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Perfectionnements aux appareils de mesure électriques à plu- sieurs échelons.
Cette invention concerne des perfectionnements ap- portés aux appareils de mesure électriques à plusieurs éche.- lons, et son but principal est de fournir un appareil simple et efficace permettant la mesure aisée et rapide d'une grande gamme de valeurs d'intensité et de tension de courants alter- natifs. Etant donné qu'il est intéressant de pouvoir mesurer au moyen du même appareil les valeurs d'intensité et de ten- sion des courants continus, et éventuellement aussi des résis- lances, un autre but de la présente invention est de procurer
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un appareil de mesure électrique ne comportant qu'un seul indicateur qui puisse mesurer divers échelons de tension et d'intensité de courants, ces mesures pouvant s'effectuer en courant alternatif ou en courant continu, et qui pouvant aussi être utilisé pour la mesure des résistances.
Suivant la présente invention l'appareil de mesure est pourvu d'un redresseur pour le redressement des courants alternatifs à mesurer, ce redresseur étant de préférence un redresseur des deux demi-ondes, et les courants alternatifs à mesurer sont amenés à ce redresseur par un transformateur.
Il serait très avantageux d'avoir un appareil de mesure à plusieurs échelons dont l'indicateur ait la même forme d'échelle graduée pour les divers échelons les divi- sions de l'échelle pouvant alors être indiquées par des chiffres arbitraires à multiplier par une constante dépen- dant de l'échelon employé. L'obtention d'un appareil de me- sure à plusieurs échelons ayant la même forme d'échelle gra- duée pour tous les échelons, ne présente pas de difficultés pour les appareils destinés au courant continu, car le pro- blème de l'adaptation de l'appareil pour les lectures aux divers échelons est résolu simplement en intercalant des résistances appropriés en shunt et en série dans le circuit de l'indicateur.
Une réalisation très commode d'un appareil de mesure électrique à plusieurs échelons pouvant mesurer di- verses gammes de tension et d'intensité de courants et pou- vant aussi fournir une mesure directe des résistances au moyen d'un seul instrument à bobine mobile, est décrite dans le brevet belge n .310.693. La même forme de l'échelle gra- duée pour les lectures de tensions et d'intensités est réa- lisée dans cet appareil, et il faut donc simplement placer le commutateur dans la position correspondant à l'échelon appro-
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prié, et multiplier ensuite la lecture donnée par l'ai- guille par la constante caractéristique de l'échelon em- ployé. Mais par contre il n'est plus aussi simple d'obtenir la même forme d'échelle graduée pour les appareils de mesure employés dans les circuits à courants alternatifs.
Cela pro- vient du fait que la courbe des volts redressés en fonction des volts appliqués au redresseur, plus spécialement à un redresseur métallique, n'est pas une ligne droite dans le cas de tensions faibles. Notamment, les redresseurs métal- liques couramment fabriqués et employés actuellement exigent l'application de différences de potentiel d'au moins un demi-volt avant de commencer à redresser.
Cette caractéris- tique n'intervient pas lorsque l'appareil fonctionne sur des échelons donnant une déviation maximum de l'ordre de 120 ou de 1800 volts sur l'échelle, mais elle est d'un effet notable lorsque l'appareil fonctionne sur un échelon de faibles ten- sions pour lequel la déviation maximum serait de 1,2 volts par exemple, et elle empêche d'employer la même forme d'é- chelle graduée pour tous les échelons, à moins de prendre des précautions spéciales. Un appareil de mesure à plusieurs échelons muni d'un grand nombre d'échelles graduées prête à confusion et est nettement désavantageux.
Suivant la présen- te invention cet inconvénient est évité au moyen d'un trans- formateur amenant au redresseur les courants alternatifs à mesurer, de telle manière que le courant secondaire sortant fourni au redresseur soit constant pour une fraction donnée quelconque de la valeur maximum de l'échelle graduée de base, à chaque échelon donné.
La fourniture du courant au redresseur au moyen d'un ntransformateur présente encore l'avantage de permettre d'em-
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ployer l'instrument pour mesurer la valeur d'un courant al- ternatif superposé à un courant constant ou continu, car à la condition de ne pas atteindre le courant de saturation, la composante alternative seule sera transformée par le trans- formateur et mesurée par l'appareil.
