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Appareil de mesure destiné à déterminer les variations de l'accélération due à la pesanteur.
La détermination exacte de la variation de l'accé- lération de la pesanteur a une grande importance pour l'exploration du globe, et en particulier pour la localisation des gisements. Jusqu'à présent, on s'est @
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servi à cet effet du pendule de Sterneck. Toutefois, les mesures effectuées avec cet appareil ont l'inconvénient d'être longues, compliquées.et relativement peu précises.
La présente invention a pour objet un instrument de mesure de la variation de l'accélération due à la pesanteur, qui présente par rapport aux appareils connus l'avantage de fournir des résultats très précis, de fonctionner très rapidement et d'être d'un maniement et d'une construction simples. Cet appareil est en outre insensible aux ébranlements, il est facile à transporter et convient pour cette raison particulièrement bien à l'utilisation par des équipes de mesure sur le terrain et en plein air.
L'appareil contient une masse qui est reliée à un système à levier dont le changement de position provoqué par la variation de l'accélération due à la pesanteur entraine une modification d'un bras de levier, et cette modification du bras de levier s'effectue dans une direction telle que l'amplitude du mouvement de la masse soit augmentée.
Le système à levier dans lequel se trouve la masse est soumis à l'action d'un ressort qui a tendance à agir en sens contraire de la modification de position. S'il se produit alors par exemple une augmentation de 1'accélération de la pesanteur, provoquant une déviation du système à levier, le bras de levier sur lequel se trouve la masse augmente ou bien celui qui est attaqué par le ressort diminue. Par conséquent, il faut qu'il se produise un nouveau mouvement de la masse dans la direction de la déviation initiale. Ce serait, naturellement, le contraire qui se produirait si l'accélération de la pesanteur diminuait.
On peut disposer l'appareil de telle façon que, dans le cas d'une variation de l'accélération due à la pesanteur et du changement de
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position de la masse qui en résulte, ce soit le bras de levier de la masse même qui varie. Mais on peut aussi utiliser une masse supplémentaire et la disposer de telle manière que son bras de levier subisse une variation lors d'une déplacement de la masseo
En choisissant convenablement les dimensions, on peut oonstituer selon l'invention un appareil qui possède une sensibilité poussée au maximum et qui convienne par conséquent de façon parfaite à l'exploration des gisements.
Pour la mise en oeuvre de la présente invention, on peut utiliser diverse dispositions, On peut, par exemple, fixer ou suspendre une masse à l'une des extrémités d'une barre dont l'autre extrémité se termine en ressort à lame de telle faon que ce ressort maintienne la barre dans une position inclinée. S'il se produit alors une augmentation de l'accélération due à la pesanteur, l'inclinaison de la barre augmente et en second lieu le bras de levier de la masse aussi. Le système ne revient au repos que lorsque la lame de ressort fait équilibre, par suite de l'augmentation de sa courbure, à l'effet de l'accélération due à la pesanteur et de l'augmentation du bras de levier.
Toutefois, on peut également utiliser une barre oscillant autour d'un couteau de balance et disposer à l'une des extrémités de cette barre une masse et à l'autre extrémité un ressort à boudin qui fasse équilibre à la masse: Si on laisse un poids auxiliaire monter verticalement ou sous une pente très raide en un endroit approprié de la barre, ou si l'on fixe en un tel endroit un pendule horizontal, il se produira dans le cas. d'une augmentation de
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1'accélération de la pesanteur un abaissement du poids et, en combinaison avec cet abaissement, une inclinaison du poids auxiliaire ou une déviation du pendule horizontal.
Ces modifications entraînent donc une augmentation du bras de levier du poids auxiliaire. Dans ce cas également, le système ne revient au repos que lorsque, par son allongement, le ressort à boudin fait équilibre à l'action combinée de l'accélération due à la pesanteur et de l'augmentation du bras de-levier. Les phénomènes sont évidemment inverses lorsqu'il se produit une diminution de cette accélération*
Pour augmenter davantage la précision des mesures, il est avantageux de tenir compte des variations que la longueur du ressort utilisé dans l'appareil subit sous l'influence des variations de la température. Les ressorts, même lorsqu'ils sont constitués par des matières excellentes (aciers spéciauy, quartz, tungstène) ont en général un coefficient de variation de la tension en fonction de la température compris entre - 5 et - 15 . 10-6.
