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.INSTAI1E:.ATI6N "PXmR :LA -ME SURE"DES"VlffiEURS , EFF:I(i:?AGES.'#ES'jGOUR:AN.FS C . SSEQONI3IRESDNS '5$S'EWHÎNES>ELEBTRIQUES à SOUDER'P:AR RESISTANCE.
La présente invention est relative à une installation pour la mesure des valeurs efficaces des courants secondaires dans les machines électriques à souder par résistance, comprenant un détecteur du courant de soudure., @
Elle a comme objet une installation de ce genre d'un maniement facile, fournissant des résultats précis quelle quesoit l'alimentation primaire et la forme du courant.secondaire..Cette installation permet, en particulier,d'obtenir des résultats ,précis quand le courant secondaire est du courant alternatif redressé, c'est-à-dire du courant ayant une composan- te continue à laquelle sont superposées des composantes alternatives.
Pour détecter le courant secondaire d'une machine à souder par résistance; on a déjà proposé d'insérer un anneau en manganine dans le cir- cuit secondaire. Cet anneau constitue une résistance'aux bornes de laquelle on détecte une différence de potentiel qui est proportionnelle au courant secondaire,
Etant donné que la résistance de cet anneau en manganine est choisie à une valeur maximum de quelques pourcents de la résistance totale du circuit de soudure, la forme du courant n'est pas altérée sensiblement.
On a aussi proposé d'utiliser un enroulement toroidal bobiné dans l'air, qui entoure le bras portant l'électrode. Ce bobinage toroïdal fournit une tension proportionnelle au courant induit par le courant de sou- dure mais il n'est utilisable que si la machine est alimentée en courant al- ternatif.
Si l'enroulement toroïdal est bobine sur un noyau en métal magné- tique, la saturation éventuelle de ce noyau entraîne une déformation de la courbe du courant.
L'installation suivant l'invention comprend, en plus du détec- teur du courant de soudure, des moyens pour porter au carré la tension dé- tectée à chaque instant et qui est proportionnelle au courant de soudure, des
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moyens pour déterminer la valeur moyenne du carré du courant de soudure pen- dant un temps déterminé, par intégration des valeurs instantanées de la ten- sion proportionnelle au carré du courant de soudure, des moyens pour mémori- ser la valeur moyenne susdite, des moyens pour compenser les erreurs dues aux moyens précédents, et un appareil de mesure du courant compensé ainsi obtenu.
Puisque le courant finalement mesuré est proportionnel à une ten- sion qui résulte de l'intégration d'un courant proportionnel au carré du courant de soudure, ce courant final correspond donc à la valeur efficace du courant de soudure.
@ Dans une forme d'exécution avantageuse, le détecteur du courant de soudure comprend un amplificateur magnétique à rétroaction négative cons- titué de deux noyaux magnétiques saturables pouvant entourer une partie de la machine à souder traversée par le courant secondaire,.de deux enroulements bobinés en sens opposés sur ces noyaux et connectés en série avec un généra- teur sinusoïdal à fréquence plus grande que celle du courant de soudure à me- surer, d'un redresseur du courant alternatif engendré par ce générateur, si- nusoidal, d'un enroulement alimenté par le courant redressé fourni par le redresseur susdit et bobine simultanément sur les deux noyaux magnétiques susdits,
de façon que le flux engendré par le courant redressé qui le traver- se soit opposé à celui engendré par le courant de soudure et d'une résistan- ce parcourue par le courant redressé et aux bornes de laquelle on peut recueil- lir une tension proportionnelle au courant de soudure.
Le dispositif élevant au carré le courant de soudure détecté est avantageusement alimenté sous une tension'prise aux bornes d'une résis- tance parcourue par le courant proportionnel au courant de soudure et ap- pliqué par moitié aux grilles de deux tubes électroniques amplificateurs identiques à caractéristiques non linéaires, par l'intermédiaire de deux ré- sistances égales dont la valeur est grande par rapport à celle du détecteur.
De plus, les cathodes de ces deux tubes sont au même potentiel tandis que les anodes sont soumises à la même tension continue.
