Instrument de mesure d'énergie électrique.
La présente invention concerne un instrument d) e mesure d'énergie électrique, compre- nant un ensemble thermique comportant une paire d'éléments a commande thermique, des moyens comprenant un arbre rotatif coin mandédifférentiellementpar. lesdits éléments et des moyens de chauffage pour chauffer ces éléments, cet instrument de mesure étant ca- ractérisé par une enveloppe comprenant une portion de base pourvue de chambres espacées pour recevoir lesdits éléments et des moyens de recouvrement amovibles en matière isolante au point de vue thermique pour recouvrir les dites ohjambres.
Le dessin annexé représente, à titre d'exe, mple, une forme di'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 en est une coupe longitudinale ;
La fig. 2 en est une coupe transversale ;
La fig. 3 en donne, en perspective, les parties principales séparées les unes des autres.
La, fig. 4 en est une vue schématique des connexions.
Sur la fig. 1 du dessin, 1 désigne un instrument de mesure électrique, tel qu'un watt heures-métre, monté sur une plaque de base 2 au moyen de piliers 3. Le wattheures-mètre est d'une construction connue et comprend un électro-aimant 4 ayant un enroulement voltmétrique 5 et des enrouIements ampèremétri- ques 6 qui, lorsqu'ils sont excités, coopèrent pour produire un champ magnétiquc moteur.
Un induit, rotatif en forme de disque électroconducteur 7 est disposé dans ledit chaanp produit par les s enroulements voltmétrique et ampèremétriques. Le mouvement de rotation du disque 7 est freiné par un aimant de frein 8. Un enregistreur 9 est associé au disque 7 pour enregistrer ses rotations. De préférence, l'enregistreur 9 est amoviblement associé aux parties du wattheures-lmètre 1.
L'enveloppe du wattheures-mètre 1 comporte sur la plaque de base 2 des lames de contact 10 isolées reliées par des conducteurs flexibles 11 aux enroulements voltmétrique et ampèremétriques du wattheures-mètre.
L'enveloppe comprend encore un couvercle 12 qui peut être en verre et est amoviblement relié à la plaque de base 2. On comprend que les lames 10 sont destinées à être reliées à une prise de courant à fiches.
Pour mesurer les consommations d'énergie maxima envoyées à travers le wattheuresmètre 1, un dispositif de mesure 13 est asso cié au wattheures-mètre à l'intérieur du même couvercle 12. Cedispositifestmonté sur une feuille de support 14 qui est fixée à un disque frontal 15 et au wattheures-mètre 1. Cette feuille de support présente une ouverture 15a pour le passage de l'enregistreur 9 et à travers laquelle celui-ci peut être facilement manipulé ou remplacé s'il le faut.
Le dispositif de mesure 13 comprend ici deux ressorts bimétalliques en spirale 16, 17 qui ont leur extrémité intérieure fixée à des douilles 18, 19 fixées sur un arbre rotatif commun 20 qui porte'un bras'de poussée 20 entraîné par l'arbre. On sait qu'un ressort bimétallique se compose de deux pièces de mé- taux ou alliages dissimilaires ayant des coeffieients de dilabation thermiques diffé- rents. De la sorte, lorsque chacun des ressorts bimétalliques-est chauffe, son extrémité inté- rieure tend à tourner par rapport à son extrémité extérieure.
Les extrémités extérieures des ressorts bimétalliques 16, 17 sont fixées en des positions permanentes par des moyens décrits plus loin.
Pour commander les températures des res sorts bimétalliques, quatres organes de chauffage 21, 22, 23, 24 sont combinés avec eux, chacun des ressorts bimétalliques étant chauffé par une paire de ces organes de chauffage,. comme on le voit en fig. 1.