Pour permettre une compréhension plus aisée et une exécution plus facile de l'invention, on la décrira en se référant aux dessins annexés qui représentent à titre d'exem- ple non limitatif une réalisation commode de l'invention ap- pliauée à un appareil de mesure à plusieurs échelons pour courants alternatifs et continus. Sur ces dessins:
La fig. 1 est une vue de face de l'appareil complet.
La fig. 2 est une vue de dos du même appareil avec son couvercle extérieur enlevé.
La fig. 3 est une vue en plan de l'appareil toujours sans son couvercle extérieur, et
La fig. 4 est une vue de détail montrant le fonction- nement de certains commutateurs, et
La Fig. 5 est une vue indiquant le fonctionnement d'autres commutateurs.
La Fig. 6 est un schéma des circuits d'un appareil de mesure à plusieurs échelons pour courants alternatifs sui- vant la présente invention, et
La fige 7 est un schéma des circuits de l'appareil représenté sur les figures 1 à 3.
En se référant en premier lieu à la Fig. 6 des des- sins annexés qui montre la partie à courant alternatif de l'appareil de mesure représenté sur ces dessins, on y voit un appareil conçu pour la mesure de quatre échelons de ten- sions alternatives (par exemple 1200 volts, 120 volts, 12 volts et 1,2 volts pour la déviation maximum à chaque échelon)
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et de trois échelons de courants alternatifs(par exemple 12 amp. 1,2 amp. et 0,12 amp. pour la déviation maximum à cha- que échelon). L'appareil est muni d'un commutateur a à sept contacts al, a2, a3, a4, a5, a6 et a7, dont chacun corres- pond à un échelon, le bras a8 du commutateur relié à l'une (b) des bornes d'entrée b et c de l'appareil de mesure étant agencé de manière à pouvoir être mis en contact avec l'un ou l'autre des plots al à a7.
L'indicateur ou équipage à bo- bine mobile d est connecté dans la diagonale d'un redresseur métallique e des deux demi-ondes disposé en pont et relié de la manière connue à l'enroulement secondaire f d'un trans- formateur fl. Une des extrémités de l'enroulement secondaire f est connectée à une des extrémités de l'enroulement primai- re, reliée elle à son tour à l'autre borne d'entrée c de l'appareil de mesure. Une des connexions entre le redresseur e et l'enroulement secondaire, de préférence celle entre le redresseur, et l'extrémité du secondaire non connectée direc- tement à l'enroulement primaire f2, comprend une résistance g pouvant être court-circuitée par un interrupteur h pour des raisons exposées ci-après.
L'enroulement primaire f2 du transformateur f1 a
2000 tours par exemple et comporte des branchements dérivés aux endroits correspondants aux nombres de tours suivants à partir de l'extrémité du primaire connectée au secondaire (qui a 1680 tours par exemple) : - 1, 10, 100 et 130, ces dérivations étants reliées respectivement aux plots de con- tacts a5, a6, a7 et (en passant par une résistance) au plot a4 du commutateur, ces plots correspondant respectivement aux échelons de 12 amp., de 1,2 amp., de 0,12 amp., et de
1,2 volts. Le contact a3 du commutateur pour l'échelon de
12 volts est connecté au branchement de 130 tours du pri- | maire f2 par une résistance , de 130 ohms par exemple.
L'au-
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tre extrémité du primaire est reliée au contact al de 1200 volts du commutateur en passant par une résistance j1 non- inductive de préférence portant la résistance du circuit à 200. 000 ohms par exemple, et le contact a2 de 120 volts du commutateur est connecté à un branchementsur cette résis- tance tel que l'impédance totale du circuit soit environ 20. 000 ohms, ou un peu moins.
L'interrupteur de court-circuit h shuntant la résis- tance g intercalée entre le secondaire f et le redresseur e est accouplé au commutateur principal a ou monté sur celui-ci de manière à court-circuiter cette résistance constamment, sauf lorsque le commutateur est en position pour l'échelon de 1,2 volts.
Le transformateur fonctionne comme transformateur de courant, et un courant secondaire et une lecture de l'aiguil- le bien définis correspondent à chaque valeur des ampères- tours primaires.
