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MONTAGE DE MESURE FONCTIONNANT SELON LE PROCEDE A MODULATION DE LA
FREQUENCE PORTEUSE.
La présente invention se rapporte à une installation ou montage de mesure fonctionnant selon le procédé à modulation de la fréquence porteuse pour faire à volonté des mesures statiques ou dynamiques par l'intermédiaire d'émetteurs ou transmetteurs inductifs, capacitifs, ou à résistance à bande, mesurer des écoulements, des forces thermoélectriques, etc...
L'invention est fondée sur l'idée que pour chacune des fins.de mesure précitées l'émetteur ou transmetteur de mesure ou le capteur (thermocouple, sonde, etc) de mesure et l'appareil ou instrument indicateur correspondant doivent être adaptés l'un à l'autre. Or, il n'est pas possible de 'construire les instruments pour toutes les fins de mesure de telle façon qu'ils puissent être employés avec un seul montage en pont déterminé. Les appareils de mesure connus du type susdit possèdent tous un montage en pont fixe incorporé et ne peuvent donc pas être employés dans tous les cas.
La présente invention remédie à cet inconvénient au moyen d'un appareil auquel on peut reccorder un transmetteur de mesure échangeable approprié et dont la partie formée par le montage en pont peut également être échangée facilement. Comme les rapports des phases diffèrent selon le pont intercalé dans le circuit, il est proposé en outre d'incorporer encore dans l'appareil un déphaseur qui permet de régler sur la phase correcte pour chaque pont.
On crée ainsi un appareil universel avec lequel on peut mesurer, sans transformateur ou modification qui prend du temps, par exemple les dilatations ou allongements, les couples de rotation, les oscillations rotatv es.
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les oscillations vibratoires (secousses),, les accélérations ou les retards:, les quantités (volumes, débits etc.), les pressions,les températures, les vitesses etc. Comme combinaison spéciale pour un emploi le plus universel possible de l'installation ou appareil:, on peut utiliser avec succès des ponts alternatifs avec une ou deux inductances ou capacités, des ponts pour les mesures de résistance (transmetteur à bander 'des ponts avec sondes à fil chaud pour mesurer les écoulements et des ponts pour la mesure des forces thermo-électriques.
En particulier, un générateur de courant alternatif placé en aval du pont, un amplificateur à intercaler en amont du pont et suivi d'un démodulateur avec chaînes de filtres, ainsi qu'un appareil d'étalonnage et le déphaseur ou changeur de phase précité avec indicateur sont logés dans une enveloppe commune, dans laquelle une enveloppe échangeable contenant le montage en pont peut être introduite de manière à pouvoir en être de nouveau retirée avec facilité.
Pour de nombreuses fins de mesure, il est très important que la partie invariable de l'installation, à l'exception de l'instrument d'étalonnage, soit prévue en double dans une enveloppe commune et que par conséquent il soit prévu deux ponts échangeables. Un appareil de ce genre est encore connecté à un appareil alimenté par le réseau ou par batterie qui le précè- de et à un appareil indicateur qui le suit.
Les planches de dessins ci-annexées illustrent un exemple de réalisation de l'invention.
La figure 1 de ces planches est schéma de montage de la partie invariable de l'appareil avec le montage en pont échangeable y indiqué ; les.figures 2 à 6 sontdifférents schémas de montage en pont à courante alternatif; la figure 7 est un diagramme qui indique la variation de la résistance électrique d'une sonde à fil chaud en fonction de la vitesse d'écoulement du fluide à examiner ; la figure 8 est le schéma d'un commutateur desservant plusieurs ponts ; la figure 9 est le schéma de montage d'un instrument d'étalonnage comprenant deux ponts à courant alternatif, deux amplificateurs, deux démodulateurs et un instrument d'étalonnage, la figure 11 est le schéma de montage d'un appareil à relier au secteur.
La disposition fondamentale selon l'invention est visible à la figure 1. L'appareil se compose du générateur G, qui alimente le pont B en courant alternatif (fréquence porteuse). Le pont-est suivi d'un amplificateur et après celui-ci se trouve un démodulateur D avec les chaînes de filtres ou filtres en échelle A ces derniers est connecté un oscillographe 0, qui peut aussi être remplacé par un instrument indicateur ou par un dispositif déclenchant un couplage ou mise en circuit.