Les moyens intégrateurs du carré du courant proportionnel au courant de soudure comprennent, de préférence, deux tubes électroniques i- dentiques dont les deux cathodes sont soumises à la même tension, dont les deux anodes sont soumises à la même tension de polarisation, dont l'un a sa grille soumise aux variations de tension dues aux variations du carré du cou- rant proportionnel au courant de soudure, dont l'autre a sa grille connectée à une électrode d'un condensateur dont l'autre électrode est connectée aux anodes des deux tubes intégrateurs.
La valeur moyenne fournie par le dispositif intégrateur peut avantageusement être retenue pair permettre la lecture, pendant un temps déterminé, par un dispositif jouant le rôle d'une mémoire et qui comprend un tube monté en cathodyne à la grille duquel est appliquée la tension cor- respondant à la valeur moyenne du courant. La cathode de ce.tube monté en ca- thodyne est reliée à la grille et à l'anode d'un autre tube dont la cathode est connectée à une électrode d'un condensateur dont l'autre électrode est reliée à l'extrémité de la résistance dans le circuit de cathode du tube monté en cathodyne, qui est opposée à celle reliée directement à la cathode de ce dernier tube.
D'autres particularités et détails de l'invention apparaîtront au cours de la description des dessins annexés au présent mémoire, qui re- présentent schématiquement, et à titre d'exemple seulement, quelques formes d'exécution de l'installation suivant l'invention.
La figure 1 représente schématiquement une partie d'une machine à souder par résistance alimentée en courant alternatif, à laquelle on a ap- pliqué une installation suivant l'invention.
La figure 2 est un schéma des connexions électriques d'une forme d'exécution de l'installation suivant la figure 1.
La figure 3 représente une variante d'un dispositif élévateur du courant au carré.
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La figure 4 représente une variante d'un dispositif intégrateur.
La figure 5 représente une variante d'un dispositif-mémoire.,
Les figures 6 et 7 représentent deux variantes d'amplificateur différentiel
Dans ces différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques.
A la figure 1, on a représenté deux bras 2 et 3 portant des é- lectrodes 4 et 5 d'une machine à souder par résistance. Autour du bras 3 est disposé un bobinage complexe 6 qui sera décrit plus en détail à la figure 2.
Ce bobinage fait partie d'un dispositif détecteur d'une tension proportionnel- le au courant de soudure traversant le circuit secondaire de la machine à sou- der au moment de la soudure de deux pièces 7 et 8. Une autre partie de ce détecteur est désignée par 9.
La tension détectée est appliquée à un dispositif 10 qui fournit à sa sortie un courant proportionnel au carré du courant détecté par le dis- positif 6-9. Il est à noter que les connexions entre les différentes par- ties de ce dispositif doivent, en pratique, être protégées par un blindage.
Celui-ci est schématisé par les lignes en traits interrompus 11.
Le courant sortant du dispositif 10 influence un dispositif 12 qui intègre les valeurs instantanées du carré du courant de soudure. Ce dis- positif intégrateur 12 fournit une tension dont la valeur correspond à la va- leur moyenne du carré du courant de soudure.
Cette tension est retenue pendant un certain temps dans un dispo- sitif 13 qui joue le rôle d'une mémoire. La tension retenue de cette façon influence ensuite un amplificateur différentiel 14 qui compense les erreurs dues aux dispositifs précédents. Enfin, le courant compensé sortant du dis- positif 14 est mesuré dans un appareil schématisé en 15.
Les dispositifs 6-9, 10, 12, 13, 14 et 15 peuvent être réalisés de différentes façons. Une forme d'exécution avantageuse de ces dispositifs est schématisée à la figure 2.
Dans cette figure, le détecteur du courant de soudure comprend un amplificateur magnétique à rétroaction négative. L'amplificateur magné- tique est généralement désigné, dans les pays de langue anglo-saxone, par "transducteur".
Cet amplificateur magnétique comprend, à l'intérieur du cadre en traits mixtes 6-9, de la figure 2, deux noyaux magnétiques saturables 16 et 17 qui ont été schématisés en 6 à la figure 1. Sur ces deux noyaux 16 et 17 sont bobinés, en sens opposés, deux enroulements 18 et 19 qui sont connec- tés en série avec un générateur à courant sinusoïdal 20. La fréquence de ce dernier courant est supérieure à celle du courant de soudure alimentant la machine à souder. De préférence, elle est de beaucoup supérieure à celle du courant de soudure. L'utilisation d'un générateur de fréquence élevée 20 a comme effet d'augmenter la fidélité de détection du courant de soudure.