Lorsqu'on désire faire la lecture d'une différence de potentiel, on relie les connexions du circuit aux bornes d'entrée de l'appareil de mesure et on place le commutateur a sur l'échelon approprié. On suppose en premier lieu qu'il est placé sur l'échelon de 1200 volts, c'est-à-dire au plot al. Le courant circule alors à travers toute la résistance j1 et à travers tout le primaire f2. La résistance j1 en sé- rie avec le primaire f2 sert non seulement à limiter le courant circulant à travers l'enroulement primaire, mais aussi à amortir l'effet de la réactance de l'ensemble du transformateur sur l'impédance totale de l'appareil.
Il en résulte que les lectures seront sensiblement indépendantes de la fréquence d'alimentation, pour un transformateur bien conçu, aussi longtemps qu'il s'agit d'une fréquence indus-
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trielle ordinaire et pas d'une fréquence acoustique ou radio- électrique. Le courant circulant à travers le primaire se transforme en un courant circulant à travers le secondaire, et le rapport de transformation est choisi de façon que pour cet échelon comme pour les échelons de 120 volts, 12 volts et 1,2 volts, le courant circulant dans l'enroulement secondaire pour ces déviations maximum corresponde après rectification au courant nécessaire pour obtenir une déviation de l'indi- cateur à bobine mobile correspondant à toute l'échelle gra- duée.
Si .on suppose qu'il faut un courant de 6 millampères pour faire dévier au maximum l'indicateur, le courant circu- lant dans l'enroulement secondaire devrait valoir ce courant multiplié par le facteur de forme (1, 11 en admettant une onde sinusoïdale) c'est-à-dire 6,66 millampères.
Aux échelons de 1200 volts et de 120 volts les nom- bres de tours du primaire et du secondaire sont comparables et l'effet de la différence de potentiel secondaire est amor- ti du côté primaire par la grande résistance en série. Le courant et les ampères-tours primaires seront donc propor- tionnels à la tension appliquée.
A l'échelon de 120 volts, c'est-à-dire pour le plot a2, la source est branchée à la résistance j1, au point j2, en série avec l'enroulement primaire f2 et le courant circule aussi à travers tout l'enroulement primaire. L'impé- dance totale de l'appareil à cet échelon est réglée au dixième de l'impédance pour l'échelon de 1200 volts de maniè- re à faire circuler dans le circuit primaire le même courant que pour le cas précédent et à le transformer comme pécédem- ment dans le circuit secondaire f (6,66 milliampères dans le cas supposé). Puisque le courant primaire reste proportion- nel aux volts appliqués la même forme d'échelle graduée con- @
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vient pour ces deux échelons.
La connexion de l'enroulement primaire pour l'éche- lon de 12 volts, c'est-à-dire pour le plot a3, comprend beau- coup moins de tours pour les mesures à cet échelon que pour les échelons de tensions plus élevées. La résistance j inter- calée dans le circuit suffit encore pour amortir l'effet ré- duit de la réactance de la partie employée du transformateur par rapport à l'impédance totale de l'appareil, et cet éche- lon sera donc aussi sensiblement indépendant de la fréquence d'alimentation. L'effet réduit de la force électromotrice se- condaire sur le côté primaire est également amorti par la ré- sistance primaire relativement élevée, et de cette manière le courant primaire et les ampères-tours sont encore proportion- nels au voltage appliqué.
Puisque le nombre de tours de la partie employée de l'enroulement primaire est beaucoup moin- dre, il sera nécessaire de faire passer un plus grand courant dans le primaire. Le courant qui passe est pourtant choisi de manière à maintenir la même valeur de la constante des am- pères tours que pour les échelons précédemment mentionnés, de manière à obtenir de nouveau un courant secondaire de 6,66 milliampères pour la déviation maximum admise de l'indicateur, et la même réduction proportionnelle de la déviation pour des valeurs inférieures à 12 volts que celle des autres échelons considérés.
Cette disposition donnera donc encore la même forme d'échelle graduée pour l'échelon de 12 volts, Tandis que le transformateur fonctionnait en élévateur de tension pour les échelons de 1200 volts et de 120 volts, il agit comme réducteur pour l'échelon de 12 volts à cause du nombre de tours relativement petit compris dans la partie en circuit de l'enroulement primaire.
