Procédé de mesure de la magnétostriction d'un échantillon d'une matière magnétique et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé
La présente invention a pour objets un procédé de mesure de la magnétostriction d'un échantillon d'une matière magnétique et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Par magnétostriction, on entend ici le changement de dimension linéaire d'un corps se produisant quand de corps subit un changement d'état magnétique, la modification linéaire étant due uniquement au changement d'état magnétique. La magnétostriction longitudinale, en particulier, est définie comme un effort magnétostrictif (changement de longueur par unité de longueur) se produisant dans un corps le long des directions des lignes de flux magnétique dans ce corps magnétisé.
Les dispositifs de mesure connus jusqu'ici pour indiquer de petits changements de dimension, par exemple une magnétostriction, dépendent principalement d'une amplification mécanique résultant d'un système de leviers mécaniques, d'une amplification optique résultant d'un système de leviers optiques et mécaniques, et d'une amplification électrique résultant d'un système de leviers électromécaniques.
Mais l'inertie, l'élasticité et la résonance mécanique des leviers et des autres parties du système connectés à l'échantillon introduisent des erreurs qui rendent ces systèmes impropres à l'indication de déplacements linéaires périodiques ou dynamiques, comme ceux produits par l'application d'un champ magnétique cyclique à un échantillon de fer.
Un autre désavantage de certains dispositifs connus provient de ce qu'ils soumettent l'échantillon à des efforts mécaniques qui contrarient les efforts magnétiques. Un autre désavantage encore réside dans le fait que certains dispositifs connus nécessitent la fixation de parties auxiliaires à l'échantillon, telles que des poids ou des conducteurs électriques, avant de pouvoir mesurer la magnétostriction de l'échantillon.
La mesure d'une magnétostriction, et particulièrement d'une magnétostriction dynamique, est une opération délicate parce que le déplacement linéaire qui doit être mesuré est de l'ordre de 10-8 cm par cm. Par suite de cette faible valeur du déplacement linéaire, des influences extérieures comme le champ magnétique terrestre, des vibrations ambiantes et des courants de Foucault, si elles ne sont pas compensées, peuvent introduire des erreurs dans la mesure. En conséquence, un dispositif pour la mesure précise de la magnétostriction d'un échantillon d'une matière magnétique doit être agencé pour compenser ces influences extérieures aussi bien que pour comparer exactement la magnétostriction avec d'autres carac téristiques magnétiques mesurables de l'échantillon, comme la force magnétisante, la densité de flux magnétique, etc.
Un but de l'invention est donc de fournir un procédé et un dispositif pour la mesure précise de la magnétostriction d'une matière magnétique quand cette matière est soumise à une magnétisation, ce procédé et ce dispositif ne présentant pas les inconvénients des procédés et dispositifs connus.
Le procédé objet de l'invention pour la mesure de la magnétostriction d'un échantillon d'une matière magnétique est caractérisé en ce qu'on place l'échantillon à distance d'un conducteur électrique de manière à constituer avec lui un condensateur électrique, en ce qu'on soumet l'échantillon à l'action d'un champ magnétique, et en ce qu'on détermine les variations de longueur de l'échantillon dans la direction du champ magnétique en détectant les changements de capacité électrique du condensateur.
Le dispositif objet de l'invention pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour induire un champ magnétique périodique dans l'échantillon, un circuit micrométrique capacitif couplé par capacité à l'échantillon, la capacité de ce circuit étant sensible à la magnétostriction de l'échantillon résultant du champ magnétique et le circuit étant susceptible de traduire la magnétostriction en un signal de sortie et des moyens indicateurs agencés pour appliquer le signal de sortie à un dispositif indicateur.
Le dessin annexé représente, à titre d'exem -ple, deux formes d'exécution du dispositif selon l'invention et des variantes.
La fig. 1 est une vue en élévation de la première forme d'exécution.
La fig. 2 est une coupe par la ligne Il-Il de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en plan correspondant à la fig. 1.
La fig. 4 est une coupe par la ligne IV-IV de la fig. 2.
La fig. 5 est une vue d'un détail, à plus grande échelle.
La fig. 6 est une vue en perspective de la seconde forme d'exécution.
La fig. 7 est une vue du plateau conducteur d'une variante.
La fig. 8 est une vue en plan correspondant à la fig. 7.
La fig. 9 est une coupe d'un détail repré- senté à la fig. 6.
La fig. 10 est un schéma électrique.
Les deux formes d'exécution représentées (fig. 1 et 6), comprennent deux montants 11 formant supports, montés parallèlement à distance l'un de l'autre et perpendiculairement à une base 12. Cette base présente des vis de réglage 13 permettant de mettre le dispositif de niveau. Les montants 11 sont fixés à la base 12 par des colliers 14. Ils peuvent être creux et remplis d'une matière visqueuse et lourde susceptible d'absorber l'énergie sonore.
Un manchon creux 17 est supporté entre les montants 1 1 et parallèlement à ceux-ci par plusieurs supports 18. Le manchon 17 est agencé pour recevoir intérieurement un échantillon 20 d'une matière magnétique dont les propriétés magnétostrictives doivent être déterminées. L'échantillon 20 est de forme générale prismatique rectangulaire. Ses dimensions sont telles qu'il peut être facilement inséré dans le manchon 17 et retiré de ce dernier. On peut utiliser comme échantillons des rubans similaires à ceux employés dans l'essai Epstein à noyau perdu.
