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PERFECTIONNEMENTS AUX APPAREILS DE MESUHE DE COURTS INTERVALLES DE TEMPS.
L'invention se rapporte à des appareils de mesure du temps, plus particu- lièrement à ceux qui permettent de mesurer de très courts intervalles, et qui comportent un condensateur qui se charge au cours d'un tel Intervalle; une mesure de tension aux bornes dudit condensateur permettant de déterminer la durée dudit Intervalle par une mesure effectuée à la fin de ce dernier.
L'un des objets de l'Invention consiste en un régime constant de charge du condensateur, de telle sorte qu'il existe une relation linéaire entre la tension aux bornes et ltinter- valle de temps à mesurer*
Un autre objet de l'invention consiste à disposer l'appareil de mesure de ladite tension de manière à éviter la décharge du condensateur, consécu-
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-tie la mesure de ladite tension.
Grâce à ce dispositif, cette tension n'atteint pas uns valeur trop faible, du fait qu'on effectue la mesure du courant qu'elle en-
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gendre, si bien qu'on peut effectuer sans hâte des mesures précises et aussi jttnté- gration d'intervalles séparés% Au cours du développement de l'invention, on a été conduit à utiliser un dispositif de commande électronique pour maintenir constant le régime de charge du condensateur, ce dispositif de commande étant réglé de manière à ne prélever sur ledit condensateur qu'un courant négligeable. De plus, l'une des
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bornea de ce condensateur est maintenue à un potentiel rigouaement fixe par rap- port au pôle de la ligne d'alimentation de laquelle le condensateur est déconnecté en fin de charge,
si bien que la différence de potentiel aux bornes dudit condensa- teur peut être mesurée par un voltmètre connecté entre l'autre borne du condensateur et la ligne d'alimentation déconnectée, sans prélever de courant sur le condensateur" L'invention sera mieux comprise par la lecture de la description qui suit et l'examen des dessins annexés où :
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La figtl est une des formée de l'invention permettant d'en comprendre l'esprit;
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la fig*Z représentant des courbes de la tension en fonction du temps, au cours d'une mesure,
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la flgç3 une courbe ùe courant grille en fonction des tensions grille des tubes utilisée dans 1+équipemen% de la flg.1; la fîg*4 une tome préférée de l'invention, la fig.5 des courbes de mesure de tension en fonction du tens.
En se référant ai la figwl, on voit en 10, un condensateur connecte à une source de coûtant continu 11, par une résistance 12 et un interrupteur lg En sup- posant que le condensateur doive être déchargé complètement,> si l'alimentation 11 est constante et si l t interrupteur i. est fermé pendant un intervalle Inférieur à celui nécessaire à charger complètement le condensateur par la source 11, la tension aux bornes du dit condensateur, à la fin de l'intervalle, constituera une mesure de ce dernier.
A la droite du condensateur on a représenté un voltmètre t7or,mionicgus destiné à mesurer la tension en fonction du temps et, à cet effet, ledit voltmètre est alimenté par la source 11; la grille 14, ainsi que la cathode 16, dudit tube 15 sont connectées aux bornes du condensateur, de telle aorte que le courant dans le tube soit proportionnel à la différence de potentiel aux bornes dudit condensateur*
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un tel dispositif présente certains ineonvùnienta que l'invention permet de @ pallier,
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En premier lieu, la relation entre la tension de charge et la durée de la dite charge n'est pas linéaire,
ce qui introduit des complications deas l'étalonne- ment du dispositif et rend Impossible l'intégration d'intervalles de temps séparés, l'appareil pouvant être également soumis à Inaction de variations quelconques de la tension de la source d'alimentation; ce que l'on voit fig.2, où la courbe A repré- sente la différence de potentiel aux bornes du condensateur de la fig.1, au cours de sa charge pendant un intervalle "t". On voit que le régime de charge est dievé au début, mais diminue assez rapidement, Par conséquent, la différence de potentiel aux bornes du condensateur n'est pas rigoureusement proportionnelle au temps.
