Instrument à équipage mobile.
lja présente invention se rapporte aux ins
truments comportant nn équipage mobile
vautour d'un axe et, en particulier, aux
truments de mesure, dans lesquels le pivote
ment s'effectue sous l'effet d'un couple que
l'on utilise pour mesurer la cause qui le pro
duit (galvanomètre ou ampèremètre, etc.), ou
d'un appareil dans lequel ce pivotement sert
obtenir un résultat mécanique donné (relais, par exemple, pour la fermet. ure d'un cir
cuit électrique), etc.
L'invention a pour but
de rendre insensible aux chocs, aux vibrations
et autres accélérations lesdits instruments,
ainsi que de supprimer les efforts s'exerçant
sur les organes de liaison entre l'équipage mo
bile et son support; par suite, elle permet
d'utiliser pour la liaison entre l'équipage mo
hile et son support des organes très délicats,
tels que les suspensions par fils ténus, par i exemple, même pour les instruments suscep
tibles d'être soumis à des accélérations, des
vibrations ou des chocs, grâce à quoi on peut
augmenter dans des proportions eensidérahles
la sensibilité de ces appareils.
Elle permet aussi, dans les appareils de
mesure à spot lumineux, par exemple, d'assu
rer une stabilité très grande des déviations,
permettant, même dans des conditions méca
niques très défavorables, l'enregistrement photographique des déviations par exemple.
A cet effet, l'instrument à équipage mo
bile, pivotant par rapport à un bâti fixe, se
]on la présente invention est caractérisé par le fait que cet équipage mobile est plongé dans un liquide approprié, qu'il a une densité moyenne voisine de la densité du liquide dans lequel il est plongé et que son centre de gravité coïncide sensiblement avec le centre de poussée du volume de liquide déplacé par cet équipage. Grâce à ces dispositions, les impulsions, efforts oii accélérations auxquels sera soumis l'instrument ne seront pas susceptibles de créer d'efforts d'inertie entre cet équipage et le liquide dans lequel il est contenu et, par suite, entre cet équipage et son support.
Le dessin ci:joint représente, schématique- ment et à titre d'exemple, deux formes d'exé cution de l'objet de la présente invention, appliqué à un galvanomètre.
La fig. I est une coupe verticale sehématique d'une première forme d'exécution.
La fig. 2 est une coupe transversale suivant la ligne II-II de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe transversale suivant la ligne III-III de la fig. 1.
La fig. 4 représente, schématiquement et partiellement. une deuxième forme d'exécaution.
Dans la fig. 1, l'équipage mobile du galvano mètre comporte un cylindre en matière plasti que i faisant office de flotteur, suspendu à ses deux extrémités 2 et 3 par des fils 4 et 5 qui le relient au bâti de l'appareil. Le fil 4 est fixé directement au bâti en 6, tandis que le fil 5 est relié à ce bâti par un dispositif élastique qui sera décrit ci-après. Le bobinage de l'équipage mobile fixé au cylindre 1 est indiqué en 7. il comporte un nombre de spires approprié, quoique dans le dessin on n'en ait représenté que deux.
Le cylindre 1 porte à sa partie supérieure ni miroir réfléchissant 8 destiné à projeter sur un écran, de la manière habituelle, un spot lumineux dont les déplacements correspondront au mouvement de rotation de ce miroir et, par conséquent, de l'équipage mobile tout entier. 9 désigne le noyau de fer placé à l'intérieur du bobinage 7, et 11 et 12 désignent les masses polaires en fer doux des aimants destinés à créer le champ magnétique dans lequel l'équipage mobile se déplace.
L'ensemble de l'équipage mobile fonné par le cylindre 1, le bobinage 7 et les fils de sns- pension 5 et 6, réuni au bâti 17-17', est plongé dans un liquide contenu dans un récipient constitué par les masses polaires 11 et : 12 assemblées par soudure à des pièces 13 et 14 en métal non magnétique, et des capots 15 ct 16. Le liquide a, de préférence, une densité assez forte et un coefficient de viscosité faible. Ce liquide sera, par exemple, du tétra- chlorure de carbone. Par ailleurs, l'ensemble de l'équipage mobile est constitué de manière à avoir une densité égale à celle du liquide dans lequel il baigne pour la température de ï5 C par exemple.
En outre, le centre de poussée du volume de liquide déplacé par cet équipage mobile coïncide sensiblement avec le centre de gravité de cet équipage.