Les ressorts bimétalliques 16, 17 sont montes d'e telle façon qu'à leur chauffage ils tendent à faire tourner l'arbre 20 dans des directions de rotation opposees. Par consequent, des variations de température qui affectent les deux ressorts bimétalliques de la même manière n'ont pas d'effet appréciable sur la rotation de l'arbre 20 et le bras de poussée y relié. Cela. veut dire que des valria- tions de la-température ambiante n'ont que peu d'effet sur l'exactitude de fonctionnement de l'instrument.
Le mouvement de rotation de l'arbre 20 avec le bras de poussée 20 est déterminé par une différence dans les températures des ressorts bimétalliques 16 et 17. Par une commande appropriée des organes de chauffage, . le mouvement de rotation de l'arbre 20 et de son bras de poussée 20a peut être rendu dé- pendant de l'énergie traversant le wattheures- mètre 1. Les connexions électriques convenant à cet effet sont représentées à la fig. 4.
En se référant à cette figure, l'enroulement voltmétrique 5 et les enroulements ampèremétriques 6 du wattheures-mètre 1 sont représentes reliés à un circuit 25 pour mesurer l'énergie qui y passe. Les organes de chauffage 21, 22, 23, 24 sont reliés dans un circuit série pour être alimentés par un courant le qui varie en dépendance du voltage du circuit 25. Bien que les organes de chauffage puissent être reliés au circuit directement ou par un transformateur séparé, on peut réaliser une grande économie de place et de frais en les faisant alimenter à partir de l'enroulement voltmétrique 5 du wattheures-mètre 1.
Dans ce but, le pôle voltmétrique du wattheures-mètre 1 est pourvu d'un enroulement auxiliaire 26, lequel constitue l'enroulementsecondaire d'un transfo- mateur, dans lequel l'enroulement voltmétrique 5 du wattheures-mètre est l'enroulement primaire. Par conséquent, le débit de l'enrou- lement secondaire 26 peut être représenté par le courant le qui varie en dépendance du vol tage d) u circuit 25.
Chacundesorganes de chauffage 21, 22, 23, 24 est aussi chauffé par un courant li qui varie en dépendance du courant I du circuit 25. Ce courant peut être obtenu en reliant une borne des enroulements ampèremétriques 6 à une prise de courant 27 disposée centralement sur l'enTouIement secondaire 26. En examinant la fig. 4, les organes de chauffage 21 et 22, d'une part, et 23 et 24, d'autre part, forment deux branches d'un circuit en paral- lèle qui est relié en série avec les enroulements ampèremétriques 6 du wattheuresmètre pour l'alimentation par le courant I passant dans le circuit 25.
Par conséquent, le courant Ii dans chaque organe de chauffage est égal à la moitié du courant I passant dans le circuit 25.
Les directions instantanées des courants Ie et li sont indiquées par des flèches sur la fig. 4. On remarquera que les directions de courants sont telles que les courants le et li s'additionnent vectoTiellement dans les organes de chauffage 23 et 24 et se soustraient veotoriellement dans les organes de chauffage 21 et 22. Par conséquent, lorsque du courant passe dans le circuit 25, un courant résultant plus grand passe dans les organes de chauffage 23 et 24 que dans les organes, de chauffage 21 et 22. Avec un circuit tel que repré- senté en fig. 4, la rotation de-l'arbre 20 et du bras de poussée 20a du dispositif 13 est dépendante de l'énergie passant dans le circuit 25, comme on le comprend aisément.
Les parties opératives du dispositif 13 sont enfermées dans une boite 28 qui comprend une portion de base 29. Celle-ci est pourvue de deux chambres 30, 31 pour rece- voir respectivement les ressorts bimétalliques 16, 17. En addition à cela, la portion de base 29 présente quatre fentes 32, 33, 34, 35 pour recevoir respectivement les organes de chtauf- fage 21, 22, 23, 24. La portion de base est un corps unitaire dans lequel les. chambres 30, 31 sont interconnectées par des nervures 36 de section transversale restreinte. La res trietion de oetlGe Eeetiot transversale a pour effet de réduire la transmission de chaleur entre les deux chambres.