De plus, si la tension de la source varie, la courbe A varie également; la courbe en pointil- lé "a" montre qu'avec une tension légèrement plus élevée, le condensateur pourrait atteindre la même différence de potentiel dans le temps plus court ta. Un autre in- convénient concernant le dispositif de la fig,l consiste en ce que le tube 15 absorbe du courant sur le condensateur, par la grille 14, et ce courant de grille est varia- ble pour chaque valeur de la différence de potentiel aux bornes du condensateur; ce que représente la fig.3 où l'on voit la courbe G de variation du courant de grille 1g en fonction de la tension Eg entre cathode et grille.
Le seul intervalle au cours duquel la grille 14 ne prélevé par de courant sur le condensateur 10 de la fig, 1,correspondit à une valeur négative x de Eg. Il en résulte que le voltmètre utilisé à la mesure de la différence de potentiel aux bornes du condensateur, absorbe une partie du courant au cours de la charge et aussi à la fin, avant qu'une lecture ne puisse être effectuée, de telle sorte que la tension aux bornes du condensateur commence à prendre une valeur plus basse au moment de l'ouverture de l'interrupteur 13, ainsi que le représente le prolongement D de la courbe A au delà de l'instant "t" fig.2.
Cette décroissance continue, en régime variable, jusqu'à ce que le potentiel de la grille 14 ait atteint la valeur x, fig.3. Ceci signifie évidemment que la mesure doit être lue très rapidement, ce qui n'est pas compatible avec une bonne pré- cision. L'étalonnement du voltmètre thermionique 1 est aussi sujet aux variations de caractéristique du tube 15. Ces difficultés sont palliées en chargeant à régime constant le condensateur et en effectuant la mesure de différence de potentiel, sans prélèvement sur le courant de charge ou sans perturber ladite charge,ainsi que le représente la courbe C34, de la fig.5, selon le processus que l'on décrira mainte- nant.
Dans la fig.4, on a prévu un condensateur 20, connecté aux bornes d'une
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source à courant continu 21, à travers un tube électronique 22, utilisé comme in- terrupteur pour commencer et arrêter laheharge de ce condensateur au début et à la fin de l'intervalle de temps à mesurer* Ce circuit de charge comporte également des résistances 23, 24, 25; la résistance 24 étant initialement réglable; il comporte également des interrupteurs sélectifs 26 et 27.
Le tuba 22, qui correspond à l'in- terrupteur 13 de la fig,l, est commandé par la fonction temps à mesurer, et sa gril- le de commande 28 est reliée à une boite 29 qui peut contenir un appareil électroni- que de commutation ou de commande rapide, pour polariser la grille de commande du tube 22, de manière à assurer le fonctionnement de ce dernier au commencement d'un Intervalle de temps à mesurer et à le couper à la fin dudit Intervalle.
Le tube 22 aussi bien que le tube 30 comportent un suppresseur et des grilles-écran 31 et 32, ainsi qu'on l'a représenta Pour couvrir différentes valeurs d'intervalle de temps l'un queleonque des trois condensateurs 20, 33 et 34 peut être sélectionné et on a constaté qu'il convenait de choisir ces condensateurs avec des rapports de capacité de 1, 10 et 100, C'est ainsi que le condensateur 34 peut être un condensateur de 10 microfarads, le condensateur 33, un microfarad, et le condensateur 20, 0,1 micro- farad.
Quand le commutataur 27 est déplacé pour choisir l'un de ces condensateurs et aussi un intervalle de temps d'une certaine valeur, le commutateur 26 est aussi manoeuvra :pour choisir la résistance de charge ayant la valeur convenable, de telle sorte que la chute de tension à travers les différentes résistances 23-24, ou 23-35, eto.. puisse toujours être la même pour des raisons que l'on va maintenant exposer.
Pour représenter au mieux les conditions de la pratique, on a donné cer- %aines valeurs de différents éléments des cireuits et dos tenolono utilisées, mais on conçoit qu'elles ne limitent en rien l'invention.
