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PERFECTIONNEMENTS AUX INSTRUMENTS DE MESURE
AUX RELAIS ET AUTRES APPAREILS ANALOGUES
La présente invention se rapporte aux instruments de mesure ainsi qu'aux relais et autres appareils du même genre, et plus particulièrement aux appareils de ce type comportant un équipage pivotant autour d'un axe sous l'effet d'un oouple que l'on veut utiliser soit pour mesurer la cause qui le produit (cas d'un galvanomètre ou ampèremètre etc...) soit pour obtenir un résultat mécanique donné (fermeture d'un circuit électrique dans le cas des relais) ; cette invention a pour objet de rendre insensible aux chocs, aux vibrations et autres accélérations les instruments en question, ainsi que de supprimer les efforts s'exerçant sur les organes de liaison entre l'équipage mobile et son support.
Comme oonsé- quence, elle permet d'utiliser pour la liaison entre l'équipa-
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ge mobile et son support des organes très délicats tels que les suspensions par fils ténus, par exemple, même pour les instruments susceptibles d'être soumis à des accélérations, des vibrations ou des chocs, grâce à quoi on peut augmenter dans des proportions considérables la sensibilité de ces ap- pareils.
Elle a aussi pour conséquence dans les appareils à indication (spot lumineux) en particulier d'assurer une stabilité très grande des déviations permettant, même dans des conditions mécaniques très défavorables, l'enregistrement pho- tographique des déviations par exemple.
A cet effet, la présente invention consiste essen- tiellement à plonger l'équipage mobile ainsi que son dispositif de liaison au bâti dans un liquide approprié, et à donner à cet équipage mobile une densité moyenne égale ou très voisine de la densité du liquide dans lequel il est plongé ;en outre, cet équipage mobile sera constitué de telle sorte que son centre de gravité coïncide, tout au moins sensiblement, avec le cen- tre de poussée du volume de liquide déplacé par cet équipage.
Grâce à ces dispositions, les impulsions, efforts ou accéléra- tions auxquels sera soumis l'instrument ne seront pas suscep- tibles de créer d'efforts d'inertie entre cet équipage et le liquide dans lequel il est contenu, et par suite entre cet équipage et son support.
Conformément à l'invention, le bâti de l'équipage mobile pourra être également plongé, partiellement ou en to- talité, dans le liquide qui baigne l'équipage.
Par ailleurs, conformément à l'invention, l'espace compris entre l'équipage mobile et les parois du récipient qui le contient sera de préférence aussi réduit que possible ; ce que l'on pourra réaliser en cloisonnant d'une manière appropriée ledit récipient, ce qui empêche la formation éven- tuelle de remous ou autres mouvements du liquide.. D'autre part, pour éviter que le fil de suspension de l'équipage ait à subir des variations de tension du fait des variations de
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température ou de toute autre cause, on pourra, conformément à l'invention, prévoir un système élastique de liaison oons- titué par exemple par un ressort appliqué au point de fixation /d'une des extrémités de ce fil ,en vue de maintenir sensible- ment constants ces efforts de tension.
Il convient de noter par ailleurs que la présente invention permet, dans le cas d'un appareil fonotionnant par déviation d'un rayon lumineux projeté sur un miroir porté par l'équipage mobile, d'augmenter les déviations de ce rayon produites par le déplacement de ce miroir du fait que ce der- nier est plongé dans un liquide à indioe de réfraotion plus ou moins grand, comme cela sera exposé ci-après* Le liquide d'immersion choisi pourra être queloonque de façon à être adapté à chaque cas particulier ; on choisira toutefois de pré- férenoe en général un liquide à forte densité et à faible vis- oosité comme le tétraohlorure de carbone par exemple.
Pour éviter que les variations de température de ce liquide entraînent des variations de pression exagérées sur les parois du réoipient dans lequel il est contenu, on pourra, conformément à l'invention, prévoir un vase d'expan- sion pour ce liquide, vase qui sera de préférence disposé vers l'une des extrémités de l'axe le plus long de l'appareil, axe qui coïncidera généralement avec l'axe de suspension.
Conformément à l'invention également, ce vase commu- niquera avec le réoipient oontenant l'équipage mobile de pré- férenoe en un point situé vers l'extrémité de l'axe de l'appa- reil opposée à celle près de laquelle il se trouve ; outre, des surfaces de protection seront de préférence prévues pour protéger, le cas échéant, l'équipage mobile et ses organes de suspension contre le flux de liquide susceptible d'y pénétrer, venant du vase d'expansion.
