<Desc/Clms Page number 1>
DISPOSITIF POUR LE RENFORCEMENT DE LA FORCE DE CONTACT MAGNETIQUE. (Inventeurs H. Dreyer et L. Burkhard).
Dans tous les dispositifs d'appareils de mesure tels des relais etc. avec forces de réglage faibles, il est relativement difficile de réaliser une disposition de mise en circuit électrique,travaillant de manière sure. Les forces de réglage de l'appareil de mesure ne suffisent pas la plupart du temps pour réaliser la force additionnelle nécessaire pour établir un contact irréprochable.
Il est connu d'essayer les différentes positions de tels appareils de mesure par exemple mécaniquement par des moyens lumineux électriques, de manière qu'on obtienne un contact certain au moyen de dispositifs de renforcement mécaniques ou électriques correspondants.
Il existe aussi des procédés par lesquels on utilise par exemple dans des appareils à bobine tournante un contact fermé avec une force réduite de manière à renforcer électriquement par une source auxiliaire de courant le moment rotatif dans la petite armature de mesure, pour augmenter ainsi la force de contact active.
On peut aussi influencer une armature à fer doux placée sur un bras de levier de l'appareil de mesure au moyen d'un champ magnétique de manière à obtenir ainsi un renforcement de la force de contact.
Pour décrire clairement les idées inventives développées plus en détail ci-dessous, il est nécessaire de discuter sommairement et avant tout les rapports de force d'un relais à bobine tournante, normal.
<Desc/Clms Page number 2>
Un relais de ce genre est représenté schématiquement sur la figure 1. Le petit cadre de bobine tournante 1 influencé par la grandeur de mesure est muni d'un levier de contact 2 qui touche lors d'un écart correspondant le dispositif de contact 3 et ferme ainsi par exemple un circuit d'une batterie ou d'une lampe signalisatriceo
Les rapports de force ainsi créés sont représentés sous forme de diagramme en figure 2.
Le moment du ressort de mesure du petit cadre de la bobine tournante, porté sur langle d'écart 0(. augmente proportionnellement à la droite MF pendant que la valeur du moment ME produit électriquement par la bobine tournante et qui est opposé au couple MF et doit dans le cas d'un champ homogèneêtre représenté par une horizontale dont la distance dépend de la ligne zéro de 1-'intensité du courant. Etant donné que la direction du moment électrique est opposée à celle du ressorte la valeur négative du moment électrique est notée dans le cas présent, à cause d'une meilleure surveillance.
La ligne verticale pointillée montre l'angle de rotation du bras de contact 2 par lequel celui-ci atteint le dispositif de contact 3.
Dans le cas du moment ME1 ce point est atteint directement tandis que dans le cas du moment ME2 un moment excédent MR est produit qui conditionne l'importance de la force de contact. Une force de contact effeo- tive ne peut ainsi se produire que lorsque le moment électrique est supérieur au moment du ressort. Etant donné que pour une prise de contact., une force minimum, qui dépend du matériau du contact et des conditions fortuites de la surface supérieure du contact est utilisée., il est évident que la prise de contact sans force excédente doit être incertaine au moment du contacta Il s'y ajoute que pour une modification lente de la grandeur de mesure le mouvement de contact devient traînant et amène très rapidement des détériorations de la surface supérieure du contact.
Ce n'est qu'avec des moments de ressort très raides qui mettent en jeu de grandes forces électriques qu'on peut atteindre avec de tels dispositifs une sécurité de contact utile. Pour cette raison on cherche à augmenter les forces de contact d'une autre manière pour convertir le mouvement de contact traînant et uniforme en un mouvement rapide.
Une telle disposition connue est représentée en figure 3. On dispose dans celle-ci au bras de levier 2 de l'appareil de mesure une armature faiblement magnétique 4 qui produit en même temps qu'un petit aimant ¯permanent 5 un moment fortement accentué supplémentaire opposé au moment du ressort. Le diagramme des forées produites, en ce cas) est représenté en figure 4. La valeur négative du moment électrique est à nouveau représentée par ME, le moment du ressort par MFn le moment du l'attraction magnétique entre l'armature 4 et l'aimant permanent 5 par Mm, le moment du contact élastique et détendu 3 par Mc et le moment total par MG. Il faut remarquer en outre que la partie de la courbe Mm qui détermine la branche mon-- tante de la courbe MG n'a pas été représentée pour motif de place.