Ces coeffi- cients sont, il est vrai, considérablement plus faibles que les coefficients de - 100 à - 200 . 10-6 qui jusqu'à une époque récente étaient encore considères comme inévitables. Toutefois, malgré le progrès réalisé par l'utilisation de matières spéciales, il n'est pas possible de négliger l'influence de la température quand la précision nécessaire pour la mesure de la pesanteur est de 1 . 10-6.
Cette source d'erreur pout être évitée si l'on établit le bâti portant le ressort et le dispositif de lecture de la mesure des variations de longueur en une
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matière dont le coefficient de dilatation (-a ) soit égal mais de signe contraire 4u coefficient de variation
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de la tension (--) du ressort. Il est vrai qu'il n'est pas possible en général de compenser un coefficient de température de la tension par un coefficient de température de la dilatation; toutefois, dans le cas particulier de l'utilisation d'une ressort à boudin, cette compensation est possible, parce que le coefficient de variation de la tension du ressort produit, lors des variations de la température, une modification de la longueur du ressort.
Dans le cas d'un ressort à lame ou d'un ressort spiral plat, une telle compensation ne serait pas possible, parce que dans ces ressorts une variation de tension déterminée par la température provoque des déformations angulaires et non pas des variations de longueur.
Ci-après sont indiqués quelques exemples dans lesquelles la compensation est possible dans des ressorts à boudin dont les coefficients de température ont la valeur qu'on peut atteindre dans .les bons ressorts. Dans le tableau, on a placé en face des coefficients de température de la tension des ressorts le coefficient de dilatation thermique des matériaux qui peuvent être utilisés pour le bâti ou pour la graduation de mesure.
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<tb>
DE/dt <SEP> du <SEP> ressort <SEP> Matière <SEP> utilisée <SEP> dL/dt <SEP> du <SEP> bâti
<tb> pour <SEP> le <SEP> bâti <SEP> -dt
<tb> -24.0 <SEP> . <SEP> 10-6 <SEP> Aluminium <SEP> + <SEP> 23.8 <SEP> . <SEP> 10-6
<tb> -16.5 <SEP> . <SEP> 10-6 <SEP> Cuivre <SEP> * <SEP> 16.5 <SEP> - <SEP> 10-6
<tb> -12. <SEP> 0 <SEP> . <SEP> 10-6 <SEP> Fer <SEP> + <SEP> 12.0 <SEP> . <SEP> 10-6
<tb> - <SEP> 4.5 <SEP> . <SEP> 10-6 <SEP> métal <SEP> Osram <SEP> + <SEP> 4.5 <SEP> . <SEP> 10-6
<tb> - <SEP> 3.0 <SEP> . <SEP> 10-6 <SEP> Porcelaine <SEP> + <SEP> 3.0 <SEP> . <SEP> 10-6
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On voit ainsi comment il est possible d'adapter la matière du bâti à des coefficients de température très différents des ressorts.
La compensation est particulièrement importante dans les cas où les coefficients de température des ressorts ont une valeur extrêmement faible, même pour les conditions actuelles. On connaît par¯exemple des ressorts dont le coefficient de variation de la tension en fonction de la température est d'environ - 2. 0 . 10-6 et au-dessous (aciers d'horlogerie spéciaux de Guilleaume).
Afin de ne pas réduire la précision de mesure que permettent de tels ressorts, on utilise, selon la présente invention, des bâtis qui sont constitués en un métal dont les coefficients de dilatation calorifique linéaire sont du même ordre de grandeur. On peut envisager comme métaux de ce genre les alliages fer-nickel dite invariables (par exemple l'invar, l'indilatan et d'autres alliages comportant le plus souvent 36% de nickel). Dans le cas de ressorts avec un coefficient de - 0.6 . 10-6, le verre de quartz s'est révélé comme une matière convenant particulièrement bien.