Dans le cas où l'on cherche à réaliser un instrument de mesure ayant une très grande sensibilité, on pourra, oonfor- mément à l'invention, disposer l'ensemble de l'équipage mobile et du récipient contenant le liquide dans lequel il est immer-
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gé à l'intérieur d'un système thermostatique approprié quel- conque, à glace fondante par exemple. L'équilibre hydrostati- que de l'équipage mobile pouvant être alors assuré avec une très grande précision, les fils de suspension pourront être extrêmement ténus.
Pour éviter cependant que ces fils aient à subir des efforts au cas où le système thermostatique ne serait pas en fonctionnement, l'instrument comportera en outre de préférence un dispositif pivotant par paliers ou butées par exemple ayant un certain jeu et servant à suppor- ter l'équipage mobile dans le cas où le thermostat n'est pas en fonctionnement ; dès que ce thermostat fonctionne, l'en- semble sera réglé de façon que la liaison de l'équipage mobi- le avec le bâti se fasse uniquement par les fils de suspen- sion. Ce dispositif est applicable aussi bien aux instruments à suspension horizontale qu'aux instruments à suspension ver- ticale. Conformément à l'invention, les fils de suspension se- ront dans ce cas de préférence reliés tous les deux élastique- ment au bâti.
D'autres avantages et caractéristiques de la présen-. te invention apparaîtront au cours de la description ci-après relative aux dessins ci-joints qui représentent schématique- ment et à titre d'exemple non limitatif,un mode de réalisa- tion particulier de la présente Invention.
La figure 1 est une coupe verticale très schémati- que d'un galvanomètre établi conformément à l'invention.
La figure 8 est une coupe transversale suivant la ligne II-II de la figure 1.
La figure 3 est une coupe transversale suivant la ligne III-III de la figure 1.
La figure 4 représente très schématiquement le dis- positif de suspension utilisé dans le cas d'un instrument fonctionnant sous le contrôle d'un thermostat.
Sur la figure 1, l'équipage mobile du galvanomètre comporte un cylindre en matière plastique 1 faisant office de flotteur, suspendu à ses deux extrémités 2 et 3 par des fils
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4 et 5 qui le relient au bâti de l'appareil. Le fil 4 est fixé directement au bâti en 6, tandis que le fil 5 est relié à ce bâti par un dispositif élastique qui sera décrit ci-après. Le .-bobinage de l'équipage mobile fixé au cylindre 1 est indiqué en 7. Il comporte un nombre de spires approprié quoique sur le dessin on n'en ait représenté que deux.
Le cylindre 1 porte à sa partie supérieure un mi- roir réfléchissant 8 destiné à projeter sur un écran, de la manière habituelle un spot lumineux dont les déplacements correspondront au mouvement de rotation de ce miroir et par conséquent de l'équipage mobile tout entier, 9 désigne le noyau de fer placé à l'intérieur du bobinage 7, et 11 et 12 désignent les masses polaires en fer doux, des aimants desti- nés à créer le champ magnétique dans lequel l'équipage mobile est appelé à se déplacer.
Conformément à l'invention, l'ensemble de l'équipa- ge mobile formé par le cylindre 1, le bobinage 7 et les fils de suspension 5 et 6, réuni au bâti 17-17', est plongé dans un liquide contenu dans un récipient constitué par les masses polaires 11 et 12 assemblées par soudure sur les pièces 13 et 14 en métal non magnétique, et les capots 15 et 16. Le liquide a de préférence une densité assez forte et un coefficient de viscosité faible. Ce sera par exemple du tétraohlorure de carbone. Par ailleurs, l'ensemble de l'équipage mobile est constitué de manière à avoir une densité égale à celle du li- quide dans lequel il baigne pour la température de 15 C par exemple. En outre, le'centre de poussée de cet équipage mo- bile coïncide autant que possible avec le centre de gravité de cet équipage.
Le bâti d'équipage 17 comporte à la hauteur du mi- roir 8 une couverture, le capot 15 à la même hauteur possède un regard 19 fermé par une lentille 20. Ces ouvertures per- mettent le passage des rayons lumineux incidents et réfléchis (figure 3).