La source à courant continu 21 sera supposée de 400 volts, mise à la terre par son négatif sur la cathode du tube 221 aux bornes de ladite source, on a prévu des tubes à lnaur 36 et 37 constituant un circuit régulateur et diviseur de tension, et auaaei une résistance 38 permsttant d'obtenir différentes valeurs de ladite ten- sion en cours de fonctionnement* O'est ainsi que les tensions aux bornes de chacun des tubes à lueur sont d'environ 75 volts, de telle sorte qu'on applique + 75 volta entre la grille écran du tube 32 et la cathode du tube 30, par la connexion 39.
Les tubes 30, 40 et 41 sont connectés en cascade aux bornes du condensateur choisi, le condensateur 20 par exemple, et serrent à maintenir constant le régime de charge sans absorber une partie appréciable du courant, au cours de ladite charge.
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en notera que la grille 42 du tube 30 est connectée à la borne inférieure du conden- sateur et à la résistance 24. Par conséquent, la grille 42 est reliée à la connexion entre les interrupteurs 26 et 27.
L'un des aspects importants de l'invention consiste à maintenir la tension en ce point, à une valeur telle, par rapport à la cathode 43 du tube 30, qu'aucun courant ne traverse la connexion de grille ou, en d'autres ter- mes, la grille 42 est maintenue à un potentiel voisin de la valeur x .comme on 1'a dit à propos de la fig.3, par rapport au potentiel de la cathode 43. Comme cette der- nière est maintenue à + 75 volts par rapport à la masse, du fait de sa connexion à ladite masse, par l'intermédiaire du tube à lueur 36, fonctionnant sous 78 volts, le potentiel de la grille 42 doit être maintenu à environ 74 volts par rapport à la mas- se.
Le réglage du potentiel de la grille-écran 32 du tube 30 est très utile au ré- glage final nécessaire pour amener à zéro le courant sur la grille 42, Cela signifie que la charge du condensateur 20, à travers les résistances 24 et 25, doit s'effec- tuer à un régime tel que la chute de tension, à travers ces résistances et le commu- tateur électronique 22, soit d'environ 74 volts; ce qai est également le cas si on a choisi le condensateur 38 et les résistances 35.
Les résistances 24-35, etc. sont prévues réglables de manière à pouvoir disposer de la valeur initiale du courante
Une autre caractéristique de l'invention consiste en ce que, dès que oom- mence la charge du condensateur, ce dernier possède une charge initiale normale telle que sa borne inférieure se trouve au potentiel désiré. Ce résultat est obtenu en portant la connexion de grille 42 sur le diviseur de tension par l'intermédiaire du commutateur 50.
Ce diviseur de tension comprend les résistances 25, 51,52 con- nectées en série aux bornes de la source d'alimentation et proportionnées de telle sorte que le point de connexion au circuit de grille,, par le commutateur 50, se trou- ve à 74 volts par rapport à la masse dans l'exemple donné et dans les conditions nor- males, Quand l'interrupteur est fermé et si la valeur,de la charge du condensateur est inférieure à une valeur prédéterminée, il passe un certain courant de charge par les résistances 25 et 52,, Si, au-dessus d'une valeur prédéterminée, le condensateur se décharge à travers la section de résistance 51, jusqu'à ce que la charge soit égale à la chute normale de tension sur la résistance 51, le seul courant qui la traverse est celui qui passerait dans le cas où les interrupteurs 50 et 22 sont ou- verts,
mais avec le tube 41 absorbant le courant maximum à travers la résistance 25, Par conséquent, avant chaque mesure, on ferme l'interrupteur 50 pendant un certain temps pour obtenir une charge bien définie sur la condensateur.
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La circuit des tubes en cascade peut être considéré comme un circuit à contre-réaction et sert à accroître le potentiel sur la borne supérieure du conden- sateur en charge, au cours de l'intervalle de temps à mesurer, en raison directe de ce temps et de la charge dudit condensateur, alors que la potentiel sur la borne in- férieure do ce dernier est maintenu constant dans des limites très étroites. Le fone tionnement est le suivant la tension sur la grille 42 tend à diminuer quand on fer- me l'interrupteur électronique 22, ce qui oblige le tube 30 à absorber moins do cou- rant et à accroître la tension sur la grille de commande du tube 40. Ce dernier ab- sorbe plus de courant, avec diminution corrélative de la tension sur la grille de commande du tube 41.
