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FLUXMETRE.
L'invention a trait à un appareil et des circuits à noyau satura- ble pour mesure d'un flux unidirectionnel, et son objet est d'établir des appareils de ce genre doués d'une sensibilité élevée et suscepti- bles d'amplification. Un aspect important de l'invention est l'emploi d'un ou plusieurs circuits accordés comprenant une inductance variable à noyau saturable. Si l'on emploie deux circuits accordés, on peut ob- tenir un effet amplificateur différentiel en faisant fonctionner les deux circuits sur différentes pentes ou en sens inverse sur la même pente de leurs courbes de résonance, dans la'gamme de détection ou de mesure.
L'invention sera bien comprise en se reportant aux des-
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-sins qui l'accompagnent à titre d'exemple non limitatif, et dans les- quels :
La figure 1 représente une réalisation simple de l'invention, com- prenant un circuit résonnant dans lequel on obtient une variation de l'accord pu moyen d'une inductance à noyau saturable.
La figure 2 présente des courbes de résonance qui expliquent la figure 1.
La figure 3 montre une disposition dans laquelle on emploie en fonctionnement différentiel une paire de circuits résonnants à noyau saturable.
Les figures 4 et 5 sont de courbes de résonance qui expliquent la disposition de la figure 3.
La figure 6 représente une application de'l'invention avec une boussole, et dans laquelle le degré de saturation est commandé par le champ terrestre.
Les figures 7 et 8 sont des courbes de résonance qui expliquent la figure 6.
La figure 9,représente une autre réalisation de l'invention, dans laquelle le principe du circuit résonnant différentiel est combiné avec un dispositif amplificateur push-pull excité par courant alternatif.
Sur la figure 1, on a représenté en 10 un circuit à courant conti- nu dans lequel on désire mesurer l'intensité, 11 représente un noyau saturable en matière à haute perméabilité magnétique, dont le point de saturation est bas, telle par exemple que le métal. Ce noyau est aiman- té par un flux unidirectionnel proportionnelle,:Lent au courant continu à mesurer gréée à un enroulement 12 mis aux bornes d'un shunt 13 dans le circuit 10. 14 représente un autre enroulement sur le noyau 11; cet enroulement reçoit son énergie d'un courant alternatif provenant de la source 15. L'enroulement 14 est en série avec un condensateur 16 et un instrument 17 sensible au courant alternatif.
On voit que lecircuit de courant alternatif contient une inductance 14 qui varie suivant le degré de saturation du noyau 11 et le condensateur 16 que l'on peut aussi choisir variable pour les besoins de l'étalonnage. C'est toute- fois l'inductance du noyau saturable qui est la mesure variable
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du circuit de courant alternatif. Le circuit contiendra aussi une cer- taine résistance, et de la valeur de celle-ci dépendra le caractère plus ou moins aigu de la courbe de résonance du circuit.
On sait qu'on peut employer un dispositif analogue à celui que re- présente ici la figure 1 en supprimant le condensateur 16, pour mesurer. un courant continu en mesurant le courant alternatif par un appareil de mesure 17, suivant la variation de l'inductance du circuit à courant al- ternatif d'après les divers degrés de saturation de noyau 11. Toutefois, quand le circuit à courant alternatif est accordé, au moyen d'un conden- sateur et qu'on utilise convenablement le circuit sur la pente ae la courbe de résonance, on obtient une importante augmentation de la sensi- bilité. On va supposer que, lorsqu'aucun courant continu ne circule dans la bobine 12, le circuit à courant alternatif ait une courbe de résonan- ce a (voir figure 2), et fonctionne au point x de cette courbe pour la fréquence de la source 15, que l'on suppose constante à 50 p/s par exem- ple.
Donc, à ce moment, il passera un courant x dans l'instrument 17, mais l'on peut annuler son indication de façon à avoir une lecture du zéro sur la graduation. Si du courant continu circule dans la bobine 12, ce courant correspondant à la limite supérieure du courant continu à me- surer, on peut établir les constantes du circuit de façon que la carac- téristique de la courbede résonance du circuit à courant alternatif soit représentée par la courbe b, parce que par suite de la saturation du noyau 11, l'inductance dans le circuit à courant alternatif a diminué, et par conséquent le circuit à courant alternatif sera accordé sur une résonance à une fréquence plus élevée qu'auparavent. Toutefois, la fré- quence reste constante, de sorte qu'il passe maintenant un courant y dans l'instrument 17.
On a constaté que l'on peut ainsi augmenter beau- coup la sensibilité du dispositif en ajoutant simplement un condensateur et en profitant du principe de résonance.
La figure 3 comporte deux noyaux saturables 18 et 19, munis chacun d'enroulements à courant continu saturateur 20 et 21, lesquels, montés en série, reçoivent l'énergie d'une source 10, et d'enroulements à cou-
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-posés dans les circuits parallèles des bobines 22 et 23. Un instrument 26, redresseur à double alternance est monté pour tenir compte de la différence de tension, s'il en existe, aux bornes des bobines 22 et 23.
