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APPAREIL POUR LA MESURE ELECTRIQUE. EN PARTICULIER DE VIBRATIONS DE
ROTATION OU DE COUPLES.
L'invention se rapporte à une amélioration et un développement subséquent d'appareils pour la mesure électrique de couples ou de vibrations de rotation avec un noyau plongeant dans une bobine de mesure, ou deux parties de condensateur mobiles l'une par rapport à l'autre, en particulier avec application de la modulation d'une fréquence porteuse, à l'aide desquels on mesure comme une élongation la valeur de la torsion de la pièce à essayer qui se produit sous l'influence du couple, ou la valeur des vibrations à l'aide d'une masse d'inertie.
Les appareils de mesure en usage jusqu'ici, avec un noyau droit mobile axialement et plongeant dans une bobine droite, sont mal appropriés pour des mesures sur un corps effectuant un mouvement de rotation, parce que justement le mouvement axial ne correspond pas au mouvement de rotation, le noyau et la bobine sont par conséquent déplacés obliquement l'un par rapport à l'autre, et le trou de la bobine doit être fâcheusement grand, ce qui à son tour diminue la sensibilité du transmetteur.
La présente invention remédie à ces inconvénients et consiste en ce que noyau et bobine sont courbés, autant que possible suivant le rayon de leur mouvement circulaire.
Sur le dessin, l'invention est représentée dans plusieurs exemples d'exécution, et voici ce que montrent les figures la figure 1, le schéma d'un dispositif de mesure travaillant avec modulation d'une fréquence porteuse; la figure 2, 1'"allure" de la tension à la sortie du pont de mesure montré au schéma suivant figure 1, pour démodulation conservant le'sens de la phase et ne conservant pas le sens de la phase ;
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la figure 3, l'allure de la tension pour démodulation conservant le sens de la phase et quand un noyau de fer plonge dans une bobine de mesure de pont en une seule partie ; la figure 4, une bobine de mesure de pont en coupe longitudinale la figure 5, l'allure de la tension pour une disposition des bobines et du noyau suivant figure 4;
les figures 6, 7 et 8, trois exemples d'application pour le transmetteur d'un dispositif de mesure de couple, schématiquement ; les figures 9 et 10, un exemple pratique d'application pour la disposition suivant figure 6, à un arbre de transmission pour automobile, en coupe longitudinale et en coupe transversale ; les figures 11 et 12, un exemple pratique d'application pour la disposition suivant figure 7, à un essieu arrière d'automobile, en coupe longitudinale et en coupe transversale suivant la ligne XII-XII de la figure 11; les figures 13, 14, 15 et 16, un exemple pratique d'application pour la disposition suivant figure 7, avec une barre de torsion placée entre deux tronçons d'arbre ;
les figures 17 et 18, un mesureur de vibrations de rotation en coupe longitudinale et en coupe transversale suivant la ligne XVIII-XVIII suivant figure 17 ; la figure 19, le côté de sortie du schéma suivant figure 1, avec un redresseur pour indication d'une tension alternative, qui correspond à une valeur variable, par un appareil à aiguille ; la figure 20, une baguette de charbon placée sur un anneau de glissement, comme détail pour les figures 11, 13 et 17 ; les figures 21 et 22, une disposition de condensateurs en une et deux parties, en coupe longitudinale.
Les figures 4, 9, 10,20, 21 et 22 sont destinées à une plus grande échelle par rapport aux autres figures.
Comme le montre la figure 1, le dispositif de mesure consiste en un pont de mesure A, qui est alimenté en haute fréquence par un générateur de courant alternatif G. La tension naissant dans la diagonale du pont (éventuellement amplifiée dans un amplificateur V intercalé) est redressée dans un démodulateur D en conservant le sens de la phase, et indiquée sur un instrument indicateur connecté après ou dessinée sur un oscillographe. Dans la branche d'étalonnage du pont, il y a une résistance étalonnée variable W, qui peut être aussi une self ou une capacité. Dans me ou dans lex leux branches de mesure du pont A, il y a une ou éventuellement aussi deux self ou capacités S', S"liées aux grandeurs à mesurer.