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Pour l'échelon de'1,2 volts la source est connectée du plot a4 au branchement de 130 tours de l'enroulement pri- maire en passant par une petite résistance j3 de 0,5 ohms par exemple, comme on l'a décrit, car il importe de maintenir la chute de tension IR primaire faible ce qui s'obtient dans un transformateur de faibles dimensions en réduisant le nom- bre de tours primaires, quoique l'avantage qui en résulte soit partiellement contre-balancé par l'augmentation de la consommation de courant du primaire.
Le courant secondaire de déviation maximum de 6,66 milliampères circule à travers une résistance g de 700 ohms environ et par le redresseur e, par conséquent le secondaire du transformateur doit fournir environ 6 volts à cet échelon, ce qui correspond à environ un demi-volt au primaire à la sui- te du rapport élévateur primaire-secondaire du transformateur.
Comme la différence de potentiel aux bornes à courants alternatifs du redresseur varie d'un demi-volt à un volt entre un douzième de la charge et la pleine charge, les différences de potentiel secondaires et primaires doivent varier pour cette raison et empêcher l'emploi de la même forme d'échelle graduée à moins de pouvoir éliminer cet effet non- linéaire.
Ce résultat est obtenu en faisant passer le courant secondaire par la résistance g de manière à le rendre sensi- blement proportionnel au voltage secondaire. La petite résis- tance j3 sert à ajuster la chute de tension primaire IR qui ajoutée à celle mentionnée dans le secondaire, doit réaliser l'effet voulu.
Comme précédemment le nombre de tours primaires et la résistance secondaire ajoutée sont choisis pour donner la déviation maximum pour 1,2 volts et la même forme de gradua- # -
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tion que pour le: autres échelons. On prévoit donc à cet effet la résista.nce g dans la connexion secondaire spécifié précé- demment, et l'interrupteur de court circuit h de cette résis- tance fermé de manière à court-circuiter la résistance g pour tous les échelons sauf pour celui de 1,2 volts. Quand le commutateur principal a est placé sur l'échelon de 1,2 volts, c'est-à-dire sur le plot a4, l'interrupteur h est ou- vert et la résistance g est intercalée dans le circuit.
On a donc la même forme d'échelle graduée pour tous les échelons de tension et il suffit donc d'indiquer des chiffres arbitraires sur l'échelle graduée k (Fig. 1) et de multiplier ceux-ci par la constante caractéristique de l'é- chelon auquel se fait la mesure.
La même échelle peut également s'employer pour les lectures de courants et les branchements reliés aux plots a5, a6 et a7 pour les lectures de courants sont disposés de manière à obtenir le même nombre d'ampères-tours pour la dé- viation maximum à tous les échelons. Un courant de 6,66 milli- ampères circule donc dans le circuit secondaire pour la dé- viation maximum, permettant d'employer la même forme d'échel- le graduée.
Le transformateur fonctionne comme transformateur de courant et les légères variations de l'impédance et de la force électromotrice secondaire en fonction de la fréquence n'ont pas d'effet appréciable pour les mesures de courants.
On voit donc que l'appareil décrit ci-dessus peut desservir un grand nombre d'échelons d'intensité et de ten- sion de courants alternatifs, et qu'il est en outre d'un em- ploi et d'une lecture aisée, ne présentant pas la confusion résultant d'une multiplicité d'échelles graduées.
Les valeurs des diverses résistances et branchements au primaire du transformateur indiquées ci-dessus ne sont nullement limitatives et ont uniquement été données à titre
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d'exemple pour un instrument, et avec l'intention de simpli- fier l'explication de la présente invention. Ces valeurs seraient évidemment changées pour convenir à d'autres indica- teurs ou mesureurs à bobine mobile ou à d'autres échelons de tension et d'intensité de courants suivant les besoins.
Puisque plusieurs des parties constitutives pour la mesure des tensions et intensités de courant alternatif ou de courant continu sont communes à ces deux genres de me- sures le mesureur décrit ci-dessus peut aisément être com- biné avec l'appareil requis pour les mesures de courant con- tinu. Un tel appareil est montré sur les figures 1 à 3 des dessins annexés et le schéma de son circuit est donné par la figure 7. On a employé les mêmes lettres pour désigner les parties communes aux figures 6 et 7. La gamme mesurée en cou- rant continu peut être plus étendue et peut comprendre par exemple les échelons de tension et d'intensité suivants : 1200 volts, 120 volts, 12 volts, 1,2 volts et 0,12 volts et 12 amp. 1,2 amp., 0,12 amp. et 12 milli-ampères.