Comme autre protec tion contre chaleur entre les hideux chambres, celles-ci sont séparées par un intervalle d'air sensible. De plus, il y a lieu'de noter que les nervures 36 sont disposées autant que possible au-dessous des ressorts bimétalliques 16 et 17. Cette disposition des nervures 36 augmente la longueur du chemin offert à la chaleur passant entire l'es deux chambres et sert, par'suite, à réduire davantage la, transmission de chaleur entre elles.
La portion'de base 29 a aussi une fente 38a pour recevoir le rebord annulaire 38 d'un palier 39. Celui-ci sert à supporter une extrémité de l'arbre 20. L'autre extrémité de celui-ci est logée, dans un palier 40 porté par la plaque froutale 15.
Pour fixer exactement les extrémités'exté- rieures'des ressorts bimétalliques 16, 17, celles-ci sont reliées respectivement à des bagues fendues 41, 42. Ces'dernières peuvent être en matière conductrice de la chaleur, telle que'd'à métal, ou en matièreisolante telle qu'un produit. de oondensatiom phénolique,'en dépendance'dies caractéristiques particulières désirées. Dans l'exelmple représenté, les-ba- gues fendues sont supposées être en une ma tière isolante, telle qu'un produit de conden- station phenolique à la formaldéhyde. La fisa- tion'desextrémitésdesressortsbimétalliques aux bagues fendues s'obtient au moyen de rivets.
Pour aider à l'ajustement des bagues èn- dues, la portion de base 29 est pourvue de nervures pour l'enfila, ge fdes bagues f-andues, les nervures 43 étant prévues pour la bague fendue 41 et celles 44 pour la bague fendue 42. Lorsque chaque ressort et sa bague fendue associée sont introduits'dans la chambre cor- respondante, les nervures 43 et 44 s'enfilent entre les extrémités'd) e la bague fendue pour bien la mettre en position'd'ans la chambre.
Comme la bague fendue, est legèrement elas- tique, s'es extrémités peuvent être'écartées d'entre elles no'rmal'ement sur urne distance légèrement inférieure à la largeur des ner- vures, grâce à quoi on évite la présence d'un jeu entre les nervures et les bagues fendues.
En, examiinia, nt la fig. 1, on notera que les ba gues fenduest 41, 42 servent à espacer les res- sorts bimétalliques 1'6, 17 légèrement des parois des chambres prévues dans l'a boîte 28.
Un intervalle d'air est fréservé entre la surface extérieure de chaque bague fendu : a et la surface de la paroi périphérique de la chambre respective pour prévoir une meilleure isolation thermique pour le ressort bi métallique enoagé. Dans ce but, quatre butées 45 sont placées symétriquement sur la por- tion de base pour chaque chambre pour venir en prise avec la bague fendue associée et l'es pacer de la paroi cintrée d) es chambres.
Chaque chambre comprend un couvercle 46 ou 47, pour compléter l'encagement du ressort bimétallique correspondant. Bien que ces couvercles puissent être-réunis'en une structure unitaire comme la, portion de base 29, ils sont séparés l'un. de l'autre pour augmenter l'isolation thermique entre les chambres. Les couvercles 46 et 47 sont pourvus de compar- timents et fenbes pour recevoir les ressort, bi métalliques', les bagues fendues, les paliers et les orga. nes de chauffage, qui sont similaires aux compartiments. et fentes de la portion de base 29.
On notera que chacun des couvercles comprend des nervures 43a et 44a qlu s'engagent avec la surface extérieure des bagues fendues associées pour compléter leur mise en place dans les chalmbres oo, rrespondantes. En raison d* leur construction, un intervalle d'air est réservé sensiblement autour de chaque bague fendue.