Aussi longtemps que le pont A est désaccordé, il existe à la sortie du pont une tension alternative,qui pour L trop grand (zu gross) ou trop petit (zu klein) prend l'allure qui ressort de la figure 2. Si on équilibre maintenant le pont de plus en plus (par exemple par un accord correspondant de la phase (P) et de l'amplitude (B) la tension alternative en a donnent toujours plus petite, pour redevenir de nouveau plus grande de l'autre côté du zéro (figure 2). Une démodulation ne conservant pas le sens de la phase prendra donc l'allure x-x'. Si par contre on démodule en conservant le sens de la phase, on obtient l'allure de tension y-y'. Si pour un tel montage on fait plonger un noyau de fer dans une bobine simple, on obtient à la sortie l'allure de tension représentée à la figure 3.
Cette figure fait voir que la caractéristique de tension a une allure linéaire environ sur 40% de la longueur de la bobine, et cela vers la fin du mouvement de plongée du noyau, Si on emploie une bobine en deux parties, comme celle que montre la figure 4, la caractéristique a l'allure qu'illustre la figure 5. Dans ce cas on obtient un tronçon linéaire y-y' sur 30% de la longueur de la bobine. On pourrait ainsi faire osciller vers l'extérieur un noyau unique, à
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partir du milieu de la disposition de la bobine. Mais dans ce cas, la par- tir linéaire de la caractéristique ne comprend qu'environ 15% de la lon- gueur de la bobine.
Pour un pont avec deux branches de mesure, la disposition à deux bobines S', S" est particulièrement favorable, pour la raison suivan- te : si dans le pont de mesure suivant figure 1 n'existe qu'une des bobines
S' ou S" et que cette bobine s'échauffe, non seulement sa self est changée (changement de valeur), mais aussi sa résistance, avec la conséquence que non seulement le zéro du réglage de l'instrument est changé, mais aussi sa sensibilité. Si, par contre, on emploie une double bobine S', S", comme il est indiqué à la figure 2 et au schéma suivant figure 1, ces changements dans les deux branches de mesure se ompensent et le zéro reste inchangé. Il est vrai que la sensibilité est encore toujours changée, mais ce phénomène peut être contenu dans des limites étroites par des mesures appropriées, telles qu'une résistance (ohmique) réduite.
L'indication linéaire des mesures permet aussi une commutation simple du dispositif. Supposons que tout le dispositif soit étalonné pour un domaine de mesure de couple, par exemple jusqu'à 100 mkg. Par l'augmen- tation de la résistance, par exemple de w1 à (figure 1), l'appareil in- dicateur est transposé de telle façon que la même gamme d'échelle est dispo- nible pour la mesure à une limite plus basse, par exemple jusqu'à 10 mkg., ou sinon à une valeur arbitraire, qui est amplifiée domme il faut avant d'être indiquée. Réciproquement, la suppression de l'amplificateur V garan- tit qu'on peut se fier au zéro et à la constance de la sensibilité.
Dans ce cas, il est même possible de renoncer au diviseur d'étalonnage, en veillant, par un dispositif correspondant, ravoir une tension de la haute fréquence sûrement constante à l'entrée E (figure 1) du pont A. La disposition décrite peut être utilisée comme mesureur de couple dans trois sortes d'applications différentes.Si la disposition du transmetteur est possible sur la circonférence de la pièce à essayer, par exemple sur un arbre (figure 6), on dispose la place de fixation c pour le porte-noyau d à quelque distance de la bobine S et on fait plonger le noyau K dans celle-ci. Se cette disposition n'est pas possible, on tend le porte-noyau d dans un alésage e dans l'arbre (figure 7)pc, alésage existant ou prévu en plus pour cela, et on dispose les bobines S sur une face frontale de l'arbre.
Finalement, on peut placer aussi une barre de torsion g entre deux tronçons d'arbre f' et fil, et mettre sur celle-ci le transmetteur c, d, K, S selon le modèle des figures 6 ou 7.
Pratiquement, les trois exemples d'application mentionnés cidessus peuvent être exécutés comme suit les figures 9 et 10 montrent par exemple la fixation du transmetteur sur la surface extérieure d'un arbre de transmission pour automobile, dont il faut mesurer le couple ou la sollicitation. Sur l'arbre 1 est fixée une douille 2, par exemple par soudure. A l'extrémité libre de la douille est fixé un support 3 pour la bobine de mesure 4 (suivant figure 4). L'extrémité de la douille placée vers la bobine est appuyée sur un anneau-tourillon 5 fixé à l'arbre 1, par exemple également par soudure. A côté de cet anneau de glissement, l'anneau porteur 6 pour le noyau 7 est serré sur l'arbre 1.