Les parties mobiles du relais prennent la position qui est donnée par le point d'intersection des courbes ME et MG. Avec l'augmentation de la grandeur de mesure ce point d'intersection se transforme en un point de contact tangentiel. A ce point pour lequel la valeur de base de la grandeur de mesure pour la prise de contact est atteinte, le levier 2 bascule jusqu'à ce point où la courbe MG coupe à nouveau la courbe ME, et que le contact est ainsi fermé.
Le moment MK qui révoque la pression de contact est en ce cas indépendant de la valeur du couple ME.
Dans cette disposition connue on obtient assurément un renforce-
<Desc/Clms Page number 3>
ment de la force de contact et une fermeture rapide mais par suite du caractère oscillatoire de son mouvement., le levier 2 ne peut se détacher du contact 3,pour revenir à son point de départ si la grandeur de mesure descend à nouveau sous la valeur de base. Un décollement indépendant ne peut se produire que lorsque le moment électrique du petit cadre de la bobine tournante 1 est plus petit que le minimum inférieur de MG.
Il devrait donc dans la disp osition choisie devenir ainsi sensiblement négatif et ce d'autant plus que la force de contact devient plus grande. Des relais de ce genre doivent par conséquent être à nouveau ouverts mécaniquement., Le chiffre de renforcement possible est limité étant donné qu'avec une augmentation de la puissance du champ magnétique, sa portée augmente également d'une manière perturbante. L'ouverture mécanique peut se faire, comme il est déjà connu, par des relais supplémentaires disposés extérieurement ou intérieurement; elle présente toutefois de grands incon- vénients .
Pour cette raison, on a également construit des relais à bobine tournante dans lesquels le moment magnétique auxiliaire est obtenu au moyen d'un électro-aimanto Dans ceux-ci on peut après prise de contact réussie, supprimer l'excitation des aimants, l'appareil de mesure n'étant plus alors pratiquement soumis qu'à la force du contre-moment mécanique de rotation. L'utilisation d'électro-aimants présente cependant l'inconvénient que la courbe MG du contre-moment total dépend, principalement à son maximum, de l'excitation des électro-aimants et qu'ainsi la réaction uniforme ne peut se produire qu'après une excitation absolument uniforme. L'obtention d'une excitation constante postule cependant une pratique technique très élevée.
L'invention décrite ci-dessous se rapporte substantiellement à un dispositif spécial du renforcement de la force de contact électro-magnétique, caractérisé par le fait que les modifications de l'excitation des électro-aimants n'ont pratiquement plus d'influence perturbante et qu'en même temps une nouvelle et sensible augmentation de la force de contact est rendue possible. Ceci est obtenu grâce au fait que les forces du champ magnétique et conséquemment celui du moment magnétique augmente très fortement à partir d'une grandeur qui par rapport à la grandeur du moment mécanique est insignifiante jusqu'à une grandeur qui est au moins égale à celui-ci.
Un exemple d'exécution pratique de l'invention est représenté en figure 5. L'appareil de mesure électrique à bobine tournante 1 porte à l'extrémité de son bras 2 une armature faiblement magnétique 4. Aussi long, temps que cette dernière se déplace dans l'espace délimité par l'écran magnétique 6, elle est à l'abri de l'influence de l'électro-aimant 5 qui est désigné plus loin sous le nom d'aimant auxiliaire. Son réglage ne dépend à l'intérieur de cet espace que du moment électrique ME et du contre-moment mécanique MF. Ce n'est que lorsque l'armature sort de la fenêtre de l'écran qu'elle est attirée par le champ magnétique dont l'influence augmente alors très fortement.
On peut, dans un tel dispositif, rendre les forces de démarrage magnétique tellement grandesp sans autres moyens, que l'armature 4 est en état de fermer les deux contacts 7 et 7' sur les supports élastiques de contact 3 et 3' qui seront désignés plus loin sous le nom de contacts primaires, avec une force de contact supérieure à 1 gramme.
