de résistance.
Le cou- rant de sortie du redresseur 14 est amené, lorsque le permutateur 12, 13 occupe la position de mesure en alternatif, au galvanomètre 10, mais il est prévu une résistance shunt permanente 15 d'une va- leur de 187,5 ohms, de sorte que quatre neuvièmes du courant conti- nu de 0,9 mA dérivé du redresseur avec un courant d'entrée alter- natif de 1 mA sont éliminés par dérivation et que les cinq neu- vièmes restants traversent le système 10. L'homme du métier com- prendra facilement qu'avec un courant d'entrée de lmA en alterna- ... tif appliqué au redresseur 14, on obtiendra un courant de sortie de @
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0,9 mA en continu, en raison du facteur de forme de l'onde si- nusodale appliquée au redresseur.
Il y a lieu de noter que dans le mode de réalisation particulier de cette invention décrit en se référant au dessin annexé, on a supposé dans un but de simplicité et pour la clarté de la description: la) que le système 10 est tel qu'il exige un cgurant de 0,5 mA pour dévier l'aiguille de l'échelle entiere;
2 ) que la résistance totale du réseau du système est de 150 ohms et 3 ) que le courant fourni au redresseur 14 pour toutes les gammes est de 1 mA pour la valeur la plus haute de la gamme envi- sagée, c'est-à-dire pour une déviation d'aiguille de l'échelle ent Toutes les indications relatives aux valeurs des résistan- ces, etc sont basées sur cette hypothèse, mais il est bien entendu que la présente Invention n'est aucunement limitée à ces chiffres, qui ont été choisis arbitrairement pour faciliter la compréhension de cette invention. D'autres valeurs peuvent évidemment être uti- lisées, si on le désire.
Un des contacts 12b à courant continu du permutateur 12, 13, de préférence le contact 12b qui est connecté directement au système 10, comme représenté, est relié à la borne ou douille commune ou négative 16 de l'instrument, et un des fils d'entrée 14a du redresseur 14 est aussi relié à cette borne, étant donné que 1 instrument décrit utilise un auto-transformateur 17.
Une des extrémités de l'auto-transformateur 17 est aussi reliée à la dite borne, comme indiqué en 18. Conformément à la présente invention l'auto-transformateur comprend une série de sections 19, 20, 21 22, 23 et 24, à raison d'une section pour chacune des gammes d'intensité à mesurer, et est caractérisé par le fait que la plupart, au moins, des sections de ce genre, qui sont toutes montées en série, comprennent un enroulement de transformateur, 19a
20a 21a 22a 23a et 24a en série avec une résistance 19b, 20b 21b 22b 23b et 24b la résistance totale des enroulements et des résistances tant de 150 ohms.
L'enroulement de transformateur
19a 20a, 21a 22a 23a et 24a de chaque section 19, 20, 21, 22,
23 et 24 est tel qu'il donne dans le circuit à redresseur du trans- formateur l'intensité de courant prédéterminée normale de 1 mA pour une déviation totale sur l'échelle, et la valeur de la résistance
19b 2b, 21b, 22b 23b et 24b de chaque section est telle qu'on obtient un shunt universel pour adapter l'instrument en vue de mesurer, pour la prise ou section envisagée, la même gamme en continu que celle donnée par l'action du transformateur en alter- natif.
Il est préférable, afin d'éviter les erreurs dues aux va- riations de température, de disposer les résistances relatives des enroulements du transformateur à sections et lesrésistances des sections de telle manière qu'elles soient respectivement dans la même proportion que la proportion entre les résistances du système et la somme de sa résistance prédominante et de la ré- sistance 11. Ceci empêche efficacement les erreurs dues à des variations de température, ainsi qu'il ressortira de la descrip- tion plus détaillée donnée ci-après de l'instrument complet. Ainsi, par exemple, les enroulements 19a, 20 21a, 22a, 23a et 24a peu- vent comprendre 1, 4, 20, 75, 400 et 2.000 spires, respectivement, alors que la résistance de 150 ohms est divisée en sections de
0,06; 03 ; 1,5; 6 et 30 ohms à partir de l'extrémité négative 16.
A partir de la résistance associée à l'extrémité à haut potentiel du transformateur 17, c'est-à-dire à l'extrémité de la résistance
24b une connexion est établie avec la borne ou douille afférente à la gamme de courant la plus basse, par exemple 1 mA. Du même point, une connexion est aussi établie avec l'autre contact à courant continu 13b du permutateur 12, 13 et avec une des extré- mités de la résistance de multiplication de tension à plusieurs prises 30, de la manière habituelle. Les résistances des prises
31 du multiplicateur 30 sont communes aux gammes à courant al- ternatif et à courant continu, à l'exception de la prise se rap- portant à la gamme de tension la plus basse, qui peut par exem- ple correspondre à une déviation totale sur l'échelle pour 5 ..volts.
