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OSCILLOGRAPHE ELECTROMAGNETIQUE ENREGISTREUR.
La présente invention, ,système Roger, Pierre DUBUSC, est relative à un oscillographe électromagnétique enregistreur de courants électriques rapidement variables, dans lequel une palette de fer doux mobile montée sur une suspension appropriée,est soumise, d'une part, à une aimantation fixe pro- duite par un aimant permanent et s'exerçant dans la direction de l'un des plans de symétrie de ladite palette et, d'autre part, à une aimantation pro- portionnelle au courant électrique parcourant un enroulement d'excitation et s'exerçant dans une direction perpendiculaire à la direction précédente.
La présente invention a pour but d'améliorer considérablement les conditions de fonctionnement d'un tel appareil, en obtenant une fréquence pro- pre de l'équipage mobile très élevée, un excellent amortissement, une consom- mation de puissance dans l'ènroulement d'excitation aussi réduite que possible,, une excellente stabilité d'indication et des possibilités nouvelles de moyens d'inscription.
L'oscillographe électroma'gnétique enregistreur suivant l'invention est caractérisé en ce que, d'une part, l'équipage mobile est constitué par une palette de fer doux en forme de parallélépipède dont les bases sont des lo- sanges perpendiculaires aux côtés, ceux-ci étant en outre parallèles aux faces terminales de deux masses polaires fixes, et que, d'autre part, le couple anta- goniste est fourni par un barreau de torsion, encastré à l'une de ses extrémi- tés dans la palette mobile et dont la partie travaillante est contenue pour plus de la moitié à l'intérieur de ladite palette.
D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la des- cription qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d9exemple npn limitatif, dans lequel :
La fig. 1 représente une vue schématique en perspective de l'os- cillographe suivant l'invention,
La fig. 2 représente une vue schématique en plan de l'appareil,
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La fige 3 représente une vue en coupe de-la partie principale de l'oscillographe,
La fig. 4 représente une vue en perspective de l'équipage mobile,
Les figs. 5 et 6 représentent respectivement en élévation et en coupe une forme d'exécution préférée du barreau de torsion.
La fig. 7 est un diagramme représentant les déviations de l'é- quipage mobile en fonction d'une grandeur proportionnelle au couple moteur.
La palette mobile 10 est constituée,comme cela a été indiqué, par une pièce de fer en forme de parallélépipède, dont les bases sont des losan- ges perpendiculaires aux cotés. Ceux-ci sont parallèles aux faces terminales de deux masses polaires fixes 15 et 15'. Le barreau de torsion 11 qui consti- tue la suspension de la palette mobile 10 et qui est destiné à fournir le couple antagoniste, est place dans l'axe de symétrie de ladite palette.
Les deux masses polaires 15 et 15' sont constituées par des tôles de fer doux laminées, en forme d'U et munies de quatre enroulements 16, 17, 16', 17'. Ces enroulements servent à aimanter la palette mobile 10, propor- tionnellement au courant qui les traverse. Les flux magnétiques produits par ces enroulements sont dirigés, pour une polarité donnée du courant d'excita- tion dans le sens des flèches 18' (fig. 2) de sorte que l'aimantation se pro- duit dans le plan de la plus grande diagonale de la palette mobile. 13 est un aimant permanent, dont le flux, à travers les culasses de fer doux 14 et 14' traverse la palette mobile dans une direction indiquée par les flèches 18, (fig. 2) parallèle à la plus petite diagonale de la palette mobile.
La palette mobile 10 est percée suivant son axe de symétrie, d'un trou lisse 19. Le barreau de torsion 11 est terminé à ses deux extrémités par deux parties cylindriques 20 et 20' rectifiées avec précision. L'extré- mité 20 est emmanchée à force dans le trou 19 de la palette mobile de façon qu'une fraction importante de la partie travaillante dudit barreau peut être à l'intérieur de la palette. L'extrémité 20' est également emmanchée à force dans un trou lisse percé dans une pièce-support 12 sur laquelle sont fixées les masses polaires 15 et 15'.
Le métal constituant le barreau de torsion 11 étant très dur (par exemple de l'acier au carbone trempé), ses parties terminales rectifiées s'encastrent facilement dans les métaux plus tendres constituant la palette mobile 10 et la pièce-support 12, le diamètre des trous de la palette mobi- le et de la pièce-support étant un peu plus faible que celui des parties ter- minales du barreau.