On obtient ainsi des forces de contacta telles, qu'on les utilisépour atteindre une prise de contact absolument sûre même pour des interruptions très fréquentes. Il est possible en même tmps d'atteindre lors de la fermeture ou de l'ouverture un mouvement de glissement des contacts les uns sur les autres au moyen duquel on obtient un nettoyage automatique et un polissage de la surface supérieure ainsi qu'un amortissement évitant des accrochages de contact.
<Desc/Clms Page number 4>
Un second aimant auxiliaire avec dispositif de contact peut évidemment être disposé de l'autre côté de l'écran.
La figure 6 représente sous forme schématique le dispositif décrit et la figure 7 représente le diagramme correspondant. Les courbes sont établies comme en figure 4 et les deux lignes pointillées montrent la position de l'écran magnétique 6. Le moment propre à l'aimant 5 sans l'écran 6 est représenté par la courbe en pointillé Mm pendant que la courbe effective qui se révèle avec l'écran est représentée par la ligne M'm.
On voit qu'extérieurement de celle-ci il monte très rapidement pendant qu'il se produit un contre-moment total MG opposé au moment ME de la bobine tournante qui, à l'intérieur de l'écran, est presqu'identique avec celui produit par le ressort de mesure du petit cadre, alors qu'à l'extérieur il retourne rapidement vers des valeurs négatives.
Il est clair que l'influence perturbante d'une excitation variable de l'électro-aimant 5 sur le système de bobine tournante 1 est réduite ainsi,de la façon la plus large même lorsque l'intensité du champ de l'aimant 5 est encore sensiblement augmentée.
On peut obtenir un effet similaire lorsqu'on construit l'aimant auxiliaire de telle manière que la force de son champ 'augmente pour le champ de dispersion le plus faible. Un exemple d'un tel aimant auxiliaire est représenté aux figures 8 et 9. Dans celui-ci le noyau 9 d'un électro-aimant est entouré par la bobine d'excitation 10. Le circuit magnétique de retour est réalisé par une enveloppe de fermeture 11 en forme de calotte avantageusement formée par des lamelles et pourvue d'une entaille 12 par laquelle l'armature auxiliaire 4 du levier 2 peut pénétrer.
Aussi longtemps que l'armature 4 se trouveen dehors du bâti de l'enveloppe, elle n'est pratiquement pas influencée par le champ magnétique.
Ce n'est que lorsqu'elle pénètre dans le dit bâti de l'enveloppe par l'entaille 12 qu'elle est soumise au champ magnétique et ce avec une force, croissant très fortement. Ceci est représenté au diagramme - CheminForce de la figure 10.
Une disposition de ce genre permet d'obtenir une caractéristique du contre-moment total, similaire à celle représentée en figure 7. La combinaison d'un aimant auxiliaire de ce genre avec un écran supplémentaire permet encore d'autres possibilités d'amélioration.
La disposition de tels renforcements de force de contact magnétiques permet d'obtenir des renforcements de force, 104 fois plus grands.
Il y a cependant un danger pour la sécurité de fonctionnement de l'appareil en ce sens qu'aussi bien les contacts que les autres pièces se touchant pour donner le contact ont une certaine tendance à coller qui devient d'autant plus perturbante que les forces de remise en place de l'appareil de me sure sont plus petites par rapport avec la force de contact.
Il est avantageux pour ce motif de préparer pour l'ouverture des contacts une force minimum qui empêche avec certitude un collage des contacte.
Ceci est réalisé à titre d'exemple par le support de contact élastique 3 de la figure 5 qui, avant la prise de contact de l'armature doit être préalablement tendu à tel point qu'à l'ouverture suivante, il y ait une force d'arrachement suffisante. Par l'effet de retour élastique-de cet élément on communique à l'armature, lors de la désexcitation de l'aimant auxiliaire une accélération supplémentaire qui diminue substantiellement le dan- ger d'un collage entré l'armature 4 et le support de contact 3.
Pour obtenir une sécurité supplémentaire contre le collage à l'en-
<Desc/Clms Page number 5>
droit de contact, on peut disposer par exemple entre le support de contact 3 et l'armature 4 ou le levier 2 de celle-ci un élément d'action supplément taire (voir figure 5) qui consistera de préférence dans l'usage d'un matériau minéral, céramique ou autre matériau de grande dureté et ayant une surface supérieure très propre, tel par exemple le saphir.