Le courant de ce dernier décroît alors et le courant qui le parcourt, vient de la même résistance régulatrice 25 qui se trouve dans le circuit de charge du condensateur* Le courant de régulation que laisse passer ledit tube ré- gulateur, s'ajoute à tout courant de charge d'un condensateur quelconque dans la ré- sistance 25. En conséquence, quand le courant dans le tube 41 diminue,le potentiel sur la borne supérieure du condensateur augmente,; toute tendance à l'accroissement du régime de charge accroît la tension sur la grille 4 et aussi le courant dans les tubes 30 et 41 et corrige cette tendance. De même toute tendance à une diminution dudit régime de charge diminue le potentiel sur la grille 42 et la valeur du courant dans les tubes 30 et 41 corrigent également ladite tendance.
Il en résulte que le condensateur est chargé à régime constant pendant l'intervalle de temps précitée le potentiel de la grille 42 étant maintenu constant dans d'étroites limites, à la va- leur pour laquelle un courant de grille négligeable est prélevé sur le circuit de charge du condensateur. Quand le condensateur est chargé,le courant absorbé par le tube 41, à travers la résistance 25, diminue- ce qui provoque l'accroissement du potentiel sur la borne supérieure du condensateur, quand la charge augmente.
A la fin de l'intervalle, le tube Interrupteur ouvre son circuit et,comme la grille 42 se trouve à un potentiel pour lequel :il ne laisse passer aucun courant, il n'y a aucune perte de charge sur le condensateur et 1''accroissement de potentiel sur sa borne su- pêrieure ,au cours dudit intervalle,peut être mesuré avec précision et sans avoir à se presser indûment. A la fin de l'intervalle, le circuit des tubes en cascade fonc- tionne encore pour laisser passer, à travers la résistance 25, un courant suffisant pour maintenir le potentiel de la borne supérieure du condensateur à la valeur qu'il possède à la fin de cet intervalle.
Par conséquent, le circuit régulateur en cas- cade sert à accroître le potentiel sur la borne supérieure du condensateur,
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suivant un régime constant, au cours de la période de charge, et à l'y maintenir à la fin de l'intervalle, sans prélever.de courant appréciable sur le circuit de char- ge à un Instant quelconque et, comme le potentiel sur la borne Inférieure du conden- sateur est fixé par la relation de tension entre cathode et grille du tube 30 et que le potentiel de cathode est maintenu à une valeur prédéterminée par rapport à la mas- se, par le tube régulateur 36, l'accroissement de potentiel sur la borne supérieure du condensateur par rapport à la masse, constitue une mesure précise de l'intervalle de temps.
Bien qu'cn ne l'ait pas mentionné plus haut, on notera que les tubes 30 et 40 sont convenablement connectes à la source d'alimentation pour que leur fonc- tionnement soit celui qu'on vient de décrire.
On voit maintenant que le dispositif ci-dessus permet la charge du conden- sateur de mesure, à un régime constant, Indépendamment de toute variation normale de la source d'alimentation'et aussi des caractéristiques des tubes; de même la conne- xion de grille ne provoque pas de variation de potentiel sur le condensateur avant ou pendant la mesure. On se référera maintenant à la fig.5, qui représente les cour- bes de différence de potentiel en fonction du temps.
La différence de potentiel aux bornes de l'ensemble de l'appareil, qui est de 400 volts dans l'exemple donné, est représentée en ordonnées, la partie comprise entre 200 et 225 volte étant représen- têe à plus grande échelle que les valeurs supérieures ou inférieures. La tension zéro est celle de la masse dans la fig.4. La tension 74 est celle de la connexion de grille 42, la chute de tension est sensiblement de 74 volts sur les résistances 23 et 24 au cours d'une mesure sur le condensateur 20.
La valeur de tension comprl- ' se entre 74 et 200, correspond à la charge initiale du condensateur, soit 176 volts au commencement de la mesure. L'écart compris entre 200 et 225 volts représente l'é- cari de charge au cours de la mesure et la différence de potentiel entre la borne supérieure du condensateur,et la borne supérieure de la ligne, qui est de 400 volta, représente la tension aux bornes de la résistance 25. Le temps est représenté en abscisses, en milli-secondes, L'appareil est disposé de telle sorte que le conden- sateur 20 soit chargé de 176 à 201 volts en dix milli-secondes, et la courbe 020 de la fig.5 représente la tension en fonction du temps sur ce condensateur au cours de l'Intervalle t1 de 9 milli-secondes.