Pour porter à son maximum la précision de la compensation, il faut veiller à ce qu'entre le ressort et le bâti il ne se produise pas de différences de température Afin d'empêcher de telles différences de prendre naissance, il est avantageux de loger le ressort et le barreau dans le même espace ou la même chambre isolante. On peut obtenir ce résultat par exemple en constituant le bâti sous la forme d'un tube dans lequel est logé le ressort. La
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température du ressort s'égalise alors de façon parfaite avec celle du tube.
Comme, en outre, les appareils de mesure doivent être orientés de la façon la plus rigoureuse suivant l'horizontalepour les différentes mesures faites successi- vement à des endroits différents, il peut être important d'éliminer complètement l'erreur d'orientation par rapport à l'horizontale. C'est ainsi que, pour une erreur d'orien- tation d'une seconde (d'angle) par rapport à l'horizontale, l'erreur de mesure qui se produit, en raison de la grande sensibilité eu égard à l'obliquité, peut atteindre 10 milligals ou davantage, tandis que la précision de mesure nécessaire est de 1 milligal. Une orientation aussi précise suivant l'horizontale ne peut pas être obtenue de façon assez sûre et rapide avec des niveaux à bulle et des dispositifs analogues.
De plus, ces dis- positifs d'orientation suivant l'horizontale sont très sensibles aux variations de la température.
Toutefois, on peut réduire considérablement la précision nécessaire dans l'orientation suivant l'hori- zontale en utilisant simultanément deux appareils de me- sure de l'accélération due à la pesanteur, de même sen- siloilité à l'égard de l'inclinaison, et en les disposant dans une position dans laquelle les changements d'in- clinaison agissant en sens contraire. La valeur moyenne résultant de la mesure des deux systèmes ne contient par conséquent plus d'erreur d'inclinaison.
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La description qui va suivre, en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple, fera bien comprendre de quelle manière l'invention peut être réalisée.
Les fig. 1 à 5 représentent schématiquement cinq formes d'exécution différentes de la présente¯invention.
Les fig. 6 à 9 représentent vue de côté et en plan une autre forme de réalisation de la présente invention.
La fig. 6 est une vue de côté de l'appareil en position de repos.
La fig. 7 est une vue en plan de cet appareil dans la même position.
La fig. 8 est une vue de côté de l'appareil dans la position qu'il occupe après qu'on l'a transporté en un nouveau point d'observation.
La fig. 9 est une vue en plan correspondante.
La fig. 10 montre une forme d'exécution particulière de l'appareil de la fig. 5.
La fig. Il représente une variante du dispositif de la fig. 1.
La fig. 12 est une autre variante de dispositif de la fig. 5.
La fig. 1 montre un levier L à l'une des extrémités duquel est suspendu un poids M et dont l'autre extrémité est reliée à une lame élastique E qui est fixée au socle U. S'il se produit une augmentation de l'accélération due à la pesanteur, l'équilibre du système constitué par le levier est rompu, et le levier L prend une position plus inclinée. De ce fait, le bras de levier L1 augmente. L'augmentation du bras de levier provoque une
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nouvelle inclinaison du système. Ce dernier ne revient au repos .que lorsque la réaction élastique accrue par la courbure plus accentuée de la lame élastique fait équilibre à l'action combinée de l'accélération due à la pesanteur et de l'augmentation jusqu'à la valeur L2 de la longueur du bras de levier.
On voit sur la fig. 2 un bras de levier L à l'une des extrémités duquel est fixé un poids M' porté par le ressort E, et dont l'autre extrémité repose par un couteau de balance sur la base U. Une masse auxiliaire M placée au dessus du levier L est reliée rigidement à ce levier. Si, comme le montre la fig. l, il se produit une inclinaison du levier L, le bras de levier de la masse auxiliaire M devient égal à L2. Cette augmentation du bras de levier accentue encore l'inclinaison du système.