Un appareil de mesure combiné pour courants alternatifs et pour courants continus possède outre le commutateur pour les changements d'échelons de courant alternatif a mentionné ci-dessus, un commutateur 1 pour les changements d'échelons de courant con- tinu d'une construction analogue au commutateur à courant alternatif all et muni de plots 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 et 19 respectivement pour chacun des échelons mentionnés et d'un bras 110 pour fermer ces contacts.
On peut employer des bornes d'entrée communes b et c, et dans ce cas une des bornes d'entrée b est connectée à un plot supplémentaire a9 du commutateur des échelons de courant alternatif désigné par Lectures D.C." (c'est-à-dire en courant continu) au lieu d'être reliée au bras a8 de ce commutateur a, et cette même
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borne b est aussi connectée à un contact supplémentaire 111 du commutateur des échelons de courant continu désigné par "Lectures A.C." (c'est-à-dire en courant alternatif). Les deux bras a8 et 110 des commutateurs sont ensuite reliés élec- triquement et on'voit donc que les lectures en C.C. (courant continu) ne peuvent s'obtenir que quand le commutateur des échelons de C. A.
(courant alternatif) est placé dans la po- sition dite "Lectures D.C." et correspondant, au plot a9, et que les lectures en C.A. ne peuvent s'obtenir que quand le commutateur des échelles de C.C. 1 est placé dans la posi- tion dite "lectures A.C." correspondant au plat 111. Le transformateur et le redresseur sont inutiles pour les lec- tures en C.
C. et le commutateur de changement des échelons de C.A. est donc muni de certains commutateurs supplémen- taires m, n et o de préférence actionnés par une came sur l'arbre du commutateur a, comme décrit plus bas, et servant premièrement à déconnecter le redresseur du transformateur, deuxièmement à déconnecter l'indicateur à bobine mobile d du redresseur e et troisièmement à connecter en série avec l'indicateur à bobine mobile, la résistance en série avec le primaire du transformateur.
Dispositifs de Commutation pour passer des Mesures de C. A. aux mesures de C.C.
Comme on l'a dit ces dispositifs comprennent les commutateurs m, n et o. Les commutateurs m et n sont dispo- sés l'un au-dessus, et l'autre au-dessous de l'arbre a10 du commutateur à C. A. (voir à la figure 4), et chacun d'eux comporte quatre lames ml, m2, m3 et m4 et n1, n2, n3 et n4
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une lame (m3 et n3) de chacune de ces séries étant prolongée de manière à venir en prise au moment voulu de la rotation du commutateur à C.A. a avec les saillies all d'une came sur l'arbre a10 du commutateur à C.A. Les deux commutateurs m et n sont identiques et disposés de telle manière que lorsque les lames de contact m3 et n3 ne sont pas en prise avec les saillies all de la came, les lames de contact ml et m2 sont électriquement connectées ainsi que les lames de contact m3 et m4.
Par contre quand la saillie de la came est en prise avec la lame m3 les connexions entre ml et m2, et entre m3 et m4 sont rompues (voir figures 4) et la lame m3 est déplacée pour venir en contact avec la lame ml. Le commutateur n fonc- tionne de la même manière, et la position des saillies a" de la came sur l'arbre a10 est choisie pour ne déplacer les la- mes a3 et n3 que lorsque le commutateur à C.A. a est mis à la position de "Lectures D.C.", c'est-à-dire quand l'appareil de mesure est réglé pour des mesures en C. C. Les commutateurs m et n sont employés pour déconnecter le redresseur e du trans- formateur et de l'instrument à bobine mobile, et aussi pour connecter convenablement l'instrument au circuit de mesures en C. C.
L'indicateur d est relié aux lames de contact m' et n' et les bornes de sortie du courant continu provenant du redres- seur e sont reliées aux lames de contact m2 et n2. La lame de contact m3 est reliée à une extrémité de l'enroulement secon- daire f du transformateur f' par un autre commutateur o dé- crit ci-après, et la lame n3 est reliée à la borne d'entrée c.