Le courant sinusoïdal engendré par le générateur 20 est redres- sé dans un redresseur 21. Le courant redressé fourni par celui-ci alimente un enroulement 22 qui est bobine simultanément sur les deux noyaux magnétiques 16 et 17. Le bobinage de ce dernier enroulement est effectué dans un sens tel que le flux engendré par le courant redressé qui le traverse soit opposé à celui engendré par le courant de soudure.
Le flux engendré par le courant traversant l'enroulement 22 s'op- pose donc à celui engendré par la machine à souder et diminue la saturation, C'est cette particularité qui permet de dire que l'amplificateur magnétique qui vient d'être décrit est à rétroaction négative. Celle-ci a également comme effet de stabiliser l'amplification.
Une résistance 23 est également montée en série avec l'enroule- ment 22 Aux bornes de cette résistance, on peut recueillir une tension proportionnelle au courant de soudure.
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Etant donné que l'amplificateur magnétique à rétroaction négati- ve doit pouvoir servir à mesurer des courants de soudure circulant dans des machines de caractéristiques différentes, on a prévu d'introduire dans le cir- cuit de rétroaction négative, c'est-à-dire celui traversé par le courant re- dressé fourni par le redresseur 21, un rhéostat 24 comprenant une série de plots 25 sur lesquels un curseur 26 peut être amené individuellement.
Dans l'installation représentée à la figure 2, l'élévateur au car- ré du courant détecté est représenté à l'intérieur du cadre en traits mixtes 10. La tension prise aux bornes de la résistance 23 est appliquée par moi- tié aux grilles de deux tubes amplificateurs électroniques identiques à ca- ractéristiques non linéaires, par l'intermédiaire de deux résistances égales 27 et 28 dont la valeur est forte par rapport à la résistance du détecteur.
Ces deux tubes sont désignés par 29 et 30.
Deux tubes 31 et 32 servent à stabiliser la tension fournie par un réseau dont les bornes sont désignées par 33 et 34.
Les cathodes des deux tubes 29 et 30 sont mises au même potentiel qui peut être réglé par une résistance variable 35 montée en série avec une résistance fixe 36. Les deux anodes des tubes 29 et 30 sont soumises à lamé- me tension continue par l'intermédiaire d'une résistance 37.
Les tensions sur les grilles des tubes 29 et 30 sont en opposi- tion. Par le fait que ces tubes fonctionnent dans les régions non linéaires de leurs caractéristiques, la variation de la tension de plaque est proportion- nelle auxpuissances paires des tensions de grille. On choisit les tubes de manière à rendre négligeables les puissances paires d'ordre supérieur à 2.
L'installation comprend un commutateur double 38 dont l'élément mobile peut être amené dans une position d'étalonage schématisée par des plots 39. Ceux-ci sont connectés à une source de tension constante 40.
Lorsque le commutateur 38 est dans la position d'étalonage, on peut régler la tension appliquée aux cathodes des tubes 29 et 30 en agissant sur la partie variable 35 de la résistance 36-36 connectée entre ces catho- des et un point 41 commun aux deux résistances égales 27 et 28.
Le dispositif intégrateur de la figure 3 est représenté à l'in- térieur du cadre en traits mixtes 12. Il comprend deux tubes électroniques identiques 42 et 43 dont les deux cathodes sont au même potentiel. Celui-ci est pris entre deux résistances 44 et 45 qui forment potentiomètre avec une résistance 46 et les résistances 35 et 36. Le point commun aux résistances 45 et 46 est connecté à la grille du tube 43 par l'intermédiaire d'une résistan- ce 77. Les deux anodes des tubes 42 et 43 sont soumises à la même tension d'alimentation par l'intermédiaire d'une résistance 47;
La grille du tube 42 est connectée par l'intermédiaire d'aune ré- sistance 48 aux anodes des tubes 29 et 30. Elle est donc soumise aux varia- tions de tension de plaques dues aux variations du carré du courant détecté par le détecteur 6-9.
