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INSTRUMENT DE MESURE DE PRECISION A FER TOURNANTo
Le but de la présente invention est de créer un instrument de mesure électrique à fer tournat pour des mesures de précision de courants continus et alternatifs, instrument qui présente des avantages considérables au point de vue électrique et constructif par rapport aux instruments connus jusqu'à présent ;
Pour la construction d'instruments de mesure électriques à fer tournant (fer doux), on a jusqu'à présent appliqué deux principes connus en soi, mais fondamentalement différents :
C'est ainsi que d'une part on peut se baser sur la principe, suivant lequel un fer se trouvant dans un champ magnétique est déplacé vers les points de plus grande intensité de champ par les forces magnétiques d'une bobine exercées sur le fer.
Ce principe est à la base du premier instrument à.fer doux (voir fig. 1), indiqué par Kohlrausch, dans lequel une barre de fer 1 est attirée vers l'intérieur d'un enroulement magnétique.
Sur le même effet est basé en principe l'instrument dit à enroulement plat (fig 2). Ici une tôle de fer 4 montée excentriquement à l'extérieur de la bobine 3 subit une rotation vers l'intérieur de la bobine plate Il faut enfin citer encore une troisième disposition dans laquelle une tôle de fer 6 montée excentriquement et par rotation à l'intérieur d'un enroulement magnétique 5 est attirée vers le champ marginal plus intense de l'enroulement (fig. 3).
L'application du principe indiqué ci-dessus est actuellement abandonnée en général pour le développement d'instruments de mesure de précision à fer tournant. On emploie à cet effet par contre le¯deuxième principe décrit ci-après. Pour celui-ci on dispose deux fers 7 et 8 dans une
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bobine magnétique 9 de manière telle qu'ils sont aimantés dans le même sens par le champ de la bobine. L'un des fers, 8,est monté par rotation et est déplacé sous l'action des forces de répulsion règnant entre les deux fers (fig. 4).
En se basant sur les deux principes indiqués ci-dessus on a développé les diverses formes connues d'instruments de mesure à fer tournant. On a également proposé des dispositions basées sur le deuxième principe connu, dans lesquelles deux fers mobiles 10 et 11 montés symétriquement et (fig. 5) deux fers fixes 12 et 13 sont aimantés dans le même sens dans un champ de bobine. Le déplacement des deux fers mobiles a de nouveau lieu sous l'action des forces de répsulsion.
La consommation propre des instruments construits conformément aux principes ci-dessus est toujours élevée, pour autant qu'il s'agisse d'instruments de précision des catégories 0,1 ou 0,2%. Cela exerce un effet particulièrement désagréable dans le développement de voltmères à fer doux, qui exigent une résistance préalable plus élevée. C'est ainsi par exemple qu'un des instruments les plus modernes de ce type a une consommation de ccurant de 30 mA.
Pour supprimer les inconvénients des instruments construits suivant les principes précités, inconvénients qui limitent leur utilisation comme instruments de précision, l'invention propose un instrument de mesure de précision à fer tournant, pour la mesure de courants continus et alternatifs, caractérisé par le fait que le mécanisme de mesure pour l'organe mobile est construit suivant le principe du galvanomètre à aiguille, dans lequel l'aiguille, dans sa position de repos, forme un angle d'environ 25 à 50 avec la direction des lignes de force magnétiques du champ de bobine, et est aimantée par celui-ci dans son sens longitudinal et déplacée de sa position de repos.
Les dimensions des bobines de champ et ainsi la longueur du fil nécessaire à leur fabrication est alors réduite dans une mesure telle que la consommation propre des bobines peut être abaissée à une valeur de moins de 0,2 W, sans que la précision de mesure de 0,1 à 0,2%, qui peut être obtenue avec des instruments de précision doive être abaissée.
La figure 6 sert à illustrer le principe du galvanomètre à aiguille découvert par Bellati en 1883. Une aiguille 14 en fer doux est suspendue dans le champ de deux bobines 15 et 16. Lorsque la direction longitudinale des aiguilles est perpendiculaire aux lignes de force du champ, il n'y a pas d'aimantation dans le sens longitudinal et pas de déviation. Lorsque l'aiguille a la direction des lignes de force, il y a bien aimantation, mais pas de déviation. Dans toutes les positions intermédiaires,il y a aimantation et également déviation.
