Dispositif électrique destiné à transformer une grandeur physique en une grandeur électrique au moins La présente invention a pour objet un dispositif électrique destiné à transformer une grandeur phy sique en une grandeur électrique au moins et com portant un réseau à plusieurs branches pourvu d'une paire de bornes d'entrée et d'une paire de bornes de sortie, des moyens pour appliquer une tension alter native aux bornes d'entrée, et un circuit de sortie de mesure alimenté en tension continue à partir des bornes de sortie et indiquant une quantité fonction de ladite tension continue aux bornes de sortie.
Il est de pratique courante d'utiliser des ponts à courant alternatif comme moyens auxiliaires pour la mesure de nombreuses grandeurs physiques telles que déplacements, forces, épaisseurs, variations de constantes diélectriques, de perméabilités magnéti ques, etc. Généralement, on monte sur l'une ou plu sieurs des branches d'un pont un transducteur dont l'impédance varie en réponse à un signal. Par exem ple, le transducteur peut être constitué par un con densateur à plaques parallèles dont l'écart est varia ble en fonction d'une force mécanique, ce qui déter mine une variation de la capacité du condensateur et, par suite provoque un déséquilibrage du pont.
Généralement, on connaît deux procédés pour me surer le déséquilibre d'un pont ; ou bien on rétablit l'équilibre dudit pont en faisant varier les impédan ces des autres branches du pont, ou bien on mesure ou enregistre la tension de sortie déterminée par le déséquilibre, tension qui constitue une mesure de la variation d'impédance.
Cependant, dans les deux cas, on se heurte à des difficultés dues au fait que l'appa reil de mesure de la tension de sortie précitée, qui peut être constitué par un instrument de mesure à courant continu, muni d'un redresseur, possède gé néralement une caractéristique non linéaire telle que sa sensibilité, exprimée par la pente de la caractéristi- que, atteint sa plus faible valeur au voisinage du point d'équilibre du pont, cette sensibilité étant d'au tant plus grande que le déséquilibre du pont est plus prononcé.
Lorsqu'on utilise le pont à l'état d'équilibre, il est difficile de déterminer avec préci sion le point d'équilibre et l'on ne peut guère se ser vir de méthodes d'interpolation pour définir la posi tion précise de ce point. Lorsque, par contre, on utilise le pont à l'état déséquilibré, il existe une cor rélation non linéaire entre la variation de l'impé dance, par exemple de la capacité du transducteur, et l'indication de l'instrument de mesure de la ten sion de sortie ou analogue ; une telle condition est indésirable ou même inadmissible dans le cas de bon nombre l'applications pratiques.
Cette difficulté est bien connue des spécialistes et de nombreuses solutions à ce problème ont été proposées au cours des dernières années. On a pro posé, par exemple, un pont dans lequel les tensions alternatives aux bornes des impédances des deux bras du pont sont, après redressement (par exemple par deux triodes), et le cas échéant après amplifica tion, comparées au moyen d'un instrument de mesure ou analogue. Cet instrument de mesure indique zéro lorsque les deux tensions continues sont éga les, tandis qu'une déviation positive ou négative de l'instrument est obtenue lorsque l'une de ces ten sions est supérieure à l'autre.
Plus récemment, on a développé, à cette même fin, des dispositifs détec teurs équilibrés similaires comportant des transistors. Ces montages connus présentent une particularité commune, à savoir:
le pont est constitué par quatre impédances à variations linéaires, et les impédances d'entrée des organes redresseurs à caractéristiques non linéaires sont élevées par rapport aux impédan ces des organes à caractéristiques linéaires auxquels lesdits organes redresseurs sont reliés, de sorte que les courants traversant les différentes parties du pont sont déterminés par la valeur des impédances à va riations linéaires et ne sont pratiquement pas influen cés par les organes redresseurs à caractéristiques non linéaires eux-mêmes.
Le dispositif selon l'invention, qui tend à ré duire ces inconvénients, est caractérisé par une pre mière paire de branches adjacentes du réseau reliées chacune à une au moins des bornes d'entrée et con tenant chacune un organe redresseur à caractéristi que non linéaire, par une seconde paire de branches adjacentes opposées aux branches de ladite première paire et reliée à celle-ci et contenant chacune une impédance sensiblement linéaire, des moyens permet tant de varier l'impédance d'au moins une des bran ches à impédance linéaire en fonction d'une grandeur physique.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemple non limitatif, diverses formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 représente le schéma de base d'un pont que comprend la première desdites formes d7exécu- tion.
La fig. 2 représente schématiquement une réali sation pratique du pont selon la fig. 1, pont com portant des capacités variables.