On remarquera que les bobines à courant continu placées sur le# deux noyaux portent des enroulements en sens contraire, tandis que les enrou- tements à courant alternatif sont de même sens. On obtiendrait le même effet en enroulant les bobines à courant continu dans le même sens et celles du courant alternatif en sens contraire l'une de l'autre.
Dars le dispositif de la figure 3, quand il ne circula pas de cou- rant continu, les circuits à courant alternatif sont réglés de façon que le circuit qui contient l'enroulement 22 et le condensateur 24 fonction- ne a peu près au point milieu de la pente de haute fréquence de sa cour- be de résonance, soit au point x, courbe c, figure 4, tandis que le cir- cuit contenant l'enroulement 23 Pt le condensateur 25 fonctionne à peu près au point milieu de la pente de basse fréquence de sa courbe de ré- sonance, soit au point x, courbe d, figure 5; et en outre, de façon qu'il passe des courants égaux x dans les circuits parallèles à courant alternatif. il est évident dans ces conditions, que la tension aux bor- nes de laquelle l'instrument redresseur 26 est branché, est nulle, et qu'il ne passe aucun courant dans l'instrument redresseur.
Si maintenant du courant continu circule dans les enroulements 20 et 21 pour saturer plus ou moins les noyaux 18 et 19, les réactances des circuits à cou- rant alternatif diminueront, et à la limite supérieure du flux de cou- rant continu, la courbe de résonance du circuit à courant alternatif qui contient l'enroulement 22 sera représentée par la courbe e de la figure 4, et elle supporte un courant accru y, tandis que la courbe de résonance au circuit contenant l'enroulement 23 sera représentée par exemple par f, figure 5, et supporte un courant diminué z. Il faut re- marquer que malgré la saturation de noyau 19, le courant décroît dans son circuit d'enroulement à courant alternatif parce qu'il y a un écart supplémentaire avec la condition de résonance.
Les tensions aux bornes des enroulements 22 et 23 seront proportionnelles à la différence des courants y - z qui les traversent, et cette tension est appliquée aux bornes de l'instrument redresseur 26 et le fait traverser par
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un flux correspondant de courant continu. On voit alors que l'indica- tion de l'instrument redresseur sera proportionnelle au courant continu qui passe dans le circuit 10, mais la possibilité d'amplification ou la sensibilité du dispositif de mesures seront augmentées plusieurs fois par rapport aux dispositifs de mesure à noyau saturable sans réso- nance dutype précédemment connu.
La figure 6 présente une modification de l'invention, adaptée pour un indicateur magnétique de direction avec lecture à distance et dans laquelle l'effet variable de saturation est commandé par le champ ter- restre. Dans la figure 6, les pièces de noyaux 18 et 19 doivent être placées de façon à être soumises au champ terrestre. Elles peuvent par exemple être placées sur l'aile d'un avion, à distance suffisante d'au- tres matières magnétiques et d'influences perturbatrices pour répondre avec précision au sens et à l'intensité du champ terrestre, et avoir leurs enroulement à courants alternatifs reliés à un indicateur à dis- tance 27 disposé de façon à indiquer la direction dans laquelle avance l'avion.
Les pièces de noyau 18 et 19 sont de dimensions et de matière telles qu'elles devienrent partiellement saturées par le champ terrestre quand elles se trouvent en ligne avec lui, du fait de la rotation de l'avion, ou de toute autre structure à laquelle elles sont fixées. Le champ terrestre remplace les enroulements à courant continu 20 et 21 de la figure 3, et il existe en outre des enroulements polarisateurs à courant continu 28 et 29, de sens opposés entre eux sur les deux noyaux et branchés en série sur une source à courant continu 30 par l'intermé- diaire d'un rhéostat réglable 31. Les enroulements à courant alternatif 22 et 23 et les condensateurs 24 et 2b en série aec eux correspondent aux mêmes éléments de la figure 3.
L'instrument 27 est figuré comme un instrument de mesure des rapports dont les bobines 32 et 33 sont bran- chées pour mesurer le rapport des courants c:ans les circuits accordés pdralléles à courant alternatif. Cet instrument peut être, soit pour courant alternatif, soit pour courant continu, et muni d'un redresseur pourvu qd'il puisse indiquer le rapport des courants alternatifs.
Sur la figure, on suppose que les extrémités supérieures des noyaux 18 et 19 sont tournées verd le nord magnétique, donc re-
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-cueillant une portion du champ terrestre dans une direction donnée.