Les lames de contact m4 et n4 sont reliées aux bornes d'en- trée du courant alternatif au redresseur e, et le contact n4 est aussi connecté au point de jonction commun du primaire et du secondaire du transformateur. On voit donc que l'indica- nteur d est connecté de manière à fournir des lectures en cou-
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rant alternatif tant que le commutateur à C.A. n'est pas à la position dite "D.C.", et on voit aussi que quand ce com- mutateur à C.A. a est placé à la position D. C., l'indicateur d est déconnecté du redresseur et relié d'une part à la borne d'entrée c et d'autre part au commutateur o.
Le commutateur o est du type inverseur simple. Il comprend des lames de contact ol, o2 et o3, la lame o2 étant disposé de manière à venir en prise avec une came al2 montée sur l'arbre a10 du commutateur à C. A. qui sert à couper le contact entre o2 et ol et à mettre la lame o2 en contact avec o3, Quand la lame o2 est en contact avec la lame ol (toutes les positions de C.A. sauf l'échelon de 1,2 volts) le re- dresseur e est relié au transformateur f, et quand la came met la lame o2 en contact avec la lame o3 le transformateur est déconnecté et la résistance 1 est mise en série avec l'indica- teur d.
Si on le désire, le commutateur n décrit ci-dessus peut être combiné avec le commutateur o en donnant à la came al2 une forme qui maintient le contact entre les lames ol et o2 pour toutes les positions de C.A. sauf l'échelon de 1,2 volts, qui laisse la lame o2 libre entre les lames o1 et o3 pour l'échelle de 1,2 volts dans le circuit, et qui établit le contact de la lame o2 avec la lame o3 pour la position de "Lectures D.C." comme on l'a expliqué ci-dessus.
La résistance j1 est pourvue de branchements reliés aux plots 11 à 15 du commutateur changeur d'échelon de C.C. de manière à introduire dans le circuit les résistances re- quises pour les divers échelons de tension et une résistance de shunt p est prévue et branchée convenablement sur les plots 16 à 19 du commutateur à C.C. de manière à obtenir la valeur correcte de la résistance dérivée, cette résistance de shunt étant dérivée sur l'indicateur ±1 au moyen d'un in-
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terrupteur g (voir figure 7) qui est actionné par le commu- tateur à C.C. et fermé quand ce commutateur est placé en po- sition pour des lectures de courant. Les parties de l'appareil pour les mesures en C.
C. ayant sensiblement les dispositions décrites dans le brevet mentionné précédemment, on peut se référer à ce dernier pour obtenir plus de détails. Des moyens tels qu'une batterie r et des résistances réglables s et t et des contacts 112, 113, 114 et 115 peuvent aussi être in- corporés dans la partie à C.C. de l'appareil pour permettre la lecture d'une ou de plusieurs gammes de résistances de la manière décrite dans ce brevet. Les plots de contact: 114 et 115 permettent la mesure de grandes résistances au moyen d'une batterie extérieure ou d'une source d'alimentation ayant une tension déterminée.
On peut prévoir un fusible u pour la pro- tection du redresseur et de l'indicateur à bobine mobile. w est un interrupteur dans le circuit de la batterie r, destinée à ouvrir ce circuit quand on ne mesure pas des résistances. sl et tl sont des vis pour le réglage des résistances s et t et z est la vis de réglage du zéro.
L'appareil suivant la présente invention présente de nombreux avantages parmi lesquels on peut mentionner les sui- vants : l'échelle pour le courant alternatif est graduée d'une façon presque uniforme pour tous les échelons et permet donc de desservir une gamme de mesures étendue avec moins d'éche- lons que lorsqu'on emploie une échelle ayant une forme con- tractée ou étendue; dé plus l'appareil a une très faible consommation de puissance.
On comprend que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux dispositions décrites ci-dessus sans sortir du cadre de la présente invention. Les détails indiqués con- cernent simplement certaines dispositions commodes décrites
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pour faciliter la compréhension de la présente invention.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Appareil de mesure à plusieurs échelons pour courants alternatifs, comprenant un seul indicateur à bobine mobile et un redresseur dont la sortie est reliée à l'indica- teur de mesure, les courants alternatifs à mesurer étant amenés au redresseur par un transformateur.