La structure du générateur G. de l'amplificateur V, du démodulateur D et de l'oscillographe 0 est connue et le montage choisi ne présente rien d'extraordinaire à l'exception d'un déphaseur incorporé en supplément. On ne s'étendra donc que brièvement sur ces dispositifs.
1 désigne une lampe oscillatrice, 2, un dispositif de déphasa-
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ge et 3 le transformateur pour la modulation. Dans l'amplificateur V,
4 désigne les lampes amplificatrices habituelles, 5 les chaînes de fil- tres, qui suppriment les ondes harmoniques formées dans le pont, 6 un régu- lateur d'amplificateur et 7 un oeil magique pour l'équilibrage du pont.
Le transformateur de sortie vers le démodulateur D est désigné par 9. 10 désigne un démodulateur annulaire ou en circuit fermé et 11 de nouveau une chaîne en filtres qui empêche la fréquence d'arriver au dispositif indica- teur. La tension anodique est appliquée aux contacts 12 et le courant de chauffage est appliqué aux contacts 13.
Un élément nouveau dans ce dispositif est un indicateur de pha- se 14 placé entre le générateur et l'amplificateur et consistant en un re- dresseur 15 et un instrument à cadre (bobine) mobile 16. Le redresseur re- çoit, d'une part, éventuellement à partir d'un enroulement spécial, la ten- sion de blocage pour le démodulateur, et, d'autre part, aussi la tension de diagonale du pont amplifié. Lorsque la tension de blocage et la tension de diagonale du pont amplifiée sont en phase, on obtient la déviation maximum à l'instrument 16. Si les deux tensions sont déphasées, la tension devient plus basse. La déviation de l'instrument 16 est donc, pour un désaccord déterminé du pont, une mesure des rapports des phases de ces deux tensions.
D'une manière connue, dans le montage donné, le modulateur annulaire indique la valeur de la tension de diagonale du pont se trouvant dans la direction de la phase de la tension de blocage. On a donc les meilleures conditions lorsque la tension de diagonale du pont amplifiée est en phase avec la tension de blocage. Selon le pont qui est connecté, les rapports des phases sont différents. Un transmetteur inductif déphase dans un autre sens qu'un transmetteur capacitif. Pour cette raison, on intercale dans le montage le déphaseur 2, qui, conjointement avec l'instrument 16, permet de régler chaque pont sur la phase correcte.
En outre, selon l'invention, le pont B selon la figure 1 est susceptible d'être échangé contre un autre. Il peut être remplacé, suivant les cas, par un autre pont et surtout par l'un des ponts représentés aux figures 2 à 6.
La figure 2 représente un pont pour un transmetteur inductif 17 à une bobine. 18a et 18b désignent l'équilibreur de phases et 19a, 19b désignent l'équilibrage pour la grandeur. En outre, il est prévu un interrupteur 20. qui permet un autre réglage de phase. Aux bornes 21 et 22, on peut raccorder le coffret d'étalonnage selon la figure 8, ce qui permet divers désaccords déterminés du pont, et cela autant que le coffret d'étalonnage possède de positions de connexion (résistances 23a, 23b .... etc. jusqu'à 23x). En outre, le coffret d'étalonnage sert à retrouver ou à maintenir constante la tension de polarisation ou tension auxiliaire du générateur,qui existe lors de 1.'étalonnage du transmetteur.
Le levier de contact du coffret d'étalonnage est désigné par 24 et un interrupteur de court-circuitage prévu sur lui est désigné par 25. Ce dernier a pour but de permettre la connexion et la déconnexion des résistances intercalées 23a... à 23x pour régler la déviation étalon correcte. Le raccordement 22 dans le pont selon la figure 2 est réalisé sous la forme d'un jack. Le pont est séparé automatiquement lorsqu'on enfonce la broche du coffrer d'étalonnage. Si, dans le pont selon la figure 2, on échange le côté de transmission, donc la bobine 17, contre la capacité 26, on obtient un pont pour un transmetteur capacitif.