A la partie supérieure du bâti 17 est placé le dis-
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positif de fixation élastique du fil de suspension 5. Ce dispo- sitif comporte, par exemple, un piston 21 coulissant dans l'alésage supérieur de la pièce 17 et portant à l'extrémité de sa tige la pièce de serrage du fil 5. Ce piston est cons- tamment repoussé vers le haut par un ressort 22. Le piston 21 et les pièces de serrage du fil 5 sont prévus de telle sorte que l'ensemble a une densité moyenne égale à celle du liquide d'immersion.
De cette manière, la tension sur les fils 4 et 5 est sensiblement constante en toutes circonstances et égale à la tension du ressort 22, et la pièce de fixation 21 étant de même densité que le liquide, il en résulte qu'aucune tension supplémentaire due à des accélérations de vibrations ou de cho- ses ne peut venir accroître cette tension.
Il convient de noter que dans la pratique les atta- ches de suspension supérieures et inférieures comporteront en général des organes d'orientation et de réglage en hauteur de l'équipage, organes qui pour plus de clarté, ne sont pas re- présentés sur les dessins.
A la partie inférieure du capot 16 aboutit l'extré- mité d'une tubulure 23 qui le fait communiquer à un réservoir 24 entourant par exemple l'extrémité supérieure du capot 15.
Ce réservoir 24 est un réservoir dilatable, constitué par exemple par une membrane thermostatique 25 soudée sur le ca- pot 15 et fermée à la partie supérieure par une plaque rigide 26. Par ailleurs, à la partie inférieure du bâti 17 est prévu un tube de protection 27. Le rôle de ces divers organes sera exposé ci-après.
L'arrivée de courant électrique au bobinage 7 se fait par l'intermédiaire des fils de suspension 4 et 5 de la façon suivante :le fil de suspension 5 est réuni à la masse de l'appareil, le fil 4 est réuni en 6 par uns pince de serrage à une tige 28 isolée de la masse par la pièce 89.
Cette tige 28 s'enfonce dans une douille 30 qui traverse par l'intermédiaire d'un joint isolant le capot 16 et constitue
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la. borne de sortie de l'appareil. La mise à la masse de la suspension supérieure a le double avantage de simplifier énor- mément le montage électrique de l'ensemble et de supprimer tout effet électrostatique entre cadre et masse.
Voici maintenant le fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit : du point de vue électrique, il s'agit d'un galvanomètre de type usuel à miroir disposé de telle sorte que les déviations du spot lumineux réfléchi par le miroir soient proportionnelles au courant traversant l'équipage mobile. Il y a lieu de remarquer toutefois, et cela constitue un des avan- tages de la présente invention, que l'angle de déviation du rayon réfléchi par le miroir se trouve, du fait que ce dernier est immergé dans un liquide dont l'indice de réfraction est dif- férent de celui de l'air, multiplié par cet indice de réfrac- tion (voir fig.3). Les indices de réfraction des liquides em- ployés étant compris en général entre 1,3 et 1, 5, il en résul- te une augmentation de sensibilité de 30 à 50 %.
Par ailleurs, du fait que l'équipage mobile est plongé dans un liquide et qu'il a la même densité moyenne que lui, et du fait que son centre de gravité coïncide avec le centre de poussée du volume de liquide déplacé par lui, toutes les impulsions, efforts ou accélérations s'exerçant sur l'ensemble de l'appareil ne provoquent aucun effort d'i- nertie entre l'équipage mobile et son bâti, si bien que la suspension de cet équipage mobile ne reçoit aucun contrecoup des chocs, vibrations etc....auxquels peut être soumis l'en- semble de l'appareil.
En outre, du fait que le fil de suspension n'est pas fixé directement au bâti en ses deux extrémités et qu'il est relié à l'une de ses extrémités par l'intermédiaire du système élastique 21-22, aucun effort de traction ou de com- pression ne peut s'exercer sur ce fil du fait des variations de température, d'une compression ou d'une traction acoiden- telle exercée sur l'une des extrémités du bâti.
Voici le rôle du vase d'expansion décrit :
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L'appareil comportant un récipient fermé et com- plètement empli de liquide, la dilatation de ce liquide pour une variation même faible de température serait susceptible d'exercer une pression très forte sur les parois de ce réai- pient ; c'est pour éviter cela que, conformément à l'invention, on a prévu le vase d'expansion dilatable 24 qui permet au li- quide de se dilater librement sans exercer sur les parois de ce récipient une pression excessive en cas d'augmentation de température.