La boîte 28 peut être établie en des ma tières, diverses. De préférence, on choisira une matière isolante'au point de vue électrique et thermique, telle qu'un produit de condensation phénolique à la formaldéhyde. Grâce à l'accessibilitê de la portion de base 29 et des couvercles 46, 47, ces parties-peuvent être facilement confectionnées par voie de moulage. Pour faciliter ce moulage, les diffé- rentes chambres et fentes peuvent être éta- blies avec un léger biais, comme montré en ru. 1.
Avec Jadispositiondespartiestelleque représentée aux fig. 1 et 3, la chaleur des différents organes de chauffage est appliquée uniformément à toutes les spires des ressorts bimétalliques. Chaque organe de chauffage peut être établi comme représenté à la fig. 3.
On notera que chaque organe de chauffage présente sensiblement une forme en, U, avec un passage'48 communiquant avec une ouverture centrale. Les passages 48 des organes de chauffage étant alignés ; l'arbre 20 peut facilement être passé par eux lors du montage ou du démontage. Des fentes 49 sont pratiqueues dans les organes de chauffage pour augmenter leur résistance. De plus, ces derniers sont pourvus de saillies 50 qui s'avan cent de cotés opposés de la, boîte 28 pour recevoir les connexions électriques telles que représentées à la fig. 4.
Bien que la boîte 28 soit en matière isolante au point de vue thermique, elle est un meilleur conducteur de chaleur que l'air. Pour prévoir la meilleure transmission de chaleur de chaque organe de chauffage au ressort bimétallique associé, chaque organe de chauffage est de préférence amené en contact intime avec la paroi de sa fente qui est la plus rapprochée du ressort bimétallique associé.
Dans ce but, chaque organe de chauffage est pourvu de saillies 51 pour le pousser contre la surface désirée, ces saillies étant avanta geuseanent faites par emboutissage de portions de l'organe de chauffage. Avec cette construction, la chaleur développée par chaque organe de chauffage passe directement par la mince séparation entre l'organe de chauffage et son ressort bimétallique associé et puis à travers un petit intervalle d'air au ressort bimétallique. De plus, on notera que l'existence des saillies 51 crée un intervalle d'air entre chaque organe de chauffage et la paroi extérieure de la portion de base et du couvercle associes. Cet intervalle d'air eontribue encore à l'isolation de la chambre pour chaque ressort bimétallique.
Comme un intervalle d'air additionnel est prévu en dehors de la surface extérieure de chaque bague fendue 41 ou 42, on, comprend que chaque ressort bimétallique conjointement avec son organe de chauffage sont sensiblement entourés par un espace d'air isolant.
Les couvercles 46 et 47 sont fixés à la portion de base 29 par les boulons 52 qui, au besoin, peuvent aussi être employés pour fixer la portion de base à la feuille ou lame 14.
L'assemblage des parties du dispositif 13 se comprend aisément. La portion de base 29 est d'abord placée sur la feuille ou lame 14.
Les organes de chauffage sont alors montés dans leurs fentes respectives et (reliés de façon appropriée au circuit représente à la, fig. 4.
Les ressorts bimétalliques 16, 17 conjointement avec l'arbre 20, le bras de poussée 20a et les bagues 41, 42 sont ensuite'descendus', à travers les passages 48, dans la portion de base 29 et l'arbre 20 est inséré dans le palier 40, un jeu suffisant étant disponible pour l'arbre 20 pour permettre son insertion dans le palier 40. Avant que l'arbre 20 prenne sa position finale, le palier 39 peut être enfilé sur l'extrémité correspondante de l'arbre pour sa réception dans la fente 38a. Avea les par t. ies ainsi mises en position, les couvereles 46 et 47 peuvent être placés sur la portion de base 29 et être fixés cm position finale par le moyen des boulons 52.
Si, pour une raison quelconque, le dispositif demande une manipulation ou un remplacement de parties, les couvercles 46 et 47 peuvent être facilement enlevés et les ressorts bimétalliques 16, 17, avec 1'arbre 20, peuvent être enlevés comme un ensemble unique, sans déranger autrement le'dispositif.'