La palette peut être constituée par exemple en acier au nickel recuit, à basse hystérésis magnétique, et le pont, en laiton ou en bronzePourvu que la section du barreau de torsion, dans sa partie travail- lante, soit suffisamment inférieure à sa section dans ses extrémités encas- trées, on est assuré que la contrainte mécanique à la torsion reste modérée à l'encastrement, d'où il s'ensuit qu'il ne se produit aucune déformation permanente, et que le zéro de l'équipage reste parfaitement stable. Le bar- reau de torsion 11 doit avoir un couple de torsion relativement faible, mais une grande rigidité de la flexion, de façon que la palette mobile 10 reste bien centrée par rapport aux masses polaires fixes 15 et 15' malgré les at- tractions magnétiques considérables qui s'exercent sur ladite palette.
A cet effet on donne de préférence au barreau de torsion 11, une section en forme de croix, ainsi qu'il est indiqué sur les figures 5 et 6, les parties termi- nales 20 et 20' restant cylindriques, pour faciliter leur encastrement dans la palette 10, d'une part, et dans la pièce-support 12, d'autre part.
L'équipage mobile de l'oscillographe suivant l'invention est com- plété par un style (figo 3 et 4) grâce auquel le mouvement de cet équipage mo- bile peut être inscrit sur un film noirci qui se déplace d'un mouvement conti- nu, et qui est rayé par le style. Celui-ci est constitué par une aiguille de métal léger 21, en forme de triangle. Cette forme de triangle donne le minimum de moment d'inertie pour le maximum de rigidité dans le sens du mouvement. L' aiguille est assemblée à l'extrémité de l'équipage mobile d'une manière aussi
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rigide que possiblee par exemple au moyen de deux vis 22 et 22', la pa.lette étant, à cet effet prolongée vers le haut, de façon que l'aiguille soit dégagée par rapport aux bobines.
L'aiguille porte à son extrémité une pointe très aiguë 23 qui sera appliquée sur le film noirci, avec une force d'appui définie par l'élas- ticité de l'aiguille et par sa flèche. Afin que la pointe ne s'use pas en frottant sur la bande, elle est réalisée dans un matériau ultra-dur, comme le diamant, le saphir, ou un carbure métallique. La pointe 23 trace sur le fond noir du film un trait transparent extrêmement fin, dont la largeur est de l'ordre du centième de millimètre.Il est donc possible d'enregistrer,. avec une finesse relative très satisfaisante, des diagrammes d'une amplitu- de inférieure ou égale à un millimètre. Le film peut être ensuite observé avec un dispositif d'agrandissement analogue à ceux utilisés pour la lec-' ture des microfilms documentaires.
La faible largeur des traces, ainsi que la faible dimension des amplitudes, permettent de disposer côte à côte un grand nombre de styles sur un film de dimensions courantes. Cette disposition, jointe au fait que la vi- tesse de déplacement du film peut être à l'échelle des amplitudes, permet de réaliser une sérieuse économie sur le film d'enregistrement,et d'obtenir un nombre important de diagrammes parfaitement synchronisés et qui,ne se chevau- chant pas, sont facilement lisibles.
Lorsque la palette mobile 10 est dans sa position médiane les qua- tre entrefers sont égaux. L'aimant 13 crée dans les masses polaires 15 et 15' une induction constante, dite induction nominale Bn, à laquelle s'ajoute al- gébriquement une induction Bi, produite par les quatre enroulements 16, 17, 16', 17' et proportionnelle au courant qui les traverse (fig. 2). L'induction résultante est donc égale à En + Bi, pour les pôles 15a et 15'b et à Bn - Bi, pour les pôles 15 b et 15'a. L'attraction exercée par la face de chaque pôle sur la face en regard de la palette mobile étant proportionnelle au carré de l'induction, le couple magnétique est proportionnel à (Bn + Bi)2 - (Bn - Bi)2 = 2 Bn Bi.
Ce couple est donc proportionnel à Bi, donc au courant qui traver- se les enroulements 16, 17, 16', 17'.
Mais lorsque la palette mobile dévie de sa position médiane, elle modifie dans chaque masse polaire l'induction due à 1-'aimant, de sorte que le couple varie avec l'angle de déviation.
Dans les oscillographes électromagnétiques établis jusqu'à pré- sent, on s'est toujours arrangé de façon que la déviation de la palette mo- bile soit négligeable par rapport à l'entrefer, afin que le couple magnétique ne varie pas avec l'angle de déviation.
Or, il a été trouvé que, dans 1.'oscillographe ci-dessus décrit, il était possible de faire dévier la palette mobile d'une quantité beaucoup plus importante, par exemple 20 à 25% de l'entrefer, sans que la déviation cesse pour cela d'être proportionnelle au courant des enroulements.