Des figures il ressort sans autre explication qu'une torsion de l'arbre 1 provoque un déplacement angulaire de la douille 2 par rapport à l'anneau 6 qui porte le noyau et ainsi aussi un déplacement du noyau 7 par rapport à la bobine 4 dans la direction de la circonférence. Ce déplacement est indiqué de la façon décrite ci-dessus par l'appareil indicateur Z suivant figure 1.
L'exemple d'application suivant les figures 11 et 12 correspond au cas d'application de la figure 7. On doit étudier les couples à un essieu arrière pour automobile. L'arbre 10 a un alésage 11. Dans celui-ci, une barre 12 est serrée fixe à une extrémité de l'arbre, en 13. L'extrémité de la barre qui dépasse du plateau d'accouplement 14 de l'arbre, est appuyée là dans un roulement à billes 15,etportele noyau courbé 17, tenu par une pièce de pingage
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16 (figure 12), qui plonge dans une bobine 18 courbée de façon correspondante.
La bobine 18 est fixée, par exemple au moyen de vis 20 (figure 12), à un collet 19 en saillie sur le plateau d'accouplement 14 de l'arbre. Pour cet exemple d'exécution aussi, une torsion, par exemple de l'extrémité de droite de l'arbre par rapport à l'extrémité de gauche, provoque une rotation de la barre 12 par rapport au plateau 14 et à la bobine 18, ce qui fait que le noyau 17 aussi change sa position angulaire par rapport à la bobine 18. La modification vient, comme dans l'exemple d'exécution suivant les figures 4, 7 et 8, à l'appareil (figure 1) pour indication.
Les figures 13 à 16 montrent une disposition pratique pour l'exemple d'application suivant figure 6. Entre deux arbres 20a et 20b dont il faut mesurer le couple, une barre de torsion 22 est serrée au moyen de deux accouplements 21, 21. Sur la barre de torsion 22 est glissée une enveloppe 23, et celle-ci est fixée à une extrémité (par exemple suivant figure 13 l'extrémité de droite) à la barre de torsion 22, ou est d'une pièce avec la pièce de serrage de celle-ci. L'autre extrémité de l'enveloppe s'appuie sur la barre de torsion au moyen d'un anneau de glissement 23a (figure 13). L'enveloppe sert de nouveau de support pour la bobine 24 (suivant figure 4) et, à sa portée, un noyau plongeur courbé 26 est de nouveau fixé sur la barre de torsion 22 au moyen d'une pièce de pinçage 25.
Une torsion de la barre 22 provoque de nouveau une modification de la profondeur de plongée du noyau dans la bobine, qui est indiquée à l'appareil Z (figure 1).
Les figures 17 et 18 montrent finalement la disposition suivant l'invention pour un mesureur de vibrations de rotation. la pièce à étudier 30 on fixe, par exemple au moyen d'un manchon à vis 31, une boîte 32 en forme de tambour. Dans cette boîte se trouve fixée une bobine 33 (suivant figure 2). En autre tourne dans cette boite une masse d'inertie 34, qui porte en même temps le noyau plongeur courbé 35. La masse 34 se trouve sous l'action de deux ressorts 36,37 (figure 16), qui tendent à maintenir la masse 34 chaque fois dans une position de repos telle que le noyau plongeur 35 prenne une position de repos moyenne par rapport aux bobines 33.
Il est indiqué de soumettre encore la masse 34 à l'influence d'un amortissement, par exemple sous l'action d'un ressort de glissement 36, dont la pression de contact peut être changée de l'extérieur, par exemple au moyen d'une vis de réglage 37. Au lieu de l'amortissement mécanique, on peut aussi prévoir un amortissement hydraulique, pneumatique ou électromagnétique. La mesure de la valeur de l'élongation ou de l'angle est sure seulement quand on mesure bien au -dessus de la fréquence propre du système. Par un amortissement convenable de la fréquence propre d = 1/2#2, il est possible de mesurer déjà à peu près à partir de la fréquence propre, et plus haut.
Le système doit donc avoir une résonance aiguë.Si celle-ci est par exemple à 5 Hz, des mesures de vibration de rotation sont possibles à partir d'à peu près 300 tours/minute avec un amortissement approprié.