Le mouvement'de rotation de l'arbre 20 peutêtrerenduvisible par tout indicateur ap- prop, rié. Dans l'exemple, une aiguille 53 est reliée à l'arbre. 20 pour se déplacer sur la plaque frontale 15. L'aiguille 53 est fixée sur un bout di'arbre 54 qui a une extrémité partellement logée'dans le palier 40.
Le bout d'arbre 54 porte aussi un rebord annulaire 55, qui est pressé contre le palier 40 par un ressort 56 qui peut être ajusté pour exercer toute pression voulue par l'effet d'une vis'de régla, gg 5. 7. Cette dernière s'engage avec une pièce taraudée 58 portée par la plaque frontale 15. Si an le. désire, un'coussin'de friction 59, en feutre par exemple, peut être intercalé entre le rebord annulaire 55 et le palier 40, pour aider à maintenir l'aiguille 53 daine la position Åa laquelle elle a été amenée.
Une graduation 60 (fig. 2) est prévue sur la plaque frontale 15 pour être franchie par l'aiguille 53. Celle-ci est encore combinée avec une'butée de zéro 61 pour l'arrêter à la position de zéro ou de départ En examinant la fig. 1, on notera-que. le. bras de pous- sée 20a passe à travers-une ouverture prati- quée, dans la plaque frontale 15-pour s'enga -ger avec 1'aiguille 53. Par conséquent, l'aiguille 53 prend une position qui correspond au mouvement de rotation maximum de l'ar- bre 20 et du bras dè poussée 20a-p, en, dant toute période désirée.
A la fin ! de cette pé riode, l'aiguille 53 peut être ramenée au moyen d'un bouton de rappel 62 qui est rota- tivement moute en 62a dans 1e couverole 12 et porte une lame de rappel 63 pour ramener r l'aiguille. Tout mouvement axial du bouton 62 est empêché par un rebord 62b et un écrou d''arrêt 62 . En. toufmant le bouton 62, sa lame de. rappel 63 peut être amenée en prise avec l'aiguille 53 pour ramener celle-ci à la position de zéro marquée par la butée d'arrêt 61.
A ce , mo, ment,. la lame de rappel 63 glisse sur l'ai- guille pour la laisser libre pour tout action nement ultérieur par le bras s de poussée 20a.
Conformément à la pra. tiq'ue usuelle, le bou- ton 62 peut être pourvu d'un plombage pour empêcher tout actionnement non autorisé.
On notera que l'enregistreur 9 est facilement amovible à'ira vers la plaque frontale 15. Bien que l'aiguille 53 puisse passer au devant de l'enregistreur, elle peut être facile- ment déplacée vers un côté pour permettre l'enlèvement ou la remise en place de l'enre- gistreur 9.
En fonctionnement, l'enroulement voltmétrique 5 et les enroulements ampèremétri ques émettent de la chaleur. En montant le dispositif 13 asymétriquement par rapport à- ces enroulements, il est possible. de faire va rier les caractéristiques de celui-ci. Par exemple, le ressort bimétallique 17 est chauffé en dépendance de la somme vectorielle des courants Ie et Ii. Lorsque ce ressort est chauffé, il tend à faire tourner l'arbre 20 dans le sens contraire à, celui du mouvement des aiguilles d'une montre (voir-¯fig. 2).
Le ressort bimétallique. 16 est chauffé en dépen- dance de la différence vectorielle entre les mêmes oourants, et, lorsqu'il est chauffé, il tend à faire tourner l'arbre 20 dans le sens du mouvement jdes aiguilles d'une inonrSe (voir fig. 2). Bien que les chambres contenant les ressorts bimétalliques soient isolées l'une de l'autre, quelque chaleur peut être transmise entre elles et la quantité de cha- leur ainsi transmise varie avec la différence de température existant entre les deux chambres. Cette différence de température est, à son tour, dépendante du courant passant dans le circuit afférent.