L'échantillon 20 s'étend au-dessous du manchon 17 et présente une extrémité 21 formée par une surface plane pratiquement normale à l'axe longitudinal du manchon 17.
Des moyens de serrage 22 permettent de suspendre l'échantillon 20 à l'intérieur du manchon 17. Ces moyens de serrage sont disposés au-dessus du manchon 17 dans la première forme d'exécution selon la fig. 1, et entre les extrémités du manchon 17 dans la seconde forme d'exécution selon la fig. 6. Ces moyens de serrage sont connectés de manière amovible aux montants 1 1 de manière qu'on puis- se régler leur position par rapport aux montants. Les moyens de serrage 22 comprennent une mâchoire 23 susceptible d'être ouverte et fermée par une vis 24, pour maintenir l'échantillon 20 dans la position représentée, hors de tout contact avec le manchon, après qu'il a été inséré à travers la mâchoire ouverte dans le manchon 17.
Des connexions mécaniques entre les moyens de serrage 22 et les montants 11 comprennent une douille 25 non conductrice sur l'un des montants et une douille 26 conductrice sur l'autre montant pour assurer une connexion électrique entre l'échantillon 20 et la masse commune. Par masse commune, on entend ici la connexion pour laquelle le potentiel électrique présente une valeur déterminée.
Le potentiel peut être celui de la terre ou avoir toute autre valeur choisie.
Un jeu 27 est assuré entre les côtés verticaux de l'échantillon 20 et la surface interne du manchon 17 pour amortir les vibrations transversales ou de flexion de l'échantillon sans introduire une interférence de friction ou un amortissement à air appréciable dans les vibrations longitudinales de l'échantillon. L'échantillon 20 est, par conséquent, libre de vibrer longitudinalement sous l'influence d'un champ magnétique sans toucher les côtés du manchon 17.
Un enroulement magnétisant 28 destiné à induire un champ magnétique dans une direction déterminée dans l'échantillon 20, et un enroulement de neutralisation 29 destiné à compenser les champs magnétiques parasites à courant continu (par exemple le champ magnétique terrestre3 dans l'échantillon, sont bobinés autour du manchon 17 et peuvent être excités par une source de courant appropriée.
L'enroulement de magnétisation 28 comporte un plus grand nombre de tours par centimètre à ses parties extrêmes 30 qu'à sa partie moyenne pour maintenir un champ magnétique pratiquement uniforme sur tout le manchon 17.
Des enroulements de prise 31, 32 et 33 sont disposés respectivement à une extrémité, au centre et à l'autre extrémité du manchon 17 pour déterminer la densité du flux magnétique.
Les enroulements 28, 29, 31, 32 et 33 sont représentés schématiquement sur la fig. 1.
Les moyens de serrage 22 suspendent l'axe longitudinal de l'échantillon verticalement, de manière que Féchantillon puisse vibrer longitudinalement dans l'enroulement magnétisant 28 sans frotter contre les côtés du manchon 17.
Le point de serrage de l'échantillon est placé dans une partie éloignée de l'extrémité de l'échantillon dont la surface 21 (fig. 1) constitue l'une des armatures d'un condensateur, ou dans la région du centre de masse de l'échantillon (fig. 6) puisque, pour l'échantillon représenté, cette région coincide avec le-plan nodal naturel des vibrations magnétostrictives.
La région nodale naturelle (fig. 6 et 9) constitue une région idéale pour le serrage, puisque dans cette région les moyens de serrage n'ont qu'à supporter l'échantillon et n'ont pas à réagir contre des forces vibratoires magnétostrictives. Pour des raisons pratiques cependant, quand on mesure un échantillon présentant une faible masse, un ruban par exemple, les moyens de serrage agissent à l'extrémité de l'échantillon. Cela est possible, car les forces vibratoires magnétostrictives dans un échantillon de faible masse sont d'une grandeur telle qu'elles permettent la création d'un plan nodal artificiel adjacent à l'extrémité de l'échantillon, sans altérer la mesure réelle.
Quand on mesure des échantillons présentant une plus grande masse, comme une pluralité de rubans, il est préférable d'utiliser la région nodale naturelle pour le serrage puisque ce dernier, dans la région nodale naturelle élimine les variations du plan nodal effectif entre des échantillons de différente masse, en faisant coïncider le plan nodal effectif avec le plan nodal naturel.
On entend' ici par plan nodal effectif le plan au niveau duquel se produisent les vibrations magnétostrictives dans un échantillon suspendu dans le dispositif. Par plan nodal naturel , on entend le plan au niveau duquel se produisent les vibrations magnétostrictives dans un échantillon placé dans un espace libre.
Quand on utilise pour le serrage la région nodale naturelle, les diverses parties des moyens de serrage 22 sont isolées les unes des autres pour empêcher la formation d'une boucle conductrice fermée autour de l'échantillon, à travers laquelle un courant de courtcircuit induit par le champ de l'enroulement de magnétisation pourrait s'écouler. L'isolation des moyens de serrage 22 est assurée par la douille non conductrice 25 décrite précédemment, par des pièces isolantes 34 (fig. 3) disposées à proximité de la mâchoire 23 de chaque côté de celle-ci par un entrefer 35 (fig. 6) entre la mâchoire 23 et la douille 25, et par une mordache de mâchoire 36 non conductrice adjacente à la vis de réglage 24.