Les conséquences de ce fait nouveau sont d'une importance capi- tale;
1 ) Tout d'abord les entrefers peuvent être extrêmement courts, et, comme les ampères-tours nécessaires pour obtenir un couple donné sont pro- portionnels à la longueur de l'entrefer., ils peuvent être réduits considéra- blement, ce qui diminue dans des proportions encore plus grandes la puissan- ce nécessaire à l'excitation des bobines, laquelle varie comme le carré des ampères-tours.
2 ) La variation de flux magnétique, produite dans les masses po- laires par l'oscillation libre de la palette mobile, est beaucoup plus impor- tante, donc aussi la tension induite dans les enroulements, ce qui permet d' amortir l'équipage mobile par un shunt extérieur monté en parallèle sur les- dits enroulements, comme dans les appareils de mesure ordinaires du type à ai- mant et à cadre mobile, alors que tous les oscillographes établis jusqu'à pré- sent nécessitent comme amortisseur un fluide visqueux tel que l'huile. Or 1'
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amortissement par courants induits est d'une qualité supérieure à l'amortisse- ment par huile, en ce qu'il ne nécessite pas de récipient étanche et qu'il varie très peu avec la température.
3 ) Du fait que les entrefers sont très courts, il est facile de dimensionner l'aimant pour que l'induction nominale Bn soit élevée, malgré de très faibles dimensions de 1-*aimant. Or le couple exercé sur la palette mo- bile est,pour un nombre d'ampères-tours donné, proportionnel à Bn. D'où une cause supplémentaire de réduction des ampères-tours.
Ces résultats sont obtenus dans l'oscillographe conforme à l'in- vention. En effet, dans cet appareil :
1 ) La suspension de l'équipage mobile offre une rigidité extrême- ment grande dans le sens de la flexion par suite de l'utilisation d'un barreau comme ressort de torsion, et de l'enfoncement d'une fraction importante de la partie travaillànte dudit barreau à l'intérieur de la palette,de sorte que l'axe de la palette mobile ne subit aucun déplacement,malgré les attractions magnétiques latérales, qui sont considérables.
2 ) La palette mobile avec une section en forme de losange, pos- sède un moment d'inertie relativement faible. En outre,par suite de la forme de cette section, la saturation est évitée dans la palette malgré le flux magnétique important qui la traverse quand elle est écartée de sa position médiane; l'induction est pratiquement égale en tous points de la palette, puisque le flux qui traversela palette dans une section donnée est d'autant plus grand que cette section est plus rapprochée du centre.
Si l'on fait l'analyse complète du fonctionnement d'un dscillogra- phe électromagnétique on peut calculer le couple produit sur la palette mobile par les attractions magnétiques des masses polaires, en fonction de la dévia- tion de la palette mobile, d'une part, et en fonction du courant qui passe dans les bobines, d'autre part. Les courbes correspondantes sont représen- tées sur la figure 7.
En abscisses sont portées les déviations de la palette mobile, en pour cent de la déviation pour laquelle l'extrémité de ladite palette vient toucher l'extrémité des masses polaires fixes.
En ordonnées sont portés les couples, ou plus exactement les rap- ports des couples au carré de l'induction nominale.
Les différentes courbes sont tracées pour différentes valeurs du courant dans'les bobines, ces valeurs étant définies par le rapport Bi k = ----- , entre l'induction produite par le courant et l'induction nomina- le. Bn
On a ainsi un système d'unités normalisé.
La courbe k = 0 est la courbe des couples magnétiques lorsque les bobines ne sont pas excitées.
La droite représente le couple mécanique produit par la suspen- sion.
Le couple directeur est la différence entre ces deux couples, puisqu'ils agissent en sens contraire, le couple mécanique ayant tendance a ramener l'équipage mobile dans la position médiane, et le couple magnétique ayant tendance au contraire, à l'en écarter.
Lorsque les bobines sont parcourues par des courants de valeurs différentes, la position d'équilibre de la palette mobile est définie par l'in- tersection de la droite du couple mécanique avec les courbes des couples mag- nétiques pour les valeurs correspondantes de k. Pour que la déviation de l'é- quipage mobile soit proportionnelle au courant, il faut que les points d'in- tersection de la droite¯avec les courbes, pour des valeurs de k en progression arithmétique, soient équidistants. Cela est pratiquement réalisé jusqu'à une déviation égale à 25% de l'entrefer nominal en.
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Dans ces conditions :
1 ) Le couple magnétique en labsence de courant peut dépasser la moitié du couple mécanique.
Bi
2 ) Le rapport k = ---- peut atteindre 0,15 pour la déviation Bn correspondant au maximum de l'échelle. Ce maximum est indiqué par la droite verticale de la figure 7.