Si l'on utilisait un point de prise commun pour les gammes @
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de 5 volts en alternatif et en continu, il serait nécessaire de prévoir une échelle séparée pour la gamme des volts en alternatif, ainsi qu'il est facile de le comprendre. Une telle disposition peut être appliquée sans sortir du cadre de cette invention, mais comme il n'est pas désirable d'avoir un nombre d'échelles supérieur à celui réellement nécessaire, la disposition suivante est préférée.
Au lieu d'être reliée à la résistance de multiplication de tension 30, la prise de 5 volts en alternatif 32 est reliée, à travers une résistance 33 de 950 ohms environ, à la prise de 5 mA. Une telle disposition a comme résultats que l'instrument consomme une plus grande quantité de courant dans cette gamne, mais elle permet d'utiliser l'échelle normale.
On se rend compte que, en ce qui concerne les mesures de tension, le circuit de courant alternatif n'est pas identique au courant de circuit continu, étant donné que, lorsque l'instru- ment a été réglé pour les mesures en alternatif, le redresseur 14 est monté dans le circuit et constitue en réalité, une résistance supplémentaire.
Pour compenser ce supplément de résistance et permettre en même temps le maintien de la même disposition d'échelle en particulier dans la seconde des deux basses des gammes de ten- sion en alternatif, des moyens sont de préférence prévus pour court-circuiter dans la résistance du multiplicateur de tension une portion de résistance qui est approximativement égale à la résis- tance du redresseur lorsque l'instrument a été réglé pour le cou- rant alternatif et pour une déviation totale sur l'échelle.
A cet effet, deux contacts interrupteurs 35 sont branchés aux bornes d'une partie 30a (possédant une résistance de 425 ohms environ) de la résistance 30 Lorsque le perautateur a été réglé pour la me- sure en alternatif,les contacts 35 sont court-circuités par une lame 36 qui sert aussi à relier le circuit d'entrée à haut poten- tiel au redresseur.
Pour la mesure des résistances, une batterie 50, par exemple de 3 volts, et deux bornes ou douilles supplémentaires 51 et 52 sont prévues dans l'instrument. Une des douilles, 52, est reliée au négatif de la batterie 50 à travers une résistance 53 de 2.447 ohms, par exemple, alors que l'autre douille 51 est reliée au positif de la batterie et à une prise réglable 54 du potentiomètre 11. La prise réglable 54 est prévue pour compenser les fluctuations de tension de la batterie 50. L'extrémité négati- ve du système 10 est reliée à uie lame d'interrupteur 55 qui occupe trois positions, selon la position du permutateur ou interrupteur principal.
Dans la position de mesure en alternatif la lame 55 touche un contact 56 dont le rôle sera décrit plus loin; dans la position de mesure en continu, la lame est libre, alors que dans la position de mesure en ohms, ou de la résistance, la lame touche le contact 57. Pour effectuer des mesures de résistance normale, on branche la résistance inconnue entre les douilles 16 et 52, de telle sorte que cette résistance inconnue est en série avec le système 10, la batterie 50 et la résistance 53, le système 10 étant shunté par la résistance 58. Cette disposition donne une indication à mi- échelle de 2.500 ohms.
Il est aussi possible, en utilisant les douilles à 25 volts ou à 250 volts sur le multiplicateur de tension, d'élargir l'échelle des ohms vers le haut, la résistance inconnue étant montée en série avec une source extérieure de tension et avec l'instru- ment, les facteurs de multiplication étant respectivement de 10 et 100. Les réglages de la tension peuvent être réalisés à l'aide du potentiomètre, un fil volant étant connecté entre les douilles 51 et 59, respectivement.
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Des moyens sont aussi prévus pour utiliser pour la mesure des faibles résistances le circuit en parallèles,c'est-à-dire la disposition de circuit dans laquelle l'instrument est branché en parallèle avec la résistance inconnue. A cet effet, la résistance inconnue est branchée entre la douille négative 16 et la douille à faibles résistances, 51, alors que le circuit de la batterie 50 est complété par l'adjonction d'un fil volant allant de la douille de résistance 52 à la douille à 2,5 ampères, 19. L'indication ob- tenue à mi-échelle sur cette gamme est approximativement de 50 ohms.
Revenant maintenant à la lame d'interrupteur 55, on rappel- lera que lorsque l'interrupteur principal permutateur a été amené à la position du courant alternatif, cette lame 55 établit le con- tact avec le plot 56. Toutefois; le plot 56 est relié à travers la résistance 60 et la résistance 53 à la batterie 50, de sorte qu'un courant de faible intensité passe constamment dans le système 10 lorsque l'interrupteur est dans la position de mesure en alternatif.
Ce courant compense la perte qui intervient dans le transformateur et le redresseur et donne une indication positive de petite ampli- tude, inférieure à la première division de l'échelle pour un cou- rant alternatif zéro. Ceci ne présente pas d'inconvénient et permet d'utiliser la même disposition d'échelle avec une exactitude plus grande. Le réglage normal du montage pour la mesure des résistances, effectué à l'aide du potentiomètre 11 en vue de compenser la fluc- tuation de la tension de la batterie, tend à maintenir le zéro du courant alternatif correct, quelle que soit la tension de la batte- rie. En service, la décharge de la batterie est trop faible pour influer sur sa durée en période d'inactivité.