La fig. 3 est un graphique représentant la carac téristique d'équilibrage des ponts selon les fig. 1 et 2. La fig. 4 est un schéma d'une variante du pont selon la fig. 2.
La fig. 5 représente encore un autre pont avec mise à la masse.
On voit sur la fig. 1 deux impédances à varia tions linéaires 25 et 26 et deux organes redresseurs à caractéristiques non linéaires 27 et 28 branchés de manière à constituer, respectivement, des bran ches adjacentes d'un pont. Les bornes d'une source 29 de courant alternatif sont reliées aux bornes d'en trée 31 et 32 du pont et un instrument de mesure à courant continu, ou un dispositif indicateur analogue 30, est relié aux bornes de sortie 33 et 34 du pont.
Le terme de source de courant alternatif ne dési gne pas seulement ici des générateurs de courants sinusoidaux, ou des oscillateurs, mais également des générateurs ou analogues, produisant des impulsions rectangulaires ou d'autres impulsions ; par ailleurs, le terme dispositif indicateur ou dispositif dé tecteur et la représentation schématique de l'instru ment de mesure doivent être considérés ici comme s'appliquant à n'importe quel montage ou dispositif indicateur, enregistreur ou de réglage.
Au moins l'une des impédances à variations li néaires 25 et 26 de la fig. 1 est variable, par exem ple, en réponse à un signal, comme cela sera décrit plus loin. A l'état d'équilibre parfait, l'impédance 25 étant égale à l'impédance 26, les caractéristiques des redresseurs 27 et 28 étant les mêmes, l'instrument indicateur 30 n'indique aucun courant; par contre, lorsqu'on fait varier l'une des deux impédances 25 et 26, l'instrument 30 subit une déviation positive ou négative.
On a constaté qu'une disposition de ce genre n'est pas seulement bien plus simple et au moins aussi stable que les montages connus à pont comportant des organes redresseurs mais qu'elle pré sente en outre un certain nombre d'avantages techni ques qui seront exposés ci-après de façon plus dé taillée. De plus, les différentes variantes de ce mon tage de base présentent des avantages que n'offrent pas les montages connus, comme cela sera également montré plus loin.
Une réalisation pratique du pont selon la fig. 1 est représentée à la fig. 2. Le pont selon la fig. 2 comporte deux branches adjacentes munies de con densateurs 40 et 41 et deux autres branches adjacen tes munies de diodes 42 et 43. Les bornes d'une source 44 de courant alternatif sont reliées aux bor nes d'entrée 31, 32 du pont et un instrument de mesure à courant continu, ou un dispositif indicateur analogue 45 est branché sur les bornes de sortie 33, 34.
La caractéristique définie par la déviation de l'instrument de mesure ou analogue 45 en réponse aux variations de l'une des capacités 40, 41, est représentée à la fig. 3 ; la déviation de l'instrument de mesure est représentée sur l'axe des ordonnées, et la capacité sur celui des abscisses. On a constaté expérimentalement que la caractéristique présente la pente la plus accentuée au point d'équilibre E ;ceci montre que la sensibilité au point d'équilibre est très élevée.
De plus, la caractéristique est linéaire au voi sinage de ce point d'équilibre si bien que toute varia tion de la capacité de l'un ou l'autre des condensa teurs 40 et 41 détermine une déviation correspon dante linéaire de l'instrument de mesure.
Le montage selon les fig. 1 et 2 est en principe satisfaisant mais certains perfectionnements sont né cessaires si l'on désire obtenir une réponse optimum. L'instrument de mesure ou analogue 30 ou 45 doit, de préférence, être constitué par un dispositif à im pédance d'entrée élevée, par exemple, par un volt mètre électronique ou par un voltmètre à transistor à impédance d'entrée élevée. Etant donné qu'un cou rant continu doit être appliqué à cet instrument de mesure, il est évident que ce courant doit également traverser l'impédance interne du pont considérée comme un réseau à quatre bornes.
Un tel courant ne peut cependant pas traverser les capacités 40 et 41 (fig. 2) et il est obligé de passer à travers les diodes redresseuses 42 et 43 à caractéristiques non linéaires. Etant donné que ces diodes 42, 43 sont branchées en opposition, comme le montre la figure, elles ne peuvent être traversées par un courant que si la résistance inverse de ces diodes est suffisam ment faible ou si des résistances ou analogues sont branchées en parallèle sur lesdites diodes.
Cette der nière disposition ressort de la fig. 4 sur laquelle on voit des diodes 52, 53 montées en opposition dans les branches adjacentes inférieures du pont ; sur cha cune de ces diodes est branchée en parallèle une ré sistance 54 ou 55. Les branches adjacentes supérieu- res du pont sont munies chacune d'un condensateur 50, 51 dont un au moins, par exemple le condensa teur 50, est variable ; la capacité de ce condensateur peut varier, par exemple, en réponse à un signal extérieur, ainsi que cela est indiqué schématiquement par la liaison aboutissant au condensateur 50 et re présentée par un trait pointillé.