Ces éléments de transmission de force peuvent servir en même temps à l'isolement entre le circuit - appareil de mesure et contacte
Même pour des armatures magnétiquement très faibles, il subsiste pour ces dernières un magnétisme rémanent qui peut agir de manière perturbante dans les appareils de mesure très sensibles, lorsque l'armature est exécutée suivant la figure 5.
Une forme d'exécution selon la figure 8 diminue très sensiblement ce magnétisme rémanent étant donné qu'en ce cas l'armature est polarisée à contre sens.
L'écran 6 sur la figure 5 et le circuit magnétique de retour 11. de la figure 8 dont la forme sur ces figures n'est donnée que pour la facilité de la représentation peuvent, en vue d'obtenir l'accroissement désiré du champ être composés d'une ou de plusieurs couches magnétiquement bonnes conductrices possédant des propriétés magnétiques égales ou différentes et avec ou sans entaille intermédiaire
Il est naturellement possible de réaliser l'armature aussi bien que les aimants auxiliaires en matériaux magnétiques différents. Il en résulte plusieurs possibilités de variation au cours de l'utilisation. La combinaison d'une armature faiblement magnétique avec un aimant auxiliaire fortement magnétique par exemple, un aimant permanent, permet d'économiser la source de courant pour la magnétisation de l'aimant auxiliaire.
Cette disposition, connue en elle-même, est améliorée soit par l'écran soit par le circuit de retour magnétique en ce sens que dés forces de contact plus élevées peuvent être atteintes. Elle présente normalement l'inconvénient'que l'armature doit être enlevé,par exemple à la main, hors du champ de l'aimant auxiliaire. Pour des installations d'alarme dans lesquelles la position de retour d'un relais doit fréquemnent être réalisée à la main, elle peut être très appropriée.
La combinaison d'une armature fortement magnétique avec un aimant auxiliaire magnétiquement 'faible, ou magnétiquement fort, assure d'autres possibilités de variation. Elles sont caractérisées par le fait qu'il se produit des forces d'arrêt magnétiques supplémentaires à la sortie de l'armature hors du blindage de protection ou du coté de l'entrée d'un aimant auxiliaire selon la figure 5.
On peut utiliser ces forces d'arrêt supplémentaires pour l'obtention de caractéristiques spéciales de la courbe du contre-moment total MG.
Le blindage peut également être utilisé pour obtenir certains effets soit qu'on l'exécute en matériau fortement magnétique pour obtenir un effet durable, soit en matériau faible pour une magnétisation durable ou passagère au moyen d'un bobinage additionnelo
Une magnétisation passagère du blindage suivant figure 5 au moyen d'un bobinage additionnel 13 permet par les ressorts de contact 3 de caler provisoirement l'appareil de mesure, lors de l'oscillation de retour, dans le passage, afin d'empêcher une oscillation de l'armature vers le passage opposé.
Il est également possible de donner à l'armature des dimensions telles qu'elle se sature relativement vite après son entrée dans le champ de l'aimant auxiliaire. On peut limiter'ainsi les forces d'attraction et
<Desc/Clms Page number 6>
par suite les accélérations de l'armature de telle manière que même pour un renforcement élevé des forces magnétisantes, les forces de contact ellesmêmes restent limitées.. On peut utiliser cette disposition par exemple pour diminuer le danger d'adhérences de contact ou pour équilibrer des variations d'intensité de champ en suite d'excitation irrégulières de l'aimant auxiliaire.
Une sursaturation du noyau de fer dans l'aimant auxiliaire 5 suivant figure 5 ou de l'aimant 9 suivant figure 10 a pour conséquence que des variations de la tension d'excitation ne se font que très peu sentir sur l'allure de la courbe du moment de l'aimant Mm ou: sur celle du moment de l'aimant M'm et qu'ainsi la valeur de base est encore moins influencée.
Le dispositif pour le renforcement de la force de contact est représenté en figure 5 de telle manière que la force d'attraction de l'aimant auxiliaire 5 s'exerce tangentiellement à l'axe de rotation de l'appareil de mesure.