Le bâti 17 présente à la hauteur du miroir 8 ime ouverture 18 et le capot 15, à la même hauteur, présente un regard 19 fermé par une lentille 20. Ces ouvertures permettent le passage des rayons lumineux incidents et réflé chis (fig. 3).
A la partie supérieure du bâti 17 est placé le dispositif de fixation élastique du fil de suspension 5. Ce dispositif comporte im piston 21 coulissant dans un alésage supérieur de la pièce 17 et portant à l'extrémité de sa tige, une pièce de serrage avec le fil 5. Ce piston est constamment repoussé vers le haut par un ressort 22. Le piston 21 et les pièces de serrage du fil 5 sont prévus de telle sorte que l'ensemble ait une densité moyenne égale à celte du liquide dans lequel l'ensemble est plongé.
De cette manière, la tension sur les fils 4 ct 5 est sensiblement constante en toutes cireonstances et égale à la tension du ressort 22; 1? pièce de fixation 21 étant de même densité que le liquide, il en résulte qu'aucune tension supplémentaire due à des accélérations de vibrations ou de chocs ne peut accroître cette tension.
il convient de noter que dans la pratique, les attaehes de suspension supérieures et inférieures comporteront en général des organes d'orientation et de réglage en hauteur de l'équipage, organes qui, pour plus de clarté, ne sont pas représentés dans le dessin.
A la partie inférieure du capot 16 aboutit l'extrémité d'unie tubulure 23 qui met ce capot en communication avec un réservoir 24 entourant l'extrémité supérieure du capot 15.
Ce réservoir 24 est un réservoir dilatable, constitué par une membrane thermostatique 25 soudée sur le capot 15 et fermée à la partie supérieure par une plaque rigide 26. Par ailleurs, à la partie inférieure du bâti 17', est préau un tube de protection 27. Le rôle de ces divers organes sera exposé ci-après.
L'arrivée du courant éleletrique au bobinage 7 se fait par l'intermédiaire des fils de suspension 4 et 5 de la façon suivante: le fil de suspension 5 est réuni à la. masse de l'appareil, le fil 4 est réuni en 6 par une pince de serrage à une tige 28 isolée de la masse par une pièce 29. Cette tige 28 s'enfonce dans une douille 30 qui traversel par l'intermédiaire d'un joint isolant le capot 16 et constitue a borne de sortie de l'appareil. La mise à la masse de la suspension supérieure a le double avantage de simplifier énormément le montage électrique de l'ensemble et d'empêcher que des quantités d'électricité puissent s'y aeeumuler.
Le fonctionnement de l'instrument qui vient d'être décrit est le suivant: du point de sale électrique, il s'agit d'an galvanomètre du type usuel à miroir disposé de telle sorte que les déviations du spot lumineux réfléchi par le miroir soient proportionnelles au courant traversant équipage mobile.
Il y a lieu de remarquer toutefois, et cela constitue un des avantages de l'instrument décrit, que l'angle < e déviation du rayon réfléchi par le miroir se trouve, du fait que ce dernier est immergé dans un liquide dont l'indice de réfraction est différent de celui de lait, multiplié par cet indice de réfraction (voir fig. 3). Les indices de réfraction des liquides employés étant com- pris en général entre 1,3 et 1,5, il en résulte une augmentation de sensibilité de 30 à 50 %.
Par ailleurs, du fait que l'équipage mobile est plongé dans un. liquide et qu'il a la mêrne disité moyenne que lui, et du fait que son cen- tre de gravité coïncide avec le centre de poussée du volume de liquide déplacé par lui, toutes les impulsions, efforts ou aceélérations s'exerçant sur l'ensemble de l'appareil ne proroquent aucun effort d'inertie entre l'équi- page mobile et son bâti, si bien que la suspension de cet équipage mobile ne revoit aucun contrecoup des chocs, vibrations, etc., auxquels peut être soumis l'ensemble de l'ins- trument.
En outre, du fait que le fil de suspension n'est pas fixé directement au bâti en ses deux extrémités, mais qu'une de celles-ci est reliée au bâti par l'intermédiaire d'organes élastiques 21.-22, aucun effort de traction ou de compression ne peut s'exercer sur ce fil dn fait des variations de températures d'une com- pression ou d'une traction accidentelle exercée sur l'une des extrémités du bâti.
Le rôle du vase d'expansion décrit est le suivant
L'appareil comportant un récipient fermé er complètement empli de liquide, la dilata tion de ce liquide pour une variation même faible de température serait susceptible d'exercer une pression très forte sur les parois de ce récipient; c'est pour éviter ces pressions que l'instrument comprend le vase d'expansion dilatable 24 qui permet au liquide de se dilater librement sans exercer sur les parois de ce récipient une pression excessive en cas d'augmentation de température.