Le manchon 17 est rigide et fixé de manière amovible à un support 37 par des consoles 38. Une plaque 39 supporte des paires de bornes 40, 41, 42, 43 et 44. Elle est connectée au support 37 et enfermée dans un couvercle amovible 45. Les paires de bornes 40 à 44 (seule une borne des paires 42, 43 et 44 est visible à la fig. 2) correspondent respectivement aux extrémités des enroulements 28, 29, 31, 32 et 33.
Un plateau 48 conducteur de l'électricité, représenté en lignes pointillées à la fig. 1, présente une surface métallique 49 plane formant miroir, disposée au-dessous de l'enroulement 17 à distance et en face de la surface 21 de l'échantillon 20. Le plateau 48 coopère avec l'extrémité de l'échantillon 20 pour former un condensateur variable 50 (fig. 10).
Comme le montre en détail la fig. 5, le plateau conducteur 48 est supporté par une pièce isolante 52, par exemple en résine acrylique, et fixé à cette pièce par des boulons 53 et des écrous 54 conducteurs. La pièce isolante 52 est fixée à son tour à une boîte métallique 55. Cette boîte présente à sa partie supérieure une ouverture pour le passage du plateau 48 qui reste isolé de la boîte 55. La partie de celle-ci entourant le plateau porte un anneau de garde 57 autour du plateau conducteur 48 et isolé de ce dernier.
On voit à la fig. 5 que l'anneau 57 est isolé du plateau conducteur 48 par un entrefer 58.
I1 est évident cependant que toute matière isolante présentant une faible constante diélectrique peut être interposée entre l'anneau 57 et le plateau conducteur 48.
La boîte 55 est montée sur une table 60 et est susceptible de se déplacer verticalement selon une trajectoire parallèle aux montants
11, sous l'action d'une vis de réglage 61 disposée entre la base 12 et la table 60. Le mouvement de la boîte est guidé par des guides 62 présentant un des bras 63 fixés de manière amovible aux montants il et présentant des trous 64 et des manchons 65 constituant un montage à glissement pour des chevilles 66 fixées à la table 60 par des vis de serrage 67.
En déplaçant verticalement la boîte 55, le plateau 48 est amené plus ou moins près de l'échantillon 20 de manière à modifier l'espace entre ce plateau 48 et l'échantillon 20 et changer la capacité du condensateur 50.
Des goujons 69 constituant des arrêts sont placés entre le support 18 de l'enroulement et la boîte 55 pour limiter le mouvement de cette dernière vers le manchon 17 et de façon que la variation de la capacité parasite soit aussi faible que possible, le plateau conducteur 48 se trouvant pratiquement dans la même position pour chaque échantillon mesuré.
La construction décrite plus haut correspond au schéma électrique représenté à la fig. 10.
Le circuit selon la fig. 10 comprend d'une manière générale un circuit micrométrique capacitif, des sources d'alimentation, un circuit d'intégration, une source de courant alternatif et un groupe sélectif de commutateurs.
Le circuit micrométrique capacitif comprend un circuit d'accord, des moyens de couplage électriques constitués par un tube convertisseur à vide multigrille 71, et un circuit oscillant, électriquement connectés ensemble commme suit: le circuit d'accord comprend le condensateur variable 50 (formé par l'échantillon 20 et le plateau conducteur 48), connecté en parallèle avec une inductance 73.
Le circuit d'accord est connecté en série avec une grille de commande 75 du tube 71. Une grille écran 76 constitue un écran pour la grille de commande 75 afin de réduire à une valeur négligeable la capacité entre la grille de commande 75 et des grilles oscillantes 77 et 78.
Quand la distance des plaques du condensateur 50 varie, la caractéristique d'absorption de l'énergie du circuit d'accord est altérée, changeant ainsi le courant de plaque du tube 71.
L'écran électrique protecteur constitué par la boîte 55 et la pièce isolante 52 décrite est représenté par des lignes pointillées.
Le circuit oscillant comprend un transformateur à haute fréquence 80, une paire de condensateurs variables 81 et 82 connectés en parallèle avec un enroulement secondaire 83 du transformateur 80, l'une de ses extrémités étant connectée à la terre commune. En faisant varier la capacité des condensateurs 81 et 82, l'enroulement secondaire 83 du transformateur 80 est accordé pour fournir une tension sinusoïdale de fréquence déterminée. Une fuite de grille comprenant un condensateur 85 et une résistance 86 est connectée aux bornes de l'enroulement secondaire du transformateur 80. La fuite de grille permet d'obtenir des oscillations auto-entretenues. L'une des extrémités de l'enroulement secondaire 83 est connectée à la grille 77 du tube 71, et l'autre extrémité est reliée à la terre commune.
Une cathode 88 du tube 71 présente un circuit d'autopolarisation comprenant un condensateur 89 en parallèle avec une résistance 90.
Une extrémité de l'enroulement primaire 91 du transformateur 80 à haute fréquence est connectée en série avec un filtre passe-bas à haute fréquence comprenant un condensateur 93 et une résistance 94, tandis que l'autre ex trémité est connectée en série avec la grille 78 du tube 71. Le condensateur 93 est relié à la terre commune.
La grille écran 76 est connectée à un filtre écran comprenant une résistance 96 et un condensateur 97.
Un filtre en sx à haute fréquence comprenant un condensateur 98, une self de choc 99 et un condensateur 100 est connecté à l'anode 102 du tube 71 pour éliminer par filtration le signal haute fréquence et permettre le passage du signal à courant continu à niveau fluctuant.
Un côté du filtre en z est connecté à la terre commune.