La grille du tube 43 est connectée à une électrode d'un condensateur constitué, en réalité, de quatre éléments désignés respec- tivement par 49, 50,51 et 52. L'autre électrode de ces éléments de conden- sateur 49 à 52 est connectée aux anodes des tubes 42 et 43 par l'intermédiai- re d'un commutateur dont l'élément mobile est désigné par 53 et-dont les plots fixes sont désignés par 54. Les valeurs des éléments 49 à 52 sont différentes d'un élément à l'autre, de sorte que, suivant que l'élément mo- bile 53 du commutateur est sur l'un ou l'autre des plots fixes 54, la gril- le du tube 43 est connectée aux anodes des tubes 42 et 43 par un condensa- teur d'une capacité différente.
La quantité d'électricité accumulée par l'un quelconque des con- densateurs est proportionnelle à l'intégrale du courant qui le traverse. Ce courant est fonction de la tension appliquée à la grille du tube 42. Cette tension est proportionnelle au carré du courant de soudure.
Les condensateurs 49 à 52 sont choisis en fonction de la durée de la soudure.
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La valeur moyenne fournie par le dispositif intégrateur 12 influ- ence un dispositif jouant le rôle d'une mémoire qui est schématisé à l'inté- rieur du cadre en traits mixtes 13. Cette mémoire est constituée par un con- densateur 55 qui se charge sans pouvoir se décharger et sans débiter,, Pour obtenir cet effet, on emploie des tubes électroniques 56 et 57
La tension correspondant à la valeur moyenne du carré du courant proportionnel au courant de soudure est appliquée, par l'intermédiaire d'une résistance 58, à la grille du tube 56 qui est monté en cathodyne.
A cet effet, aucune résistance n'est disposée dans le circuit d'anode de ce tube tandis qu'une résistance élevée 59 est connectée dans le circuit de cathode. Celle-ci est reliée à la grille et à l'anode du tube électronique 57. La cathode de celui-ci est connectée à une des électrodes du condensateur 55 dont l'autre électrode est reliée à la résistance 59 dans le circuit de cathode du tube 56 monté en cathodyne. Le condensateur 55 est en liaison avec l'extrémité de la résistance 59 opposée à celle reliée direc- tement à la cathode du tube 56.
Le tube 57 sert d'élément uni-directionnel. Il charge le conden- sateur 55 (condensateur-mémoire) mais ne.permet pas sa décharge parce que le courant inverse dans lè-tube 57 est négligeable.. Par le fait que la résis- tance 59 est élevée, 'le courant de grille du tube 56 fonctionnant en cathody- ne est négligeable.
Pour compenser le terme continu dû aux amplificateurs à couplage direct et les'dissymétries des tubes employés, en d'autres termes pour équi- librer le zéro de l'installation, on utilise des tubes 60 et 61 montés tous les deux en cathodyne. Les cathodes de ces tubes sont dônc en série avec des résistances élevées désignées respectivement par 62 et 63.
La grille du ,tube 60 est connectée par l'intermédiaire d'une ré- sistance 64 à la cathode du tube 57. Le condensateur 55 peut être déchargé à travers une résistance 65-lors de la fermeture d'un interrupteur 66 monté en série avec lui dans une dérivation aux bornes du condensateur 55.
Les deux anodes des tubes 60 et 61 sont soumises au:même poten- tiel d'alimentation. La tension recueillie entre les deux cathodes des tubes 60 et 61 est fonction de la différence de tensions entre les deux grilles de ces tubes. Par conséquent, en. connectant la grille du tube 61 à une résis- tance variable 67 montée entre deux autres résistances fixes 68 et 69 formant potentiomètre, on peut régler la tension de grille du'tube 61 de manière à ob- tenir un zéro correct de l'installation lorsqu'aucun signal n'est appliqué sur la grille du tube 60.
L'appareil de mesure du courant sortant de l'amplificateur diffé- rentiel 14 est constitué par un milliampèremètre intérieur 70, dans le cas où l'élément mobile 71 d'un commutateur est amené sur un plot fixe 72 et par un milliampèremètre extérieur lorsque cet élément mobile 71 est amené sur un plot fixe 73. L'élément mobile 71 est connecté à la cathode du tube 60 par une résistance 74, A la fin de chaque mesure, on doit décharger les condensateurs d'intégration 49 à 52 ainsi que le condensateur de mémoire 55. La décharge des condensateurs 49 à.52 est effectuée par la fermeture d'un interrupteur 75 connecté en série avec.une résistance 76 en dérivation sur la résistance 77.