Le réglage de l'appareil est le suivant : quand les tiges de dé- tection du flux terrestre 18 et 19 sont tournées dans une direction est ouest, de façon à na rien recueillir du champ magnétique terrestre, on règle le courant dons les bobines 28 et 29 de fagon à saturer partielle Tient les tiges 18 et 19, et on règle les condensateurs 24 et 25 pour que le circuit du condensateur 24 fonctionne au point 7x de la courbe .la, figure 7, et celui du condensateur 25 au point 8x sur la courbe 8a, figure 8. A ce moment, les courants dans les bobines 32 et 33 sont égaux et, l'instrument 27a une déviation médiane et.
son aiguille est en face du repère E-W, ce qui indioue que l'avion se dirige vers l'est ou vers l'ouest. Comme cet état de chose existe quand les tiges 18 et 19 sont à angle droit avec le champ terrestre, l'instrument 37 n'indiquera pas lui-même si l'avion se dirige vers l'est ou vers l'ouest; aussi l'invention comporte-elle une petite boussole bon marché 34' qui marque ra E ou 0 selon la direction de l'avion. Il suffit que l'exactitude de la boussole permette de distinguer entre l'est et l'ouest. On va suppo- ser .maintenant que l' avion fasse route franc nord, de sorte que les ti- des ae détection 18 et 19 recueillent le maximum de Flux terrestre dans le sens ce la marche.
Le sens du courant dans la bobine 29 de la -tige 19 est tel que son flux s'ajoute à celui de la terre dans la tige 19 et augnentela saturation de celle-ci, diminuant l'inductance du circuit à courant alternatif correspondant et provoquant pour celui-ci une cour be de résonance 8b et un courant 8y, figure 8. Toutefois, le courant dens la bobine 28 a un sens tel qu'il s'oppose au flux terrestre recuel li par la tige 18, de sorte cue la saturation de celle-ci diminue et que son circuit à courant alternatif correspondant fonctionne mainte- nant au point 7y, courbe 7b,figure (.
L'instrument à mesurer les rap- ports 27 mesure alors le rapport des courant 8y et l'indication de
7y l'instrument correspondant au repère N : et c'est l'indication que représente ls figure 6;
Si maintenant l'avion se dirige vers le sud, la bobine 28 va ajou- ter son flux au flux terrestre d.e la tige 18, tandis que la bo -
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-bine 29 va s'opposer au flux terrestre de la tige 19. Les circuits à courant alternatif correspondants vont fonctionner respectivement sur les courbes de résonance 7c et 8c avec des courants 7z et 8z, figures 7-et 8. Dans ces conditions, la bobine 32 sera prédominante, et l'ins- trument indiquera S.
Pour les directions intermédiaires, l'instrument donnera des indications intermédiaires et l'on peut étalonner en con- séquence la graduation en angles de direction.
Le système push-pull de la figure 6 représente un perfectionnemeit même sans utiliser les phénomènes de résonance. Toutefois, l'applica- tion des principes de résonance décrits augmente très notablement la sensibilité. La sensibilité ou la Dépense en amplification du disposi- tif push-pull à résonance à noyau saturable des figures 3 ou 6 peut encore être augmentée par un couplage inductif différentiel entre les circuits parallèles à courant alternatif et les noyaux saturables, em- ployé comme le représente' la figure 9.
xeption faite des enroulements supplémentaires à courant alternatif 36 et 37 de la figure 9, le dispo- sitif équivaut à celui que représente la figure 3 et les parties équi- valentes sont désignées par les mêmes chiffres de référence dans les deux figures, On voit que dans la figure 9, le circuit de l'enroulement à courant alternatif 23 sur le noyau 19 comprend un enroulement 36, de peu de tours, sur le noyau 18, en sens inverse de l'enroulement princi. pal à courant alternatif 22 sur ce noyau et de même le circuit de l'en. roulement à courant alternatif 22 sur le noyau 18 comprend un enroule- ment 37, de peu de tours, sur le noyau 19, en sens inverse de l'enrou- lement principal à courant alternatif 23 sur ce noyau.
Grâce à ce dis- positif, les ampères-tours d'excitation du courant alternatif effectif varient plus vite que le courant d'excitation alternatif. En supposant que les bobines 22 et 23 aient chacune 100 tours et les bobines 36 et 37, 20 tours et que, lorsque les courants dans les deux circuits à cou. rant alternatif sont égaux, il passe un ampère dans chaque circuit, les ampères-tours effectifs à courant alternatif dans chaque circuit à courant alternatif sont 100-20 = 80.
En supposant maintenant que par suite de conditions différentes de saturation, le courant d'excita- tion à courant alternatif de l'enroulement 22 augmente de 10%, et @
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que celui de l'enroulement 23 diminue de 10%, les ampères-tours effec- tifs dans la branche 22 deviennent alors 110-18 = 92, et dans la bran- che 23 :: 90-22 = 68. Ainsi, une variation de 10% dans le courant d'ex- citation a provoqué une variation de 15% des ampères-tours effectifs dans les circuits à courant alternatif en couplage différentiel. La réactancedans chaque branche de circuit à courant alternatif est propoi tionnelle aux ampères-tours effectifs à courant alternatif.
Donc une variation de la saturation qui influe sur la réactance ou sur les am- pères-tours effectifs est amplifiée par ce couplage différentiel ou croisé des circuits à courant alternatif. Cela s'ajoute à l'amplifica- tion obtenue en vertu du principe de résonance différentielle employé. n utilisant convenablement le principe de résonance différentielle et le couplage différentiel des circuits à courant alternatif, on peut réaliser une amplification de l'ordre de six fois la réponse du dispo- sitif ordinaire à noyau saturable.