Une résistance de charge 103 est disposée entre la première source d'alimentation et le filtre en x à haute fréquence pour former un signal de tension de sortie dérivant du courant de plaque continu du tube 71 et directement proportionnel à ce courant. Le changement de la tension de sortie aux bornes de la résistance 103 est, par conséquent, directement proportionnel au déplacement linéaire de l'échantillon 20.
Le circuit micrométrique capacitif décrit ci-dessus est monté dans la boîte 55 qui agit comme écran électrostatique pour ce circuit.
Les condensateurs variables 81 et 82 présentent des axes de commande 104 et 105 respectivement, s'étendant à travers la boîte et permettant le réglage des condensateurs depuis l'extérieur de celle-ci. Une extrémité de l'inductance 73 est connectée électriquement, par une patte 106, l'écrou 54 et le boulon 53, au plateau conducteur 48.
Des moyens pour déterminer le domaine de fonctionnement du circuit micrométrique comprennent un voltmètre à haute impédance constitué par un voltmètre à tube à vide 108 dont une borne est connectée à la prise variable d'une résistance 110 électriquement interposée entre des résistances fixes 111 et 112, et dont l'autre borne est connectée à une borne de sortie 114 du circuit micrométrique capacitif. Les trois résistances 110, 111 et 112 forment un diviseur de tension 116 dont une borne est connectée à la terre commune et l'autre borne à une première source à courant continu. Un condensateur 117 est connecté entre la prise mobile du diviseur de tension 116 et la terre et fonctionne comme filtre passe-bas.
Le diviseur de tension fournit une tension réglable de référence pour la tension de sortie du circuit micrométrique, pour permettre de mettre ou de remettre rapidement le micromètre à son point de référence. I1 est préféra ble que le diviseur de tension fournisse une tension à courant continu correspondant à la valeur de la tension à courant continu du circuit micrométrique au milieu de sa région de sensibilité linéaire. Cette tension est environ la même pour différentes sensibilités et, une fois choisie, doit rester inchangée. La position correcte du plateau conducteur 48 est indiquée par une tension nulle sur le voltmètre 108.
Ordinairement, on observe deux tensions nulles correspondant à la valeur désirée de la tension soit sur la boucle positive soit sur la boucle négative de la courbe d'étalonnage (cette courbe est essentiellement une courbe de la fréquence d'un circuit accordé simple).
La première source à courant continu comprend un redresseur constitué par un tube à vide 120, et une source de courant alternatif 121 connectée à l'enroulement primaire d'un transformateur 122 par l'intermédiaire d'un commutateur 123 ; le transformateur 122 présente deux enroulements secondaires 125 et 126 à prise centrale. L'enroulement secondaire 125 est connecté aux plaques du redresseur 120 et présente une prise centrale 127 à laquelle un premier conducteur de sortie 128 est connecté. L'enroulement secondaire 126 est connecté au filament du redresseur 120.
Une lampe témoin 130 est connectée aux bornes dé l'enroulement 126 pour indiquer un passage de courant dans cet enroulement. La prise centrale de l'enroulement 126 est connectée à un second conducteur de sortie 131. Une self de choc 133 est connectée en série dans le conducteur 131 et des condensateurs 134 et 135 sont connectés entre les conducteurs de sortie 128 et 131, l'un du côté transformateur et l'autre du côté opposé de la bobine de choc 133 respectivement, la bobine de choc et les condensateurs formant un circuit filtre destiné à éliminer des signaux de pulsation à courant continu provenant du signal transmis, et à permettre ainsi à la source de débiter un courant continu uniforme.
Des moyens régulateurs de tension, constitués par des tubes régulateurs de tension remplis de gaz 137 et 138, sont connectés en série entre les conducteurs de sortie du filtre. Une résistance 140 de limitation du courant est insérée entre le conducteur 128 et une borne du régulateur de tension. Cette borne est connectée à la terre commune. Le régulateur de tension maintient une tension uniforme à travers le circuit en élevant ou en abaissant le courant total à travers la résistance 140 qui est connectée en série avec la charge et les tubes 137 et 138, de manière à compenser tout changement de la charge. Un conducteur 141 de sortie du filtre est connecté au circuit micrométrique capacitif et fournit à ce circuit une alimentation en courant continu.
Une seconde source à courant continu comprend un redresseur constitué par un tube à vide 143 et la source à courant alternatif 121 connectée à l'enroulement primaire d'un transformateur 144 par un commutateur 145. Le transformateur 144 présente une paire d'enroulements secondaires 148 et 149 à prise centrale, et un troisième enroulement secondaire 150.
L'enroulement secondaire 148 est connecté aux plaques du redresseur 143 et présente une prise centrale 152 à laquelle est connecté un premier conducteur de sortie 153. L'enroulement 149 est connecté au filament du redresseur 143.
Une lampe témoin 154 est connectée aux bornes de l'enroulement 149 pour indiquer un passage de courant dans cet enroulement. La prise centrale de l'enroulement 149 est connectée à un second conducteur de sortie 155.
Une self de choc 158 est connectée en série avec le second conducteur 155, et des condensateurs 159 et 160 sont connectés entre les conducteurs de sortie 153 et 155, l'une du côté transformateur et l'autre du côté opposé de la self 158 respectivement, la self 158 et les condensateurs 159, 160 constituant un circuit filtre destiné à éliminer des signaux de pulsation à courant continu provenant du signal transmis, et à permettre ainsi à la source de débiter un courant continu uniforme.