En pratique, on peut utiliser des tubes électroniques tels que ceux connus sous la dénomination commerciale de 6 SN 7 pour les tubes 29 et 30 ainsi que 60 et 61 et sous la dénomination de 6 S L 7 pour les tubes 42, 43,56 et 57. pour les tubes
Quand on emploie de tels tubes, on peut employer avantageusement des résistances présentant les caractéristiques données ci-dessous. Pour cha- que résistance, le premier chiffre correspond à la valeur de la résistance.
Le second chiffre éventuellement cité correspond à la puissance que la résis- tance doit pouvoir dissipez--sans inconvénient.
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Résistances <SEP> 27 <SEP> et <SEP> 28 <SEP> = <SEP> 10 <SEP> ohms <SEP> et <SEP> 2 <SEP> watts
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<tb> Résistance <SEP> 37 <SEP> = <SEP> 10.000 <SEP> ohms <SEP> et <SEP> 5 <SEP> watts
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<tb> Résistance <SEP> 48 <SEP> = <SEP> 470.000 <SEP> ohms <SEP> et <SEP> 1 <SEP> watt
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<tb> Résistance <SEP> 47 <SEP> = <SEP> 1 <SEP> méga-ohm <SEP> et <SEP> 1 <SEP> watt
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<tb> Résistance <SEP> 36 <SEP> = <SEP> 550 <SEP> ohms <SEP> et <SEP> 1 <SEP> watt
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<tb> Résistance <SEP> 35 <SEP> = <SEP> 50 <SEP> ohms <SEP> et <SEP> 2 <SEP> watts
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<tb> Résistance <SEP> 46 <SEP> = <SEP> 10.000 <SEP> ohms <SEP> et <SEP> 5 <SEP> watts
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<tb> Résistance <SEP> 45 <SEP> = <SEP> 150 <SEP> ohms <SEP> et <SEP> 1 <SEP> watt
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<tb> Résistance <SEP> 44 <SEP> = <SEP> 100 <SEP> ohms <SEP> et <SEP> 1 <SEP> watt
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<tb> Résistance <SEP> 77 <SEP> = <SEP> méga-ohm <SEP> et <SEP>
1 <SEP> watt
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<tb> Résistance <SEP> 76 <SEP> = <SEP> 1000000 <SEP> ohms <SEP> et <SEP> 1 <SEP> watt
<tb>
<tb> Résistance <SEP> 59 <SEP> = <SEP> 470.000 <SEP> ohms <SEP> et <SEP> 1 <SEP> watt
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<tb> Résistance <SEP> 58 <SEP> = <SEP> 4,7 <SEP> méga-ohms
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<tb> Résistance <SEP> 65 <SEP> = <SEP> 10 <SEP> méga-ohms
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<tb> Résistance <SEP> 64 <SEP> = <SEP> 100.000 <SEP> ohms
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<tb> Résistances <SEP> 62 <SEP> et <SEP> 63 <SEP> = <SEP> 20.000 <SEP> ohms <SEP> et <SEP> 5 <SEP> watts
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<tb> Résistance <SEP> 74 <SEP> = <SEP> 10.000 <SEP> ohms
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<tb> Résistance <SEP> 68 <SEP> = <SEP> 1,5 <SEP> méga-ohm
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<tb> Résistance <SEP> 67 <SEP> = <SEP> 100.000 <SEP> ohms
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<tb> Résistance <SEP> 69 <SEP> = <SEP> 570.000 <SEP> ohms
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Dans ce même schéma,
les condensateurs d'intégration 48 à 52 et de mémoire 55 ont respectivement comme capacité: 0,22 micro-farad, 0,1 micro-farad, 0,056 micro-farad, 0,027 micro-farad et 3 micro-farads,
Au lieu d'un détecteur constitué par un amplificateur magnétique à rétroaction négative, on pourrait utiliser un anneau en manganine inséré dans le circuit secondaire de la machine de soudure. Un anneau de ce genre est représenté schématiquement en 78, à la figure 1.