Le pont selon la figure 3 est conçu pour un transmetteur ayant deux impédances réglables. Il est donc utilisable tant pour les transmetteurs inductifs que pour les transmetteurs capacitifs et pour les résistances. Les transmetteurs sont désignés par 27a et 27b. Dans le présent cas, ils sont tous les deux construits de manière qu'une des impédances augmente lorsque l'autre diminue. Les autres branches du pont selon la figure 3 sont formées par des résistances et des condensateurs. Les résistances 28a
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et 28b servent à l'équilibrage de la grandeur ou amplïtudeo Le condensateur 29 sert à 1?équilibrage de la phase.
La capacité du condensateur 30 est égale à la moitié de- celle du condensateur 29 lorsque ce dernier est pleinement intercalée afin de trouver une compensation de phase au milieu de 1'intervalle ou étendue de réglage du condensateur 29. Les condensateurs 30a, 30b .. etc. jusqu'à 30x peuvent être reliés, à l'aide d'un interrupteur 31, à l'un ou l'autre côté du pont, afin d'obtenir un équilibrage même en cas de grands déphasages. Le? bornes 21 et 22 servent elles aussi, dans la méthode indiquée plus haut, au raccordement du coffret d'étalonnage et partant au réglage sur une sensibilité déterminée.
La tension alternative du générateur est conduite aux montages en pont selon les figures 2 et 3 par les bornes 32 et 33. Les bornes 34 et 35 servent au raccordement à l'amplificateur pour la diagonale du pont.
Le pont selon la figure 4 est conçu pour l'enregistrement de tensions thermo-électriques. Il n'est donc pas un pont dans le sens étroit des montages en pont selon les figures 2 et 3p mais à proprement, parler un modulateur. Le modulateur annulaire 32 est équilibré en amplitude ou valeur et en phase avec la résistance 33 et les condensateurs 34. Il reçoit sa tension de blocage du générateur haute fréquence G par l'entremise des bornes 35, 36 et 37. La tension fournie par la thermocouple 38 est transmise, d'une manière connue, au milieu des deux transformateurs (39, figure 1 et 40, figure 4) reliés au modulateur annulaire. La tension de modulation est formée, d'une manière connue, aux bornes 41 et 42 d'où elle est conduite à l'ampli- fieateur V de la tension de diagonale.
La commutateur 43 permet la mise en circuit de tensions exactement réglées et par conséquent un étalonnage de l'appareil.
Pour le réglage de ces tensions, une tension continue est fournie aux bornes 44 et 45 soit par une batterie, soit par un appareil branché sur le réseau. Cette tension est indiquée par un instrument à cadre mobile 46 et est réglée à une grandeur déterminée. Le potentiomètre ou diviseur de tension étalonné 47 enlève à la tension indiquée par l'instrument 46 divers montants partiels, ce qui permet l'étalonnage en millivolts de l'instrument se trouvant à la sortie ou de la boucle 0. de sorte que, dans le cas d'une courbe de force thermo-électrique connue, une indication peut être lue en degrés centigrades.
La figure 5 représente-un pont pour la mesure des vitesses d'écoulement. On part ici des considérations suivantes Si l'on fait s'écouler un fluide, par exemple de l'air, à différentes vitesses le long d'un fil métallique suffisamment mince, chauffé à une certaine température, la résistance du fil varie à mesure que la vitesse d'écoulement augmente, jusqu'à ce que le fil ait atteint de nouveau la température qu'il avait avant le chauffage. A partir de cette vitesse, on n'obtient plus de variation de la résistance, comme l'indique le point III du diagramme de la figure 7.
On peut donc, par exemple, mesurer la vitesse d'écoulement d'un gaz, en mesurant la résistance de la sonde à fil métallique dans un certain intervalle de travail I-II. Lorsqu'on mesure des vitesses d'écoulement moyennes, on peut, pour obtenir la même sensibilité.(dans tout l'intervalle, chauffer la sonde à fil toujours à la même température. La position de la résistance (rhéostat) pour l'amenée de courant pour le chauffage donne alors une mesure de la vitesse d'écoulement.