Un régulateur de tension, comprenant des tubes régulateurs de tension remplis de gaz 162 et 163, est connecté en série entre les conducteurs de sortie du filtre. Une résistance 164 de limitation de courant est insérée entre le conducteur 153 et une borne du régulateur de tension. Cette borne est reliée à la terre commune. Le régulateur de tension maintient une tension uniforme à travers le circuit en élevant ou en abaissant le courant total à travers la résistance 164 qui est reliée en série avec la charge et les tubes 162 et 163, de manière à compenser tout changement de la charge. Un conducteur de sortie du filtre 165 est connecté à un circuit d'intégration et l'alimente en courant continu.
L'enroulement 150 est connecté directement à un filament 167 d'un tube du circuit d'intégration, circuit qui va être décrit maintenant.
Des moyens pour exciter l'enroulement de magnétisation 28 comprenant un circuit présentant une source de courant alternatif 170 connecté à un autotransformateur 171. Un transformateur 172 présente un enroulement primaire 173 connecté à l'autotransformateur 171 et un enroulement secondaire 174 connecté à l'enroulement 28. Un interrupteur 176 est monté en série avec l'autotransformateur 171 pour permettre de mettre le circuit en service ou hors service. Une résistance 177 et une lampe témoin 178 sont connectées aux bornes de la source 170 entre l'interrupteur 176 et l'autotransformateur 171 pour indiquer le passage d'un courant à travers l'interrupteur 176.
Une résistance 179 de faible valeur et non inductive et un ampèremètre 180 sont montés en série avec l'enroulement de magnétisation 28. L'ampèremètre indique la grandeur du courant de magnétisation à travers l'enroulement 28. Comme un courant de même valeur s'écoule également à travers la résistance 179, la chute de tension dans la résistance 179 peut être utilisée comme une mesure de la force de magnétisation du champ créé par l'enroulement 28 excité. Ce phénomène répond aux équations fondamentales:
1) H= 4zNi
avec H = force magnétisante;
N = nombre de tours de l'enrou
lement de magnétisation;
et i = courant de magnétisation.
2) E = ir
avec E = chute de tension à travers la
résistance
i = courant de magnétisation;
et r = résistance à travers laquelle
E est mesurée.
Comme l'expression 4aN dans l'équation 1) est une constante = K, on a:
3) H=Ki
Comme par définition la valeur de la résistance 179 est connue et égale à une seconde constante K', on a:
4) E = K'i
Les équations 3) et 4) peuvent s'écrire:
5) i = H/K
6) i = E/K'
En égalant 5) et 6), il vient:
7) i = H/K = E/K', d'où 8) H = K = E/K'= K/K'E
Si l'on pose K/K' = K", l'équation 8) devient:
9) H = K"E ou 10) H = f(E)
Les moyens pour exciter l'enroulement de neutralisation 29 comprennent un redresseur à deux alternances comprenant une source de courant alternatif 183, un autotransformateur 184 susceptible d'être connecté à la source 183 et connecté à l'enroulement primaire d'un transformateur 185.
L'enroulement secondaire du transformateur 185 est connecté à des redresseurs au sélénium 186 et 187, qui sont connectés à leur tour à une borne d'un filtre en T comprenant une self de choc 190, un condensateur 191 et une self de choc 192. L'enroulement secondaire du transformateur 185 présente une prise centrale 193 qui est connectée à l'autre borne du filtre en T. Ce dernier est connecté à l'enroulement de neutralisation 29. Un ampèremètre 194 est connecté en série avec l'enroulement 29 pour indiquer l'intensité du courant continu s'écoulant dans l'enroulement. I1 est entendu qu'on peut utiliser dans ce circuit d'autres redresseurs que des redresseurs au sélénium, par exemple d'autres types de redresseurs secs ou des redresseurs à tubes.
Le courant destiné à alimenter un filament 196 du tube à vide du circuit micrométrique capacitif provient de l'enroulement secondaire d'un transformateur 198, de redresseurs 199 et 200 et d'une self de choc 201. L'enroulement primaire du transformateur 198 est excité par la source 183 à courant alternatif. Un condensateur 202 coopère avec la self de choc 201 pour constituer un filtre. Un circuit est connecté aux bornes de l'enroulement primaire du transformateur 198 et comprend une résistance 204 et une lampe témoin 205 montées en série. Le but de ce circuit à lampe témoin est d'indiquer que le transformateur 198 est excité. Un circuit similaire comprend une résistance 206 et une lampe 207 connectées aux bornes d'entrée de l'autotransformateur 184.
Des interrupteurs 209 et 210 sont placés entre la source 183 et les transformateurs 184 et 198 respectivement.
Les autotransformateurs 171 et 184 constituent des moyens pour faire varier les champs magnétiques produits par les enroulements 28 et 29 respectivement.
Des moyens pour connecter sélectivement les enroulements de prise 31, 32 et 33 à des moyens indicateurs 212 comprennent des commutateurs 214, 215, 216 et 217. Les bras des commutateurs 214 et 216 sont réunis mécaniquement aux bras des commutateurs 215 et 217 respectivement, de manière à être actionnés en même temps. Chaque commutateur comprend cinq contacts désignés par le numéro du commutateur suivi des lettres a, b, c, d ou e.