Ce récipient dilatable 24 est disposé à une des extrémités < le l'appareil et relié par le conduit 23 à l'autre extrémité de 1 'appareil et cela pour la raison suivante:
Dans le cas où, par exemple, l'appareil heurterait le sol par son extrémité supérieure, le liquide d'immersion tendra par inertie à refluer vers la partie supérieure.
Le liquide contenu dans ici récipient constitué par les pièces 12, 13, 14, 15 et 16 ne pourra se déplacer, puisque le capot supérieur 15 est hermétiquement clos. I1 en résulte simplement une pression supplémentaire exercée sur les parois du capot 1.5. Seul, le liquide contenu dans la partie inférieure du capot 16, la tubu- lure 23 et le récipient 24, provoquera la dila talion de la membrane 25. il se produira unr vaporisation d'une partie du liquide à la partic inférieure du capot 16 et un courant de liquide dans la tubulure 23.
Lorsque l'aeeélé- ration perturbatrice disparaîtra, l'élasticité de la membrane 25 refoulera le liquide du récipient 24 par la tubulure 23 clans le capot 16 en condensant la vapeur qui s'y était formée. il est clair que si la membrane 25 est constam- ment tendue élastiquement, il est impossible qu'un courant de liquide existe ailleurs que dans la tubulure. 23, en particulier, il ne petiot v avoir an sein du liquide contenu dans l'en semble 12, 13, 14, 15 et 16 qu'un très faible déplacement dû à la compressibilité du liquide (toujours excessivement faible) on des mouvements tourbillonnaires ;
ces derniers sont du reste sans effet sur l'équipage et les suspensions du fait du eloisonnement très important et de la faible quantité de liquide entourant ces organes.
Au moment du retour du liquide dans la partie inférieure de 16, il se produit en cette partie un tourbillon excessivement violent qui risquerait d'abîmer la suspension très fragile 4 en 6. Afin de briser l'effort exercé par ce tourbillon, une paroi 27 est disposée de ma- manière à entourer la partie inférieure clii bâti 17'. Le jeu entre cette paroi 27 et le bâti 17' est suffisant pour permettre le passage du liquide provenant de la dilatation Clu liquide contenu dans le capot 15 et intérieur du bâti 17, mais n est pas suffisant pour la transmis sion des mouvements tourbillonnaires brutaux qui prennent naissance à la partie inférieure de 16.
Si maintenant on suppose une accélération brutale dirigée de bas en haut, les effets d'inertie n'ont pour effet que d'accroître la pression sur les parois des récipients et, là encore, aucun courant de liquide ne peut pren durer naissance au voisinage de l'équipage et des suspensions. Il en est de même pour des accélérations transversales.
Dans la description ci-dessus, on a supposé que l'instrument était un instrument à suspension verticale 5-6 orienté verticalement dans le sens représenté dans la figure.
Dans la pratique, et cela constitue un des avantages de la présente invention, un tel instrument est susceptible de fonefionner aussi bien dans n'importe quelle position, et en particulier horizontalement, ce qui peut avoir de grands avantages dans certains cas particu- liers. Un tel inst.rument peut d'ailleurs être monté, grâce à cette propriété, sur un véhicule quelconque: sur un navire, un aéronef, etc., où il peut fonctionner dans toutes les positions.
Dans la fig. 4, on a représenté schématiquement un instrument à suspension horizontale destiné à fonctionner à température maintenue constante par un thermostat. Le rôle de ce thermostat est le suivant: Avec. i'instrument précédemment décrit, l'équipage mobile est constitué de façon à être en équilibre parfait, pour une température déterminée, 150 C par exemple. Mais lorsque la tem pératitre ambiante s'écarte de cette température, il se produit un léger déséquilibre, du fait de la différence de dilatation entre l'équipage mobile et le liquide dans lequel il baigne.
C'est pour éviter, le cas échéant, ce déséquilibre dans les instruments à très grande sensibilité, par exemple, que l'on plongera l'instrument dans une enceinte dont la température est maintenue constante par un ther mostat.