Conformément à l'invention, ce récipient dila- table 24 est disposé à une des extrémités de l'appareil et relié par le conduit 23 à l'autre extrémité de l'appareil et cela pour la raison suivante
Au cas d'une accélération brutale dirigée de haut en bas (appareil heurtant le sol par son extrémité supérieure par exemple), le liquide d'immersion tendra par inertie à re- fluer vers la partie supérieure. Le liquide contenu dans le récipient constitué par les pièces 12 - 13 -14 - 15 - 16 ne pourra se déplacer puisque le capot supérieur 15 est herméti- quement clos. Il en résulte simplement une pression supplé- mentaire exercée sur les parois du capot 15. Seul le liquide contenu dans la partie inférieure du capot 16, la tubulure 23 et le récipient 24, provoquera la dilatation de la membrane 25.
Il se produira une vaporisation d'une partie du liquide à la partie inférieure du capot 16 et un courant de liquide dans la tubulure 23. Lorsque l'accélération perturbatrice diminuera et s'annulera, l'élasticité de la membrane 25 refoulera le liqui- de du récipient 24 par la tubulure 23 dans le capot 16 en con- densant la vapeur qui s'était formée en cette partie.
Il est clair que si la membrane 25 est constamment tendu élastiquement, il est impossible qu'un courant de liquide existe ailleurs que dans la tubulure 23, en particulier il ne peut y avoir au sein du liquide contenu dans 12 - 13 - 14 -15 -16 qu'un très faible déplacement dû à la compressibilité du liquide (toujours ex- cessivement faible), ou des mouvements tourbillonnaires ; ces derniers sont du reste sans effet sur l'équipage et les sus-
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pensions du fait du cloisonnement très important et de la faible quantité de liquide entourant ces organes.
Au moment du retour du liquide dans la partie in- férieure de 16 il se produit en cette partie un tourbillon excessivement violent qui risquerait d'abimer la suspension très fragile 4 en 6. On pourra prévoir afin de briser l'ef- fort de ce tourbillon une paroi 27 venant entourer la partie inférieure du bâti 17'. Le jeu entre cette paroi 27 et le bâti 17' est suffisant pour permettre le passage du liquide provenant de la dilatation du liquide contenu dans le capot 15 et l'intérieur du bâti 17, mais n'est pas suffisant pour la transmission des mouvements tourbillonnaires brutaux qui prennent naissance à la partie inférieure de 16.
Si, maintenant, on suppose une accélération brutale dirigée de bas en haut, les efforts d'inertie n'ont pour effet que d'accroître la pression sur les parois des récipients et, là encore, aucun courant de liquide ne peut prendre naissance au voisinage de l'équipage et des suspensions. Il en est de même pour des accélérations transversales.
Dans la description ci-dessus on a supposé que l'ap- pareil était un appareil à suspension verticale 5-6 orienté verticalement dans le sens représenté sur la figure.
Dans la pratique, et cela constitue une des carac- téristiques et un des avantages de la présente invention, un tel appareil est susceptible de fonctionner aussi bien dans n'importe quelle position, et en particulier horizontalement, ce qui peut avoir de grands avantages dans certains cas par- tiouliers. Un tel appareil peut d'ailleurs être monté, grâce à cette propriété, sur un véhicule quelconque : sur un navire, un aéronef, etc...de façon à fonctionner dans toutes les posi- tions.
Sur la figure 4 on a représenté schématiquement un dispositif à suspension horizontale conforme à l'invention, destiné à fonctionner sous le contrôle d'un thermostat. Le rôle de ce thermostat est le suivant : Avec le dispositif précé-
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dement décrit, l'équipage mobile est constitué de façon à être en équilibre parfait, pour une température déterminée, 15 C par exemple. Mais lorsque la température ambiante s'é- carte de cette température, il se produit un léger déséquili- bre, du fait de la différence de dilatation entre l'équipage mobile et le liquide dans lequel il baigne. C'est pour éviter, le cas échéant, ce déséquilibre, dans les appareils à très grande sensibilité, par exemple, que l'on plongera l'instru- ment dans un thermostat.
Le dispositif de la fig. 4 est analogue à celui qui vient d'être décrit et en diffère simplement par les points suivants :
L'ensemble de l'instrument est destiné à être disposé dans un thermostat d'un type approprié quelconque ; pratique- ment on utilisera en général un thermostat à glace fondante qui permet une réalisation des plus simples en assurant aussi par- fait ment que possible une constance de température. L'équipage mobile 1 est comme dans le cas précédent, suspendu aux fils de suspension 4 et 5 mais, contrairement à ce qui se passait dans le cas précédent, les deux fils de suspension sont reliés élastiquement au bâti par 1'intermédiaire de dispositifs à pis- tons et à ressorts 21-22, 21' 22'.