Les enroulements 31, 32 et 33 sont connectés aux moyens sélecteurs ou commutateurs 214, 215, 216 et 217 comme suit: L'enroulement 31 présente une borne connectée aux contacts 214b et 214e, et l'autre borne connectée au contact 215b ; l'enroulement 32 présente une borne connectée au contact 214c et l'autre borne aux contacts 214d et 215e l'enroulement 33 présente une borne connectée aux contacts 21 4d et 215c et l'autre borne aux contacts 21 5d et 215e. Le bras du commutateur 215 est connecté en permanence à la terre commune. Le bras du commutateur 214 est connecté en permanence au contact 216b. Les bras des commutateurs 216 et 217 sont connectés en permanence aux moyens indicateurs 212.
Les contacts 214a, 215a, 216a et 217a constituent des positions hors pour les tion doit être mesurée comprend un ensemble de rubans 20a (fig. 9), puisque l'amplitude du flux magnétique alternatif dans l'ensemble devient élevée et que l'alternance d'un fort flux magnétique passant par la partie supérieure de la boîte 55 entraîne la vibration de cette dernière. Cette vibration est le résultat d'une interaction entre le champ magnétique variable dans les rubans et le champ magnétique variable produit par des courants de Foucault induits dans la paroi de la boîte adjacente aux rubans.
Cette vibration est réduite à une valeur négligeable à de hautes fréquences en substituant un bloc rectangulaire 235 (fig. 7) d'une matière non conductrice présentant une faible constante diélectrique et revêtue d'une mince couche métallique, au plateau conducteur, à l'écran et à l'anneau de garde décrits précédemment. Le bloc rectangulaire peut être en lucite, par exemple, matière qui montre une faible perte diélectrique dans le domaine des fréquences de 1 à 20 mégacycles.
Comme le micromètre capacitif fonctionne, à une fréquence d'environ 10 mégacycles, fréquence à laquelle un courant électrique de conduction se manifeste sur la surface des conducteurs (effet de peau), la substitution du bloc 235 et d'une mince couche métallique au plateau conducteur solide 48 n'altère pas sensiblement le fonctionnement du circuit micrométrique. La conductance à basse fréquence de la mince couche métallique, cependant, est assez faible pour empêcher l'effet de vibration dû aux courants de Foucault, de sorte que lorsque les mesures de l'ensemble des rubans sont faites, le bloc 235 est fixé à la partie supérieure de la boîte 55 opposée à l'enroulement 17. Le bloc 235 (fig. 7) présente une dimension suffisante dans la direction du champ magnétique
pour empêcher l'induction de courants para
sites dans le circuit micrométrique capacitif
contenu dans la boîte 55.
Le bloc 235 fonctionne également avec des
échantillons comprenant des rubans simples
comme avec des échantillons comprenant un
faisceau de rubans. Cependant, comme les
courants parasites induits résultant du champ
magnétique de l'échantillon sont négligeables quand on mesure des rubans uniques, on peut se dispenser du bloc 235 en faveur du plateau conducteur 48 décrit précédemment.
Le bloc 235 présente deux surfaces séparées 236 et 237, recouvertes d'une mince couche métallique. Entre les surfaces 236 et 237 est disposé un ruban 238 sans couche métallique pour empêcher l'écoulement d'un courant transversal autour d'un boulon conducteur 240 qui s'étend entre une surface plane conductrice 241 et la boîte 55 pour connecter électriquement la surface conductrice avec le circuit micrométrique (fig. 10). Le bloc 235 est fixé sur la boîte 55 par des moyens similaires à ceux utilisés pour fixer le plateau 48 et représentés à la fig. 5, sauf que le long boulon conducteur 240 remplace le court boulon conducteur 53.
La fig. 8 montre la partie supérieure du bloc 235. Ce dernier comprend une mince couche métallique 244 limitée par une aire annulaire 245 dépourvue de couche métallique qui se raccorde avec un prolongement 246 du ruban 238. Un anneau de garde 247, recouvert d'une mince couche métallique, entoure pratiquement la couche 244 dont il est maintenu isolé. Les côtés restants du bloc 235, non visibles sur le dessin, sont recouverts d'une mince couche métallique pour constituer un écran électrostatique pour le boulon 240.
Dans la forme d'exécution du dispositif représentée sur la fig. 6, les enroulements 28 et 29 sont divisés en deux parties, une partie de chaque enroulement étant montée au-dessus des moyens de serrage 22, et l'autre partie de chaque enroulement étant montée au-dessous desdits moyens. Cette construction d'enroulement divisé est représentée en détail à la fig. 9.
La structure de l'analyseur de magnétostriction ayant été décrite, nous allons voir maintenant son fonctionnement. La mesure d'une magnétostriction statique ou dynamique d'un échantillon d'une matière magnétique se fait comme suit.
La boîte 55, la table 60 et le plateau électriquement conducteur 48 sont déplacés d'un bloc vers l'enroulement 17, selon une trajectoire déterminée par les moyens de guidage 62, en manipulant la vis de réglage 61 jusqu'à ce que les arrêts 69 butent contre le support 18 de l'enroulement. L'échantillon 20 est alors abaissé à travers l'ouverture ménagée dans les moyens de serrage 22 et l'enroulement 17 jusqu'à ce que sa surface plane métallique 21 repose sur le plateau conducteur 48. La surface plane 21 de l'échantillon 20 est alors placée parallèlement à la surface métallique plane 49 du plateau 48, sous le contrôle de moyens optiques utilisant la surface 49 comme miroir.
Quand la surface 21 de l'échantillon est parallèle au plateau 48 et en contact physique avec lui, l'image de l'échantillon recouvre l'échantillon lui-même sur toute la face de ce dernier. Quand la surface plane 21 n'est pas parallèle au plateau conducteur 48, un espace peut être observé entre la surface 21 de l'échantillon et son image quand le miroir 49 du plateau 48 est vu sous un certain angle.