L'instrument de la fig. 4 est analogue à celui qui vient d'être décrit et en diffère simplement par les points suivants:
L'ensemble de l'instrument est destiné à être disposé dans un thermostat d'un type approprié quelconque; pratiquement, on utilisera en général un thermostat à glace fondante qui permet une réalisation des plus simples en assurant aussi parfaitement que possible une constance de température. L'équipage mobile 1 est, comme. dans le cas précédent, suspendu aux fils de suspension 4 et 5, mais, contrairement à ce qui se passait dans le cas pré cédent, les deux fils de suspension sont reliés élastiquement au bâti par l'intermédiaire de dispositifs à pistons et à ressorts 21, 22, 21', 22'.
D'autre part, l'équipage mobile porte à ses extrémités par lesquelles il est fixé aux fils 4 et 5, deux tourillons 31, 32, susceptibles de pivoter avec. un certain jeu dans deux pa lieras 33, 34 faisant corps avec le bâti de l'ainsi trument. Le dispositif décrit est réglé de telle manière que lorsque le thermostat est en fonetionnement et que, par conséquent, l'ensemble est à la température voulue, les tourillons 31, 32 solient libres à l'intérieur de leurs paliers, le pivotement de l'équipage mobile étant assuré uniquement par les fils de suspension 4 et 5. Lorsque le thermostat ne fonctionne plus, les tourillons reposent sur les paliers et supportent l'équipage mobile, de façon que les fils de suspension 4 et 5 ne risquent pas de se rompre.
L'amenée de courant à l'équipage mobile peut se faire de n'importe quelle manière appropriée, par exemple par l'intermédiaire de fils souples isolés 35, 36.
Dans le cas d'un instrument destiné à fonctionner verticalement, les paliers et tou- rillons représentés pourront être remplacés par des pivots coniques et des butées corres pondantes
Les instruments représentés dans le dessin ci-j,int et ci-dessus décrits sont des instrel vents destinés à mesurer les courants électriques (galvanomètres).
Les mêmes instruments peuvent sans difficultés être utilisés comme relais pour commander mécanique- ment la fermeture d'un circuit par exemple, sous l'effet d'ion faible courant traversant son équipage mohile. d cet effet, il suffit d'utili- ser le spot lumineux projeté sur le miroir pour actionner, par exemple., uae cellule, photo élec- trique commandant la fermeture du circuit en question.
Comme l'instrument est insensible aux chocs et aux vibrations et que, par suite, i! ne risque pas d'être amené à fonctionner intempestivement sous l'effet d'nn tel choc ou l une telle vibration, on peut lui donner une très grande sensibilité. Pour la même raison, il aura une très grande sûreté de fonctionne- ment.
Dans i 'exemple décrit, la mesure, dans le cas d'un galvanomètre, ou la commande mécanique dans le cas d'un reluis, est effectué au moyen d'un faisceau lumineux venant frapper un miroir; il est clair qu'ou peut utiliser n'importe quel autre dispositif approprié, et en particulier un appareil à contact direct suivant les mouvements de rotation de l'équipage mobile pour obtenir les résultats que
I'on désire.
En ce qui concerne le liquide dans lequel est plongé l'équipage mobile, ainsi qu'il a été dit, il peut être quelconque, mais on choisira de préférence un liquide isolant, ayant une densité assez forte et un indice de viscosité relativement faible; le liquide en question n'a pas en effet pour rôle principal, comme dans certains appareils, d'opposer une résistance visqueuse au mouvement de pivotement de l'équipage mobile, afin d'amortir ce mouvement. Il y a intérêt, au contraire, à ce que la résistance au frottement de l'équipage mobile à l'intérieur du liquide soit aussi faible que possiblel pour augmenter la rapidité d'action de l'instrument: l'amortissement de cet équi- page mobile est alors réalisé, de préférence, d'une manière connue, par un effet électromagnétique exercé sur cet équipage.
Toutefois, bien entendu, au cas où on désirerait obtenir en plus un amortissement provoqué par frottement de l'équipage à l'intérieur du liquide, on pourrait utiliser un liquide plus visqueux.
Il y a lieu de noter, enfin, que le remplis- sage du récipient 12 et des récipients annexes devra se faire avec un soin très grand, de facon à éviter la présence cle bulles de gaz qui l isqueraient de gêner le fonctionnement de l'appareil.
Bien que l'on se soit borné à montrer dans les modes de réalisation ci-dessus l'invention appliquée à des galvanomètres, il est clair que cette invention s'applique sans modificalions à n'importe quel instrument de mesure, quelle qu'en soit la nature. En particulier, elle peut être utilisée dans les instruments de mesures géophysiques (balance magnétique. balance de torsion, etc.).