La différence de potentiel entre les faces opposées de cet anneau et qui est proportionnelle au courant de soudure est appliquée à l'entrée du dispositif 10 qui doit fournir un courant proportionnel au carré du courant de soudure,,
Pour élever au carré un courant donné, on peut utiliser d'autres moyens que des tubes à vide à caractéristiques non linéaires. On peut, par exemple, utiliser un tube mélangeur du genre de celui désigné par 79, à la figure 3. La différence de potentiel fournie par le détecteur du courant de soudure est appliquée entre chacune des grilles 80 et 81 et la cathode 4F ce tube.
Le courant circulant dans le circuit anodique est proportionne. au carré de la tension détectée,
Pour intégrer le courant sortant de l'élévateur au carré, on peut aussi utiliser un dispositif autre que celui à rétroaction négative ca- pacitive représenté à la figure 2. On peut utiliser, par exemple, un dispo- sitif tel que celui de la figure 4, qui comprend une résistance 82 en sé- rie avec un condensateur 83, à condition que l'impédance capacitive de ce condensateur soit faible par rapport à la valeur de la résistance 82.
Si la tension aux bornes de cette résistance est beaucoup plus grande que la tension aux bornes du condensateur, on peut considérer que le courant qui traverse la résistance 82 est le quotient de la différence de potentiel appliqué entre les bornes 84 et 85 et cette résistance. Par conséquent, la différence de potentiel entre les électrodes du condensateur
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83, qui est égale à C 1 ji dt, peut aussi s'exprbuer par 1 J v .dt, expres- C R sion dans laquelle
R exprime la valeur de la résistance 82 Ç exprime la capacité du condensateur 83 v exprime la différence de potentiel proportionnelle au carré du courant de soudure détecté, qui est appliquée entre les bornes 84 et 85=
Dans ce cas, il faut amplifier la tension recueillie aux bornes du condensateur.
Le dispositif jouant le rôle de mémoire pour la différence de potentiel entre les électrodes du condensateur 83 peut aussi être constitué autrement que de la façon schématisée à la figure .2.
Une autre mémoire est représentée à la figure 5, où on voit un relais ultra-rapide 86 qui actionne un interrupteur 87 dans le circuit de grille d'un tube à vide 88. La cathode est montée en série avec une résis- tance 89. Un condensateur 90 est connecté entre la grille du tube 88 et l'ex- trémité de la résistance 89 opposée à celle reliée directement à la cathode.
La tension à retenir par la mémoire est appliquée entre les bor- nes 91 et 92. La tension retenue peut être prise aux extrémités de la ré- sistance 89.
Un amplificateur différentiel'd'un autre genre que celui repré- senté à la figure 2 est schématisé à la figure 6. Il comprend deux tubes à vide 93 et 94 dont les cathodes sont reliées entre elles et dont les ano- des sont soumises à une tension de polarisation à travers des résistances dé- signées respectivement par 95 et 96. Dans ce cas, la tension fournie par la mémoire doit être appliquée à un tube monté en cathodyne, dont la cathode est reliée à la grille du tube 93, tandis que la tension compensatrice est appli- quée à la'grille du:tube-94., La tension compensée de sortie est prise entre les bornes 97 et 98.connectées directement aux anodes des tubes 93 et 94.
Une autre variante d'un amplificateur différentiel est schémati- sée à la figure 7 où on a représenté un tube à vide 99 dont la grille est soumise à la tension appliquée par la mémoire entre les bornes 100 et 101.
Une résistance 102 est montée dans le circuit d'anode. Une résistance fixe 103 et un potentiomètre 104 sont montés en série entre la cathode et l'ano- de. La tension compensée de sortie est prise entre des bornes 105 et 106 con- nectées respectivement à l'anode du tube 99 et au curseur du potentiomètre 104.
Il est évident que l'invention n'est pas exclusivement limitée aux formes d'exécution représentées et que bien des modifications peuvent être apportées dans la forme, la disposition et la constitution de certains des éléments intervenant dans sa réalisation, à condition que ces modifica- tions ne soient pas en contradiction avec l'objet de chacune des revendications suivantes.