La source de cou rant alternatif 56 est reliée aux bornes d'entrée 58 et 59 constituées par les points de connexion supé rieur et inférieur, respectivement, du pont et l'instru ment de mesure ou dispositif analogue 57 est relié aux bornes de sortie constituées par les points de connexion latéraux du pont. Les résistances 54 et 55 permettent de corriger facilement toute différence entre les caractéristiques des diodes 52 et 53. Il est évident qu'au lieu des résistances 54 et 55, on peut utiliser d'autres organes permettant le passage d'un courant continu, tels que des bobines d'induction ou d'autres organes ou montages à caractéristiques non linéaires, ou encore des combinaisons d'organes ou de montages à caractéristiques linéaires et d'organes ou de montages à caractéristiques non linéaires.
Dans certaines applications, les montages repré sentés aux fig. 2 et 4 peuvent présenter certains inconvénients. En effet, on ne peut mettre à la masse que, soit l'instrument de mesure du pont, soit la source de courant alternatif, la mise à la masse si multanée de l'instrument de mesure et de la source étant exclue. (Le terme de mise à la masse tel qu'il est employé ici, ne vise pas seulement la mise à la masse ou mise à la terre proprement dite, mais également à tout autre potentiel de référence).
Ceci est un inconvénient considérable pour n'importe quel type de pont et on connaît un certain nombre d'ex pédients permettant de surmonter cette difficulté ; un de ces expédients consiste à utiliser une source de courant dont aucune borne n'est mise à la masse mais qui fournit un potentiel symétrique par rapport à la masse et à mettre l'une des bornes du dispositif indicateur à la masse.
Une autre disposition permettant la mise à la masse simultanée de la source de courant, des capa cités de mesure et du dispositif indicateur ou détec teur est illustrée à la fig. 5. Une borne d'une source 60 de courant alternatif (à savoir la borne supérieure sur le dessin) est reliée à un point intermédiaire P situé entre deux capacités 61, 62, ledit point inter médiaire étant mis à la masse et constituant une des bornes d'entrée, l'autre borne d'entrée étant dési gnée par 68. Les bornes de sortie sont désignées par 69 et 70. Une des capacités 61, 62 ou les deux capa cités peuvent être variables.
Dans une disposition fréquemment utilisée, l'agencement est tel que la capacité du condensateur 62 diminue lorsqu'on aug mente celle du condensateur 61 et vice versa, ces condensateurs étant constitués par un condensateur différentiel dans lequel la plaque centrale est mise à la masse en P. L'autre borne (c'est-à-dire la borne inférieure) de la source 60 est reliée aux diodes 63 et 64, et les bornes de sortie 69 et 70 sont reliées par l'intermédiaire de résistances 65 et 66 respecti vement constituant un diviseur de tension à l'instru ment de mesure 67, qui indique une quantité fonc tion de la tension continue à ces bornes de sortie. L'instrument 67 peut de nouveau être constitué par un instrument à impédance d'entrée élevée tel qu'un voltmètre électronique ou un voltmètre à transistor à impédance d'entrée élevée.
Un tel dispositif est particulièrement avantageux dans tous les cas où le. potentiel entre le dispositif transducteur et la masse doit être nul et où l'un des pôles de la source aussi bien que l'une des bor nes du dispositif indicateur ou détecteur doivent être mis à la masse. Toute inégalité entre les caracté ristiques des diodes 63 et 64 peut être compensée dans ce cas par un choix adéquat des valeurs relati ves des résistances 65 et 66, comme cela a été dit ci-dessus. Dans la pratique, des montages de ce genre, comportant des diodes 63, 64 à semi-conduc teurs, au germanium, au silicium, ou sélénium, à l'oxyde de cuivre, ou des diodes à vide poussé, ont donné des résultats satisfaisants, même lorsque lesdi tes diodes 63, 64 présentaient des caractéristiques différentes.
Le dispositif selon la fig. 5 présente une stabilité surprenante et l'on n'a constaté que très peu de glissement dans des montages de ce genre.
En outre, dans les montages décrits les constan tes de temps de l'ensemble branche capacitive - cir cuit de sortie 5> (par exemple, le produit de la capa cité 40 à la fig. 2 et de la résistance du dispositif indicateur 45), ne sont pas très élevées par compa raison avec la période du courant fourni par la source ; ces constantes de temps peuvent être du même ordre de grandeur que cette période, tout en étant légèrement supérieures à celle-ci.