Evidemment, la force d'attraction de l'aimant auxiliaire peut aussi s'exercer dans une autre direction par rapport à l'axe de l'appareil de mesure comme il est représenté schématiquement aux figures 11 et 12.
Il est nécessaire en ces deux cas de rendre l'armature 4 mobile, par exemple autour d'une charnière 14, et au besoin de prévoir encore un faible ressort de rappel 15 au cas où le bras de l'armature ne possède pas lui-môme l'élasticité voulue pour permettre le déplacement nécessaire de l'armature en vue de contactage. Tandis que pour la disposition tangentielle on ne peut utiliser normalement que deux aimants auxiliaires seulement, on peut pour la disposition radiale ou parallèle à l'axe, en utiliser un nombre au choix.
L'accélération de retour de l'armature obtenue par les ressorts 3 de la figure 5 donne à l'appareil de mesure une énergie active qui peut être très grande par rapport à l'énergie de son contre-moments rotatif mécanique .
L'appareil de mesure peut ainsi être entraîné dans la zone de démarrage d'un éventuel deuxième aimant auxiliaire disposé de l'autre côté de l'écran et occasionner là un contactage non voulu qui engendre un mouvement pendulaire lorsque l'amortissement de l'appareil de mesure n'est pas suffisant pour absorber l'énergie d'accélération de retour avant de quitter à nouveau la zône protégée.
Un fort amortissement d'appareil a cependant pour conséquence dans la zône protégée dans laquelle les petites forces sont en réalité seules ac- tives, un règlage très lent qui empêche une réaction rapide. Il est par con- séquent avantageux de réaliser l'amortissement de l'appareil de telle maniè- re qu'il soit peu important dans la zône protégée et relativement élevé dans la zône non protégée.
Si c'est nécessaire on peut faire dépendre cet amortissement de la direction, en plaçant par exemple dans un enroulement spécial d'amor- tissement de l'appareil un redresseur. Un exemple d'exécution est repré- senté schématiquement en figure 13. Le système mobile est muni sur la bobi- ne mobile aussi bien de son enroulement de mesure normal 1, que d'un enrou- lement d'amortissement l' qui est relié de son côté avec la résistance linéai- re 16 et le redresseur 17.
Dans la position intermédiaire - zône de la saine mesure - l'en- roulement d'amortissement est peu actif étant donné qu'il se trouve seulement dans le champ de dispersion dans lequel pour une prise de contact avec l'angle de rotation le plus grand, il travaille cependant très fortement, comme désiréa
<Desc/Clms Page number 7>
Au cas où ni le'redresseur ni la résistance 16 prévue pour le règlage de l'amortissement ne sont nécessaires, l'enroulement d'amortissement l' peut être construit de manière massive comme dans les cadres d'amortissement bien connus des instruments à bobine tournante.
Ceux-ci sont alors logés uniquement dans la zone médiane.
Comme déjà indiqué, il est nécessaire à cause du caractère ré- versible de la courbe du contre-moment total qu'une fois un contact actionné, il ne retourne pas dans sa position de départ de lui-même lors du retour de la valeur de mesureo
Ce retour s'effectue avantageusement en désexcitant à nouveau au moyen du relais mis ultérieurement en circuit, le ou les aimants auxiliai- res.
Quelques contacts de relais pour atteindre ce but sont représentés dans les dessins suivantso On peut par exemple selon la figure 14, en actionnant le contact primaire maximum 22 laisser réagir un relais secondaire 20 qui a son tour couper l'excitation de l'aimant auxiliaire maximum 18 par les contacts 24 et ferme simultanément le circuit d'excitation de l'aimant auxiliaire minimum 19 par les contacts 25.
L'appareil de mesure n'est plus soumis du côté maximum qu'au moment de ressort mécanique et peut par conséquent pour une grandeur de mesure décroissante retourner librement.
Dès qu'il vient ainsi dans la zône de l'aimant auxiliaire 19 sur le côté minimum, le contact primaire minimum 23 qui s'y trouve, est actionné et celui-ci court-circuite le relais 20, c'est-à-dire le désexcite.