On notera que la courbe est une droite du fait que le régime de charge est constant; on notera aussi qu'à la fin de l'in- tervalle, la tension représentée par le prolongement horizontal de la courbe, ne diminue pas du fait qu'aucun courant de mesure ou aucun autre n'est prélevé sur le condensateur, Quand le condensateur 33 et les résistances 35 et 23 sont
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en cours d'utilisation, le régime de charge est de nouveau constant et tel que le condensateur 33 se charge de 200 à 225 volts en 100 milli-secondes.
La courbe C33 correspond à 1 utilisation du condensateur 33 où les intervalles t2, t3, t4 sont Intégrés; en d'autres termes, l'interrupteur électronique 22 était ouvert momentané- ment au cours des intervalles a et b ,et l'on avait la courbe C33. L'accroisse- ment de différence de potentiel aux bornes du condensateur est alors de 22 volte et correspond aux Intervalles T2 + t3 + t4, mais à une échelle de temps multipliée par 10 par rapport à la courbe C20, soit 88 milliaecondes.
Les parties a et b de la courbe C33 peuvent correspondre, on le conçoit, à des intervalles plus longs qu'on ne 19 Il représentât sana Introduire d'erreur dana la mesure intégrée, du fait que la différence de potentiel sur le condensateur ne baisse pas comme dans le cas de la fig.2.
La courbe C34 correspond au condensateur 34 et à sa résistance, l'intervalle $tant de 740 milli-secondes et produisant un accroissement de potentiel de 18,5 volta
Pour mesurer l'accroissement de potentiel sur le condensateur à la fin de l'opération, sans absorber de courant sur le condensateur utilisé, on peut connecter un voltmètre ordinaire entre la borne supérieure du condensateur et la masse, et re- trancher la valeur des lectures au commencement et à la fin de l'intervalle* Une telle connexion ne prélève pas de courant sur le condensateur, du fait que le cir- cuit de ce dernier est ouvert sur l'interrupteur 22 et qu'aucun courant ne le traver- se par la connexion de grille 42.
On préfère toutefois utiliser le dispositif de voltmètre ayant la caractéristique susmentionnée, mais qui indique seulement la va- riation de potentiel sur le condensateur, de telle sorte qu'on lise zéro au commen- cernant de l'intervalle et qu'on puisse lire sur la totalité de l'échelle, pour un accroissement de potentiel de 25 volts sur le condensateur.
'OU tel voltmètre est représenté en 44, connecté à la borne supérieure du condensateur par une résistance 45, au point 46 du circuit régulateur et diviseur de tension qui est à 150 volts par rapport à la masse, Par conséquent, un courant tendra à traverser le voltmètre dans le sens de la flèche en traita pleins, et proportionnel à la différence de po- tentiel entre la borne supérieure du condensateur et le point 46 à 150 volts,,
On prévoit une connexion 47 sur la borne supérieure du voltmètre, par l'in- termédiaire d'une résistance 48 et une partie réglable sur la résistance 49, en shunt sur le tube à lueur 36, régulateur de tension. Un courant traverse cette connexion à partirdu point 46 et aussi l'appareil de mesure, comme l'indiquent les flèches en pointillé.
Quand le condensateur utilise a une charge normale correspon-
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-dent à 176 volts au commencement de l'intervalle, et quand sa borne supérieure est à 200 volts, on règle la partie 49 de telle aorte qu'aucun courant ne traverse l'ap- pareil 44 et on lit zéro. Les autres résistances dans ce circuit sont prévues telles qu'on puisse lire sur l'échelle entière, quand la tension sur la borne supérieure du condensateur s'élève à 225 volta, Cet appareil est étalonne directement en unités de temps, telles que la milli-seconde, et on utilise un coefficient approprié suivant les différente condensateurs utilisés.