Le développement de ce principe utilisé par Bellati pour prouver l'existence de courants téléphoniques nous amène à l'instrument de mesure de grande précision suivant l'invention. Pour les instruments de mesure de précision, il faut que, non seulement pour du courant alternatif, mais également pour du courant continu, ils fassent des indications exactes, et même des indications qui concordent pour les deux courants. Pour cette raison, l'aiguille en fer doux utilisée par Bellati a été remplacée par une aiguille en alliage de fer de pouvoir coercitif élevé, de préférence inférieur à 0,01 Oersted.
On a constaté qu'il était préférable de donner à l'aiguille la forme d'un rectangle. -Pour éviter la formation de courants de Foucault dans l'aiguille, il peut être préférable, en particulier pour des fréquences plus élevées, de les fabriquer à partir de plusieurs minces plaquettes superposées et isolées l'une de l'autre, reliées entre elles par du vernis ou de la colle Comme l'aiguille, ainsi que l'indique la figure, est disposée en symétrie radiale dans le champ, toutes les composantes radiales des forces magnétiques exercées sur l'aiguille se compensent mutuellement.
L'application du principe du galvanomètre à aiguille permet pour cette raison également de résoudre de manière simple le problème de la suspension par ruban tendeur du fer, ce qui élimine toutes les difficultés qui
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se manifestent, comme on le sait, en cas de montage entre pointes d'instruments à courant alternatif.
Il est évident que les angles, dont on fait tourner le système en cas d'action des forces de champ, sont petits. Comme il faut toutefois un arc de cadran sensiblement de 90 pour la lecture des angles de déviation, on a appliqué un système, connu en soi, à trait lumineux, dans lequel la rotation du miroir fixé au système est indiquée par un trait lumineux après plusieurs réflexions par des miroirs fixes. La coopération de ces trois mesures a permis de développer un instrument indicateur de précision très exact et sans perturbations pour courants continu et alternatif, qui est caractérisé par une construction particulièrement simple.
Le progrès technique le plus important réside toutefois dans ce qui suit : les petites dimensions de l'aiguille conjointement aux petits angles de déviation permettent d'employer des bobines de champ de dimensions extrêmement réduites, de telle sorte qu'il ne faut pour leur fabrication qu'une longueur de fil relativement faible.
Ceci fournit l'avantage extrêmement important, résidant dans le fait que la consommation propre des bobines de champ peut être réduite à la dixième partie de la consommation propre des instruments connus de la catégorie de précision 0,1 à 0,2% et peut donc être réduite de 0,6....... 1 W à moins de 0,2 W sans que la précision devienne moins bonne que 0,1 et 0,2%
La sensibilité de l'instrument peut être modifiée dans des limites étendues par le fait que la faible force directionnelle des rubans tendeurs est augmentée par des ressorts directionnels supplémentaires.
L'échelle peut être modifiée dans des limites étendues grâce à la modification de l'angle que forme l'aiguille dans sa position de repos avec le sens de la ligne de force magnétique. A cet effet, les bobines de champ sont montées, au point de vue constructif, de manière telle, qu'ils puissent tourner autour d'un axe qui coïncide avec l'axe de rotation de l'aiguille.
Pour l'amortissement des oscillations, on peut, vu le faible encombrement du système rotatif,prévoir sans difficultés un amortissement par courants de Foucault. Il est évident que le mécanisme de mesure est protégé par des écrans métalliques contre l'influence de champs extérieurs.
REVENDICATIONS.
1. - Instrument de mesure de précision à fer tournant pour la mesure de courants continus et alternatifs, caractérisé en ce que le mécanisme de mesure peur l'organe mobile est construit suivant le principe du galvanomètre à aiguille, dans lequel l'aiguille, dans sa position de repos, forme un angle d'environ 25 à 50 avec la direction des lignes de force du champ des bobines et est aimantée par celui-ci dans sa direction longitudinale et est déviée de sa position de repos.