L'aimant auxiliaire minimum 19 est ainsi désexcité et l'aimant auxiliaire maximum 18 à nouveau excité. Un contact supplémentaire 26 disposé au relais 20 qui peut être employé pour des prestations supérieures à celles du contact primaire, établit le contact lorsque la valeur maximum est atteinte et le rompt lorsque la valeur minimum est atteinte.
Dans une telle disposition le relais travaille ainsi comme relais d'entrée et sortie ou comme résistance réglable d'entrée et sortie.
Suivant un autre mode de commande selon la figure 15, on utilise par exemples les deux relais secondaires 20 et 21 dont le relais 21 est actionné par le contact primaire maximum 22 et l'autre l'étant par le contact primaire minimum 23 et l'on ferme les relais 20 et 21 de telle manière que lors de la réaction de leurs aimants auxiliaires 19 ou 18 par les contacts 27 ou 28, ils se désexcitent à nouveauo
On obtient alors, en atteignant la valeur maximum et minimum, des contacts d'impulsion séparés 29 et 30.
La durée de ces impulsions peut être rendue largement variable en appliquant des dispositifs connus de retardement aux relais 20 et 21 par exemple,, au moyen de capacités variables 31 et 32.
Un tel relais travaille ainsi comme relais d'impulsions d'entrée sortie - entrée ou comme résistance variable en rapport avec les deux circuits de courant représentés par des flèches.
Il possède en outre la propriété qu'en dépendance de l'amortissement de l'appareil, la série d'impulsions devient d'autant plus rapide que le dépassement supérieur ou inférieur de la valeur de base est plus grande.
De tels relais peuvent à titre d'exemple dans une forme d'exécu-
<Desc/Clms Page number 8>
tion appropriée de l'appareil être utilisée également comme relais de direction.
Les relais secondaires ont ainsi en premier lieu pour mission d'assurer la commande correcte de l'aimant auxiliaire.
Ils sont en même temps avantageusement appelés à augmenter encore l'action du contactage de départ. On peut cependant encore exéeuter beaucoup d'autres opérations avec ceux-ci.
On peut par exemple réaliser aussi avec leur aide et au besoin en augmentant leur nombre, une commutation de la sensibilité de l'appareil de mesure,une commutation de la valeur de base; la mise en circuit supplémentaire à partir d'une position de mesure, sur une seconde ou une nième position dans le processus d'une commande, l'obtention de mises en circuit progressives, des durées de contact et de temps de réaction, différents et réglables, des séquences de contact au choix, etc... De façon similaire, de même qu'il est possible d'actionner dans un appareil de mesure plusieurs relais secondaires pour l'obtention d'un processus de commande déterminé, peut-on naturellement laisser travailler pour la surveillance simultanée de plusieurs grandeurs de mesure, plusieurs appareils de mesure sur un ou sur plusieurs relais secondaires communs.
On obtient encore d'autres possibilités en n'excitant ou ne commandant les aimants auxiliaires que périodiquement. Il se produit alors par exemple une prise de contact au contact primaire lors du dépassement de la valeur de base dans la période de l'excitation de l'aimant auxiliaire.
On peut cependant exécuter aussi de façon correspondante des commandes dans lesquelles une excitation de l'aimant auxiliaire ne se produit de façon constante ou périodique que dans les intervalles de temps ou en fonction d'autres grandeurs de mesure, lorsque la grandeur à surveiller sur par l'appareil de mesure est importante ou peut être mesurée sans difficultés.
REVENDICATIONS.
1. - Dispositif pour le renforcement des forces de contact spécialement pour des appareils de mesure sensibles et appareils similaires dans lesquels on utilise pour l'obtention d'une force de contact renforcée, des forces d'attraction magnétiques, avec accroissement non linéaire du champ magnétique, caractérisé par le fait que l'on utilise pour un accroissement particulièrement rapide de l'intensité du champ magnétique dans une zône choisie, des dispositifs supplémentaires sous forme d'écrans interrompus et/ou de circuits de retour magnétiques interrompus pour les aimants à exciter, dans lesquels on peut influencer à volonté l'allure de la force magnétique par la forme donnée aux ouvertures.