La transmission de cha- leur entre les chambres peut être prise en considération lors du calibrage de l'instrument. Cependant, si le ressort bimétallique est monté, dans le chemin de la chaleur engen- drée par les enroulements 5 et 6, la chaleur émise par ces enroulements tend à compenser la chaleur transmise entre les deux chambres contribuant ainsi à une meilleure uniformisation de la graduation.
Comme'dit plus haut, le fait que les res sortsbimétalliquesagissentàl'opposél'un'de l'autre tend à rendre ces ressoirts autocompen- sateurs pour les valeurs de la température ambiante. Cependant, la température a, m- biante affecte d'autres parties de l'instrument t de façon à introduire des sources d'erreurs.
Pair exemple, les enroulements 5 et 26 peu- vent varier sensiblement en résistance en raison die variations d ! a. ns les températures ambiantes. De pareilles variations introduisent une erreur dans les indications de l'instru- ment. Une variation de la résistance des en- roulements 5 et 26 peut être compensée par sélection appiropriée des matières employées pour les organes de chauffage 21, 22, 23 et 24.
Antérieurement, il était d'usage d'établir les organes de chauffage pour des instruments du genre envisagé en une matière ayant un faible coefficient'de résistance thermique, telle que du manganine. Geci avait pour but d'éviter des erreurs introduites pazr des variations dams la résistance des organes de chauffage comme résultat de changements de température.
Pour compenser des variations dans la résistance des enroulements : 5 et 26, les or ganes de chauffage peuvent être formés d'une matière ayant un coefficient de résistance thermique positif'élevé. Le coefficient de'la matière employée pour les organes de chaux- fage est sensiblement plus élevé que celui de la matière (généralement du cuivre) employée pour les enroulements 5 et 26. A titre d'exem- ple, du fer doux peut être employé pour les organes de chauffage.
Sous l'influence de changements de température ambiante, la ré sistance des enroulements 5 et 26 peut varier, mais la résistance des organes de chauffage 21. 22, 23 et 24 varie d'une valeur suffisam- ment grande pour compenser les variations de résistance dans les enroulemen. ts 5 ! et 26.
Au cas où l'itnstrument comporte des moyens à impédance pour l'alimentation des organes de chauffage, ces'derniers ont un coefficient
thermique de résistance plus élevé que le coefficient correspondant de l'impédance.
Pour permettre l'emploi de graduations imprimées standardisées, on peut prévoir dans l'instrument.desmoyensderéglagecompre- nant un levier 64 fixé à l'arbre 20 au moyen d'une vis Id'ajusbement 65 et pourvu d'un trou 66 pour la réception d'une extrémité d'un ressort hélicoïdal 67, dont l'autre extrémité est accrochée à une vis 68 passant à travers une ouverture prévue dans un piton 69. La vis 68 peut être déplacée par rapport au piton 69 au moyen d'un écrou 70. La fixation du piton 69 s'obtint au moyen d'une cheville 71 qui s'engage dans un pilier 72 prévue sur la por- tion de base 29.
Pour ajuster l'instrument de mesure, la vis d'ajustement 65 est desserrée pour permettre au levier 64 de tourner par rapport à l'arbre 20. Avec les parties dans cet état, l'aiguille 53 et le bras de poussée 20a sont mus à leur position de zéro, après quoi la vis d'ajustement 65 est serrée sur l'arbre 20. Il en résulte que le levier 64 s'aligne avec le ressort 67 lorsque le bras de poussée 20a est dans sa position de zéro. Par conséquent, tout ajustement du ressort 67 n'a pas d'effet sur la mise à zéro du dispositif de mesure.
Une charge constante de grandeur connue est alors appliquée au circuit associé au dispositif de mesure. Si l'aiguille 53 et le bras de poussée 20a manquent de prendre une po sition correspondant à cette charge, l'éerou 70 est manoeuvré pour varier la tension du ressort 67 jusqu'à l'obtentiom, d'une lecture correcte. Ceci complète l'ajustement de 1'instru- ment.