A cette fin, on se sert, comme on l'a déjà mentionné, du montage selon la figure 5. Aux bornes 48, 49 est appliquée la tension de fréquen- ce porteuse fournie par le générateur. Une branche du pont est formée par la sonde a fil chaud 50. Une résistance de réglage ou réhostat 51 dans l'autre branche du pont sert à l'équilibrage de l'amplitude. Une deuxième résistance variable 52 sert à l'équilibrage ou compensation de phase ; elle
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shunte le condensateur 58 formant une branche du pont. La sonde est ali- mentée en courant continu par l'entremise des bornes 53 et 54.
Les bobines de réactance 55 ont pour fonction d'empêcher le court-circuitage du courant alternatif passant par la sonde 50. Un instrument à cadre mobile 56 et les résistances 57 permettent le chauffage de la sonde à fil chaud au moyen de courant continu et par conséquent le réglage sur L'intervalle de travail décrit dans le préambule. Les résistances 57 sont éventuellement suscepti- bles d'être étalonnées en degrés centigrades. Les deux autres branches du pont sont formées par des capacités 58 et 59. En outre, dans le conducteur d'amenée du courant alternatif venant du générateur, il est encore prévu un condensateur 60 afin d'empêcher une dérivation du courant continu venant des bornes 53 et 54.
Le réglage sur une amplification existant lors de l'étalonnage de la sonde à fil chaud est de nouveau possible à l'aide du cof- fret d'étalonnage, par l'entremise des bornes 21 et 22, comme cela a été décrit plus haut. La tension de la diagonale du pont passe, comme dans tous les autres ponts, par les bornes 61, 62 à l'amplificateur V. Dans ce- lui-ci, un translateur (transformateur 63) est encore monté, entre le pont et l'amplificateur. En outre, du côté du générateur, il existe encore un deuxième translateur (transformateur 64) parce que la disposition en pont, à cause de la sonde à fil chaud a faible résistance 50, doit avoir une ré- sistance plus faible que les autres montages en pont, de sorte qu'un ajustement des résistances est nécessaire si l'on veut qu'un échange simple soit possible.
La figure 6 illustre un pont pour résistances (émetteur ou transmetteur à bande). Dans une branche du pont se trouve le transmetteur à bande 65, employé pour la mesure, et dans l'autre branche du pont se trouve le transmetteur à bande 66, prévu pour la compensation de température. Le transmetteur ou émetteur à bande 66 peut aussi être remplacé par une résistance dans les cas où le transmetteur à bande 65 travaille à température constante.
Le pont selon la figure 3 permet aussi l'enregistrement ou réception de grandeurs d'allongement dynamiques au moyen de transmetteurs à bande, lorsqu'il y a un étalonnage pour la tension de polarisation réglée une fois pour toutes par le coffret d'étalonnage selon la figure 8. Dans le présent cas (figure 6), il est possible d'enregistrer, outre les allongements dynamiques, les allongements statiques. En pareil cas, le pont de mesure est équilibré ou accordé, avant que l'élément de construction soit soumis à la charge, au moyen de l'équilibrage grossier ou de dégrossissage 67, qui, comme l'équilibrage de précision ou d'appoint 69, se compose de deux potentiomètres coaxiaux, qui sont calculés dans chaque cas de manière que l'influence de l'un croisse lorsque celle de l'autre décroit et inversement (potentiomètres en tandem).
Ensuite, l'élément de construction est chargé et l'instrument A qui se trouve à la sortie de l'appareil est ramené à zéro à l'aide de l'équilibrage à gradins ou à plots 68 et de l'équilibrage de précision 69. L'équilibrage à gradins et l'équilibrage de précision sont, dans ce,!) cas, étalonnés en "désaccord du pont pour mille". A l'aide du facteur ou coefficient K du transmetteur à bande (65,66), on peut alors calculer directement l'allongement en ainsi que l'effort ou sollicitation en Kg/cm2. Par facteur K, on entend la valeur étalon de l'extensomètre, qui se trouve dans le commerce, par laquelle on doit multiplier la valeur pour mille pour obtenir l'amplitude de l'allongement.