D'autre part, l'équipage mobile porte à ses extrémités par lesquelles il est fixé aux fils 4 et 5, deux tourillons 31-32, susceptibles de pivoter avec un certain jeu dans deux paliers 53-34 faisant corps avec le bâti de l'appareil. Le dispositif est réglé de telle maniè- re que lorsque le thermostat est en fonctionnement et que, par conséquent, l'ensemble est à la température voulue, les touri- lons 31-32 soient libres à l'intérieur de leurs paliers, le pivotement de l'équipage mobile étant assuré uniquement par les fils de suspension 4 et 5. Lorsque le thermostat ne fonc- tionne plus, les tourillons reposent sur les paliers et main- tiennent l'équipage mobile si bien que les fils de suspension 4 et 5 ne risquent pas de se rompre.
Le cas échéant, l'amenée de courant à l'équipage
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mobile se fait de n'importe quelle manière appropriée, par exem- ple par l'intermédiaire de fils souples isolés 35-36.
Dans le cas d'un appareil destiné à fonctionner verti- calement, les paliers et tourillons représentés pourront être remplacés par des pivots coniques et les butées correspondantes.
Les instruments représentés sur les dessins ci-joints et ci-dessus décrits sont des instruments destinés à mesurer les courants électriques (galvanomètres). Les mêmes instruments peu- vent sans difficultés être utilisés comme relais pour commander mécaniquement la fermeture d'un circuit par exemple, sous l'ef- fet d'un faible courant traversant son équipage mobile. A cet effet, il suffit d'utiliser le spot lumineux projeté sur le miroir pour actionner par exemple une cellule photoélectrique commandant la fermeture du circuit en question. Comme l'appareil est insensible aux chocs et aux vibrations et que, par suite, il ne risque pas d'être amené à fonctionner intempestivement sous l'effet d'un tel choc ou d'une telle vibration, on peut lui donner une très grande sensibilité. Pour la même raison, il aura une très grande sûreté de fonctionnement.
Dans l'exemple décrit, la mesure, dans le cas d'un galvanomètre où la commande mécanique dans le cas d'un relais est provoquée par un faisceau lumineux venant frapper uh mi- roir, il est clair qu'on peut utiliser n'importe quel autre dispositif approprié, et en particulier un appareil à contact direct suivant les mouvements de rotation de l'équipage mobi- le pour obtenir les résultats que l'on désire.
On pourra, en outre, apporter de nombreuses autres mo- difications sans sortir du domaine de la présente invention.
En ce qui concerne le liquide dans lequel est plongé l'équipage mobile, ainsi qu'il a été dit, il peut être quelcon- que, mais on choisira de préférence un liquide isolant, ayant une densité assez forte et un indice de viscosité relativement faible : le liquide en question n'a pas en effet pour rôle prin- cipal, comme dans certains appareils, d'opposer une résistance visqueuse au mouvement de pivotement de l'équipage mobile afin
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d'amortir ce mouvement.
Il y a intérêt au contraire en général à ce que la résistance au frottement de l'équipage mobile à l'intérieur du liquide soit aussi faible que possible pour aug- menter la rapidité d'indication de l'appareil ; l'amortissement de cet équipage mobile est alors réalisé de préférence, d'une manière connue, par l'effet électromagnétique exercé sur cet équipage. Toutefois, bien entendu, au cas où on désirerait obte- nir en plus un amortissement provoqué par frottement de l'équi- page à l'intérieur du liquide on pourrait utiliser un liquide plus visqueux.
Il y a lieu de noter enfin que le remplissagedu réci- pient 12 e des récipients annexes devra se faire avec un soin très grand de façon à éviter la présence de bulles le gaz qui risqueraient de gêner le fonctionnement de l'appareil.
Bien que l'on se soit borné à montrer dans les modes de réalisation ci-dessus l'invention appliquée à des galvano- mètres, il est clair que cette invention s'applique sans modi- fications à n'importe quel instrument de mesure quelle qu'en soit la nature. En particulier, elle peut être utilisée dans les instruments de mesures géophysiques (balance magnétique, balance de torsion, etc...).
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