Il est aussi possible d'incorporer utilement à l'instru- ment le système de doublage de gammes qui fait l'objet du brevet anglais antérieur N 423.199.
A cet effet, une résistance shunt 70, de 105 ohms, une résistance- série 71 de 52,5 ohms, et un permutateur 72 sont associés au galvanomètre de la manière décrite dans le susdit brevet. Ceci per- met de doubler le nombre des gammes d'intensité et de tension sans qu'il en résulte une complication exagérée, étant donné que dans une des positions du commutateur 72, une moitié seulement du courant traverse le galvanomètre, la résistance totale dudit système et du réseau de résistance restant la même dans les deux positions dudit commutateur. Pour d'autres détails du fonctionnement de cette partie de l'instrument, on se référera à la description du brevet précité.
Pour les mesures de résistance, le commutateur 72 est dans la po- sition dans laquelle le galvanomètre est dépourvu de shunt.
Lorsque le réseau de doublage décrit ci-dessus est utilisé conformément au brevet précité, il est nécessaire que la douille pour la mesure des basses tensions en alternatif soit reliée à une prise d'intensité de la manière précédemment décrite, en vue d'as- surer le maintien de l'exactitude dans les gammes se rapportant à cette douille pour basses tensions en alternatif.
Tous les contacts des commutateurs sont de préférence accouplés à une seule poignée de manoeuvre qui aura cinq positions indiquant les gammes haute et basse en alternatif, les ohms et les gammes basse et haute en continu, les positions "hautes" et "basses" correspondant aux deux positions du commutateur 72. Un in- dicateur mécanique est aussi de préférence accouplé avec la poignée du commutateur de façon qu'il donne une indication à proximité immédiate des douilles sur le point de savoir si la gamme est "basse" ou "haute", la gamme haute étant le double de la gamme basse.
On voit que, bien que les sections de transformateur
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19g., 2 , Sla, 22ae 23a et 24a et les sections de résistances 19b, ' 20b 21b 22b 23b et 24b restent en circuit pendant les mesures
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des tensions en alternatif, ces éléments n'ont qu'un effet négli- geable. Dans le cas des mesures de tension en alternatif, ils se comportent uniquement à la façon d'une réactance protectrice ou bobine de choc, mais si un courant alternatif est superposé à un courant continu d'amplitude raisonnable, le transformateur élimine- ra la composante de courant continu et l'instrument indiquera encore la composante de courant alternatif.
Dans le cas des mesures de tension en continu, les dits-, éléments se comportent à la façon d'une résistance shunt sur le système et, en raison de leur valeur, dont le total est de 150 ohms dans le cas envisagé, ils assurent le passage de la proportion correcte du courant à travers le système.
Si l'on désire utiliser un transformateur ayant un secon- daire distinct en remplacement de l'auto-transformateur décrit ci-dessus, on peut le faire d'une manière simple en branchant le secondaire directement aux bornes d'entrée du redresseur et en re- liant l'extrémité à haut potentiel de ce circuit, à travers une résistance pour les faibles tensions en alternatif, à l'un des plots d'un permutateur unipolaire dont la lame de contact est reliée à la borne à bas potentiel de la résistance de multiplication de tension.
La résistance de multiplication à basse tension de courant continu est reliée par un fil allant de l'autre pale à l'extrémité du cir- cuit primaire et la jonction du multiplicateur de tension à courant continu et de l'extrémité du circuit primaire à un pôle du permu- tateur bipolaire. Le permutateur unipolaire agit alors de façon à déconnecter le redresseur et le secondaire du transformateur d'avec le circuit de tension à courant alternatif lorsque l'instrument est réglé pour les mesures en continu et pour relier l'extrémité du cir- cuit primaire au multiplicateur à courant continu.
Il est, en outre, possible d'élargir les gammes de l'in- tensité en continu et en alternatif à l'aide de shunts extérieurs utilisés conjointement avec une gamme à milliampère, dans le cas du courant continu, et avec une gamme d'intensité, dans le cas du cou- rant alternatif. Dans ce dernier cas, il est préférable de choisir une gamme ayant une valeur d'élévation assez élevée, par exemple de 100 à 1. La chute de tension aux bornes du circuit d'entrée est alors beaucoup plus faible que celle qui serait exigée par d'autres dispositifs, et en outre, on peut utiliser la même disposition d'échelle graduée uniformément.
Il est aussi possible, par un choix convenable de valeurs, d'utiliser le même shunt extérieur pour obtenir la même gamme sur le courant alternatif et le courant con- tinu, en faisant en sorte que la chute des millivolts de la prise utilisée pour les mesures en continu corresponde à celle de la prise utilisée pour les mesures en alternatif.