Dans les mesures des allongements dynamiques, on peut également effectuer un étalonnage direct en déplaçant l'image des oscillations visible dans 1'oscillographe,à l'aide de l'équilibrage à gradins 68 et de l'équilibrage de précision 69. Au lieu des émetteurs à bandé 65 et 66, on peut aussi employer dans ce montage en pont un dispositif émetteur inductif ou capacitif muni d'une ou deux inductances ou capacités. Dans le cas d'un émetteur ne comprenant qu'une partie, il faut prévoir sur la branche du pont voisine de la branche de mesure une inductance ou une capacité de la
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même grandeur.
En outre, tant dans le cas du transmetteur constitué d'une seule partie que dans celui du transmetteur formé de deux parties, il doit être prévu une compensation ou correction de phase au moyen de condensateurs, comme cela a été indiqué plus haut. Avec un pont ainsi réalisé, on est à même, également pour les émetteurs inductifs ou capacitifs, d'effectuer un étalonnage semblable à celui que l'on fait dans le cas des transmetteurs à bande. On peut donc déterminer le désaccord du pont en pour mille (o/oo) et affecter au transmetteur, lors de l'étalonnage, un coefficient K déter- miné, comme cela a déjà été proposé pour le transmetteurs à bande.
Au lieu des ponts selon les figures 2 à 6, on peut aussi intro- duire dans l'appareil selon la figure 1 un commutateur échangeable 70, qui peut à volonté comprendre autant de ponts Bi, B2 etc... jusqu'à Bx, de tout type convenable qu'on le désire. Une telle disposition sert à effectuer en succession rapide un grand nombre de mesures relatives à des phénomènes statiques ou dynamiques continue avec un appareil selon la figure 1. Dans ce cas, on n'a plus besoin dun appareil à fréquence porteuse séparé par chaque pont. Comme exemple d'application, on peut mentionner la mesure des allongements d'une passerelle franchissant par exemple au cours d'eau. A- vant de charger la passerelle, on place un nombre quelconque d'extensomètres (ponts de mesure B1, B2 etc) et on les accorde successivement.
Après que la passerelle a été chargée, les allongements peuvent être lus rapidement les uns après les autres sur le dispositif indicateur de l'appareil selon la figure 1.
Une autre disposition intéressante (figure 10) est obtenue comme suit ; on place en double dans une enveloppe commune d'appareil combiné 71 deux ponts interchangeables B' et B" combinés chacun avec un appareil G', G" selon la figure 1 (générateur G amplificateur V, démodulateur D; dephaseur 2 et indicateur de phase 14 à 16). et un coffret détalonnage E. pouvant être relié tour à tour à l'un de ces appareils (G', G"). Cette disposition per- met surtout de comparer deux phénomènes se trouvant en corrélation (par exem- ple cause et effet). Les deux ponts B' et B" peuvent tous les deux corres- pondre aux ponts selon les figures 2 à 6 décrits plus haut et être insérés de toute manière désirée dans l'appareil combiné 71 selon la figure 10.
L'appareil alimenté par le réseau (figure Il) en particulier pour l'appareil combiné selon la figure 10, est séparé de celui-ci, et échan- geable à volonté contre un appareil à batterie. L'appareil combiné est ain- si rendu universel et peut être employé à poste fixe ou sur des véhicules.
On adapte de préférence un appareil alimenté par le réseau et stabilisé dans lequel le courant de chauffage est stabilisé par un stabilisateur magné- tique de tension 72 et le courant anodique est stabilisé en outre par un redresseur 73. La tension pour le coffret d'étalonnage (figure 8) est maintenue constante par une résistance fer-hydrogène 74. 75 désigne le dis- positif pour la stabilisation de la tension anodique; 76. un relais pour la protection contre les surcharges.
Le courant anodique est pris aux bor- nes 77. Le courant de chauffage est pris aux bornes 78 et la tension constan- te pour le cofret d'étalonnage E (figure 8) est appliqué aux bornes 79. La résistance fer-hydrogène est précédée d'un autre redresseuro
REVENDICATIONS.
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