Par les vibrations de rotation se produisant dans les systèmes à vibrations de rotation 30 à étudier, la boite-tambour 32 et avec elle aussi la bobine 35 effectuent par rapport au noyau 35 un mouvement de va-et-vient qu'il est opportun de faire indiquer par un oscillographe. D'après le dessin de la vibration, il est possible de déterminer la fréquence et l'amplitude, ce qui donne des renseignements -sur le comportement du système à vibrations de rotation. Mais !-indication par un appareil à aiguille a aussi ses avantages.
Si l'on veut par exemple empêcher,pour une installation connue, qu'on fasse tourner celle-ci dans le domaine critique, on fait indiquer la tension alternative qui existe à la sortie du démodulateur D (figure 19), après un nouveau redressement par F, également sur un appareil à aiguille. L'échelle de l'instrument Z' peut être étalonnée directement en degrés d'angle. L'amenée de la tension alternative de la sortie du démodulateur doit se faire à travers un condensateur Ca. Sa valeur est opportunément choisie de telle façon que la fréquence limite inférieure de cette disposition coïncida à peu près avec la fréquence propre du système à vibrations de rotation.
La disposition mesure alors convenablement à partir de la fréquence propre du transmetteur.-Pour l'exemple mentionné
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ci-avant, à peu près à partir de 300 tours/min, et plus haat.
Pour conduire l'impulsion de mesure vers l'extérieur ou bien pour le raccordement de la branche de mesure du pont A à sa branche d'éta- lonnage et au démodulateur D, ou pour le raccordement du transmetteur fixé à l'objet à essayer à l'appareil fixe d'un local d'essai, trois anneaux de glissement (figures 11 et 13) sont prévus dans le pont de mesure A pour la bobine en deux parties,et deux anneaux 40, 41 et 42 (figure 1) pour la bo- bine en une partie (figure 18). Ceux-ci sont logés dans une boîte commune
44a (figure 11), 44 b (figure 13) et 44c (figure 17), éventuellement ensem- ble avec un contact d'anneau de glissement supplémentaire 43 (figures 11, 13 et 17) pour une impulsion de vitesse de rotation (par exemple chaque fois une impulsion de courant pour un tour).
Pour la disposition à une face fron- tale du système à vibrations de rotation à essayer, on prévoit une boite en forme de cloche 44a (figure 11) ou 44c (figure 17), et pour glisser sur le système, une boite en forme de tambour (44 b, figure 13). Chacun des contacts d'anneau de glissement du pont 40 à 42 existe trois fois, pour as- surer une prise de courant certaine. En outre, les anneaux de glissement et leurs balais consistent, totalement ou partiellement, en une matière dont la résistance de passage est à peu près une puissance plus basse que le changement de résistance à mesurer et qui a en outre de bonnes propriétés de glissement. Ou bien, les anneaux de glissement et les balais sont pourvus d'un tel revêtement. On préfère un revêtement en argent. Comme balais, on emploie des baguettes de charbon à l'argent 47.
Enfin, les extrémités postérieures des balais en charbon chargés par un ressort sont pourvues d'un revêtement métallique ou d'un capsule de métal 48 (figure 20). Entre ce revêtement 48 et le contact de raccordement correspondant est soudé un fil de passage 49. Tous les balais en charbon peuvent en outre, par exemple suivant l'exemple d'exécution de la figure 13, être levés ensemble de leur anneau de glissement correspondant, par l'actionnement d'un levier 50, par l'intermédiaire d'un jeu de leviers 51 à 56 (figure 15), pour épargner les balais au moment où on ne mesure justement pas.
On peut cependant aussi renoncer aux anneaux de glissement quand l'amenée de la tension alternative pour le pont se fait par un transformateur rotatif, et la prise de la tension de la diagonale du pont par des capacités, auquel cas une partie des capacités tourne avec la pièce et l'autre est fixe.
Dans ce cas cependant, les résistances B et W dans la branche d'étalonnage du pont (figure 1) doivent aussi tourner avec la pièce.
En outre, les selfs S-' et S" peuvent aussi être remplacées par des capacités. Dans ce cas, les bobines plongeuses courbées sont remplacées par exemple par des condensateurs plongeurs, comme en montrent les figures 21 et 22. Dans ce cas, il intervient uniquement, à la place d'une bobine en une ou deux parties, S' S", un tube en une ou deux parties c ou c',c"dans lequel plonge un barre-noyau K. Eventuellement, on pourrait aussi faire se déplacer l'une à côté de l'autre deux plaques de condensateur courbées. Finalement, on peut loger aussi les parties transmettrices et les anneaux de glissement avec leurs contacts dans une boîte commune.