Une fois l'échantillon correctement mis en place, il est fixé et connecté électriquement par la mâchoire 23 des moyens de serrage 22, en tournant la vis 24. La boîte 55 est ensuite retirée de l'échantillon 20 par la vis de réglage 61 jusqu'à ce que la capacité entre l'échantillon 20 et le plateau conducteur 48 ait la valeur requise pour placer le micromètre au centre de son domaine de sensibilité, comme indiqué par le voltmètre à haute impédance 108. La boîte 55 est mise en place avec une précision de l'ordre de 2.10-6 cm. L'opération complète comprenant le réglage grossier de la position de la boîte au moyen desdits arrêts, l'abaissement, la mise en place et le serrage de l'échantillon, et la mise en place du micromètre en observant le zéro de tension peut être faite en moins d'une minute.
Cette mise en place de la boîte 55 décrite ci-dessus se fait aussi bien que pour la mesure d'une magnétostriction dynamique que pour celle d'une magnétostriction statique.
Pour la mesure d'une magnétostriction dynamique seule, la boîte 55 est mise en place comme décrit. L'histoire magnétique de l'échantillon est alors effacée, c'est-à-dire que l'échantillon est démagnétisé en fermant l'interrupteur 176 et en augmentant ensuite la valeur du courant magnétisant au-delà de la valeur de saturation du flux de l'échantillon, et en réduisant le courant graduellement avec l'autotransformateur 171. Le courant magnétisant est alors rétabli approximativement à la valeur voulue pour produire une densité de flux désirée.
La magnétisation uniforme est observée en contrôlant le champ magnétique avec les enroulements de prise 31, 32 et 33 et en tournant les commutateurs 214, 215, 216 et 217 du sélecteur, de manière que les combinaisons suivantes de contacts indiquent les mesures faites par les moyens indicateurs 212: les contacts 214b, 215b, 216b et 217b fournissent une tension proportionnelle à dB/dt dans l'enroulement 31; les contacts 214c, 215c, 21 6b et 217b fournissent une tension proportionnelle à dB/dt dans l'enroulement 32 ; les contacts 214d, 215d, 216b, et 217b fournissent une tension proportionnelle à dB/dt dans l'enroulement 33 ;
et les contacts 214e, 215e, 216b et 217b fournissent une tension proportionnelle à dB/dt dans les enroulements 31, 32 et 33 pris ensemble.
Les champs magnétiques parasites en courant continu sont compensés par la fermeture de l'interrupteur 209 et le réglage de l'autotransformateur 184. La densité de flux désirée est établie ensuite avec précision en faisant varier l'autotransformateur 171 en vue de la lecture dérivant des enroulements 31, 32 et 33. Le circuit micrométrique capacitif et le circuit intégrateur sont excités par la fermeture des interrupteurs 123 et 145.
La tension de signal de sortie fournie par le tube à vide 71 du circuit micrométrique, la tension mesurée aux bornes de la résistance 179, et la tension produite en envoyant les signaux depuis les enroulements 31, 32 et 33 sur le circuit intégrateur, sont ensuite conduites aux moyens indicateurs 212 par les commutateurs 216 et 217. En déplaçant les commutateurs selon les diverses combinaisons possibles des cinq positions représentées, les diverses tensions proportionnelles à la magnétostriction, à la densité de flux magnétique et à la force magnétisante peuvent être envoyées aux moyens indicateurs 212.
Diverses mesures indiquées ci-après sont assurées par les positions suivantes des contacts, en plus de celles décrites : les contacts 214a, 215a, 216a et 217a n'assurent aucune mesure, car ils constituent pour tous les commutateurs la position hors (comme précédemment décrit, les bras des interrupteurs 215 et 214 sont connectés respectivement à la terre commune et au contact 216b, de sorte que chaque fois que les commutateurs 216 et 217 sont en position hors , c'est-à-dire placés sur les contacts 21 6a et 21 7a respectivement, aucun signal n'est transmis aux moyens indicateurs 212);
les contacts 214e, 215e, 216c et 21 7c envoient aux moyens indicateurs 212, une tension proportionnelle à la densité du flux magnétique B dans l'échantillon 20 et une tension proportionnelle à la force magnétisante
H autour de cet échantillon ; les contacts 214e, 215e, 21 6d et 21 7d envoient auxdits moyens 212 une tension proportionnelle à la magnétostriction X de l'échantillon 20 et une tension proportionnelle à la force magnétisante H autour de cet échantillon ; et les contacts 214e, 215e, 216e et 217e envoient à ces moyens 212 une tension proportionnelle à la magnétostriction X de l'échantillon 20 et une tension proportionnelle à la densité du flux magnétique B dans cet échantillon.
Les commutateurs 214 et 215 décrits occupent une position de contact, puisque les autres positions de contact de ces commutateurs ne changent pas la nature de la quantité à mesurer, c'est-à-dire dB/dt, mais modifient simplement la position de la zone le long de l'échantillon, où la mesure est faite.
La tension de sortie du circuit micrométrique capacitif et les autres tensions de sortie du dispositif de mesure de la magnétostriction varient ordinairement de 0,01 à 10 volts au maximum en courant alternatif. Par consé
quent, tout instrument d'impédance élevée (d'un mégohm ou plus) qui est susceptible d'indiquer ou de mesurer les tensions maximums de cette grandeur, peut être utilisé comme moyens indicateurs 212. Un des dispositifs, indicateurs les plus utilisés comprend un oscilloscope à rayons cathodiques, qui permet d'indiquer au moins deux variables simultanément et fournit un graphique de l'une en fonction de l'autre chaque 60e de seconde (une tension étant portée en abscisse et une autre tension en ordonnée).
Après que la magnétostriction, la densité de flux et la force magnétisante de l'échantillon ont été mesurées, les divers interrupteurs des sources de courant sont ouverts, les moyens de serrage sont ouverts, et l'échantillon est enlevé de l'appareil. Un autre échantillon peut être inséré à sa place et les mesures répétées de la manière décrite ci-dessus.
Tous les circuits de commande et les circuits indicateurs pour les variables indiquées plus haut sont groupés de préférence ensemble sur un panneau de commande, de manière que l'opérateur puisse rapidement insérer l'échantillon, fixer son histoire magnétique, établir la densité de flux magnétique et la force magnétisante, régler la compensation du champ magnétique terrestre ou d'autres champs magnétiques, et choisir les variables qui doivent être envoyées aux moyens indicateurs.
Pour éliminer les effets des tensions induites dans les éléments de circuit par un champ magnétique variable, le tube à vide 71 est protégé par la boîte 55 (indiquée en lignes pointillées à la fig. 10), et les enroulements dans le circuit micrométrique sont formés de deux sections identiques, additives par induction mutuelle dans leurs propres champs magnétiques, mais connectées de manière que les tensions induites dans les enroulements par des champs magnétiques extérieurs soient annulées par opposition de phase.
Pour la clarté du dessin, l'échantillon 20 est représenté schématiquement à la fig. 10 avec son extrémité proche du plateau conducteur 48 connectée à la terre commune. Dans le dispositif réel cependant, c'est l'extrémité de l'échantillon 20 éloignée de celle qui forme le condensateur variable 50 qui est connectée à la terre.
La tension zéro du voltmètre 108 est utilisée aussi pour indiquer l'espacement propre entre l'échantillon 20 et le plateau conducteur 48, puisqu'au cours des mesures la tempé rature de l'échantillon peut changer et que ce dernier peut se contracter ou se dilater, ce qui modifie l'espace échantillon-plateau formant le condensateur 50. Cet effort thermique sur l'échantillon se produit à une vitesse lente comparée à l'effort de magnétostriction qui s'exerce à raison de 120 cycles/sec., sous l'action d'une magnétisation à 60 cycles/sec. L'effort thermique se manifeste seulement par un déplacement du niveau moyen à courant continu de la tension de sortie du micromètre. Tout déplacement de ce genre peut être rapidement compensé en réajustant la position de la sorte pour avoir une tension zéro au voltmètre à haute impédance 108.
Tout le circuit micrométrique est étalonné d'un bloc en remplaçant les moyens de serrage fixes 22 par une pince fixée à un micromètre mécanique d'un type usuel, de manière que la pince soit susceptible de se déplacer verticalement et que son mouvement soit enregistré par le micromètre. Tous les procédés pour mettre en place l'échantillon et établir la position du circuit micrométrique capacitif sont les mêmes pour l'étalonnage et pour l'opération, le seul changement résidant dans la substitution de la pince aux moyens de serrage.
L'échantillon est ainsi entrainé par le micromètre mécanique pour augmenter ou diminuer, de quantités connues, la distance entre la surface plane 21 de l'échantillon 20 et le plateau conducteur 48 du circuit micrométrique, et la tension de sortie du circuit micrométrique est enregistrée pour chaque changement de distance. Dans un dispositif particulier, la région linéaire de la courbe d'étalonnage totale a donné un déplacement total de l'échantillon correspondant à + 200 millimicrons/cm et un changement de tension total de 40 volts, ce qui donne un facteur d'étalonnage égal à un volt par 10 millimicrons/cm. La sensibilité, déterminée par le facteur d'étalonnage, peut être modifiée en faisant varier la fréquence fixee de la tension sinusoidale de la source dans le circuit oscillant.
Cette modification est effectuée en changeant la capacité des condensateurs 81 et 82 par manipulation des axes de commande 104 et 105 respectivement. La sensibilité atteinte en utilisant des déplacements linéaires statiques est la même que celle atteinte en utilisant des déplacements linéaires périodiques. Par conséquent, la sensibilité obtenue par l'étalonnage décrit ci-dessus s'applique aussi bien à la mesure de la magnétostriction statique qu'à celle de la magnétostriction dynamique.
Le tableau suivant donne, à titre d'exemple, des indications pratiques sur les divers éléments du circuit:
Elément Valeur ou Type
Tubes à vide 71 convertisseur- octode
120, 143 redresseur à deux alternances
137, 138, 162, 163 régulateur de tension à 150 volts
220 double triode à coefficient d'amplification élevé
Résistances 86 50 KQ
90 150 KQ
94 100 KQ
96 62 KQ
103, 177, 204, 206, 229 240 KQ
110 30 KQ
111, 227 10 KQ
112 20 KQ
140, 164 5 KQ
179 0,5 Q
222 1 mégohm
230 2500 Q
Condensateurs 81 0,5 - 12 stFtf
82 1, 3,
0 ststf
85 1000 stFtf
89 25 stf
93 0,05 stf
97 0,1 stf
98, 100 75 IAtf
117 40 llf
134, 159 20 ptf
135, 160 40 Ftf
191 3000 stf
202 500 stf
226 1 Ftf
Self de choc 99 5 mH
133, 158, 190, 192 10 mH