Sur la fig. 3, on utilise un levier L sensiblement horizontal, à l'une des extrémités duquel est fixé un poids M et dont l'autre extrémité est reliée à une lame élastique E fixée au socle U. Sur le levier L, et à une distance égale au bras de levier L1, repose un niveau à bulle J. S'il se produit une augmentation de l'accélération due à la pesanteur, l'équilibre du système constitué par le levier est rompu, ce qui a pour effet que le bras de levier L s'incline davantage. De ce fait, la bulle du niveau se déplace vers la gauche, selon la fig. 3, et le centre de gravité S du niveau se déplace vers la droite.
Le bras de levier L1 du niveau à bulle est ainsi augmenté et.prend une valeur égale à L2. L'effet est le même que dans les autres formes d'exécution.
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Sur la fig. 4, le niveau à bulle J de la fig. 3 est remplacé par une bille K roulant dans une cuvette S.
En cas d'inclinaison du levier L, la bille roule vers la droite, selon la fig. 4, et le bras de levier de la bille . passe de la valeur L1 à la valeur L2.
On voit .sur la f ig. 5 que le levier L de la masse reste constant en cas de variation de l'inclinaison, tandis que le bras de levier L1 du ressort E varie suivant l'inclinaison. En cas d'augmentation de la pesanteur, la longueur du bras de levier se réduit de L1 à L2 et provoque par ce moyen une nouvelle inclinaison du système.
Dans la forme d'exécution selon les fig. 6 à 9, le fléau W qui oscille autour d'un couteau de balance L porte d'un côté une petite masse M et est relié de l'autre côté à un ressort spiral F. Au-dessus du couteau L se trouve le pendule horizontal P. Le ressort peut être constitué par deux parties de-pas contraire, afin de compenser les forces de torsion provoquées par les variations de température.
L'instrument ainsi décrit fonctionne de la manière suivante:
Pour les formes d'exécution selon les fig. 1 à 5, le bras de levier estfeprésenté dans deux positions. L'une des positions est celle du point de départ de la mesure, et la. seconde celle du nouveau point d'observation.
Lorsqu'on travaille avec le pendule horizontal selon les fig. 6 à 9, on débloque le bras de levier W au point de départ de la mesure et on libère le pendule
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horizontal P, tandis que le ressort reste fixé. On détermine la position du pendule horizontal sur une graduation fixée à un endroit approprié. A ce moment, on arrête et on bloque de nouveau toutes les pièces. Après avoir transpor- té l'appareil à son nouvel emplacement, on débloque de nouveau le fléau de balance et on libère le pendule hori- zontal. En cas de variation de la pesanteur, le,pendule horizontal prend alors une nouvelle position d'après laquelle on peut déterminer la variation de la pesanteur.
Quand la lecture a été faite, on bloque de nouveau les pièces, puis on libère temporairement le dispositif de fixation du ressort pour la compensation des tensions du ressort. Après que le ressort a de nouveau été fixé, on dé- bloque à nouveau et on fait une lecture pour avoir, avant la recherche d'un nouveau point d'observation, un nombre de base auquel on peut rapporter la lecture faite au troi- sième point d'observation.
Sur la fig. 10 le ressort est logé dans un bâti constitué par une matière dont le coefficient de dila- tation a la même valeur que le coefficient de tension du ressort, mais les signes de ces deux coefficients sont contraires .
Les f ig. 11 et 12 montrent des appareils dont chacun est obtenu par la combinaison de deux instruments de mesure du type ci-dessus décrit. Dans les deux cas, les deux parties du dispositif sont placées symmétriqueme.
Elles sont reliées entre elles rigidement de sorte qu'on obtient un appareil de mesure unique. On oriente l'appareil suivant l'horizontale avec une précision in- @
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férieure au dixième de la précision observée jusqu'à présent. Mais les erreurs d'inclinaison qui subsistent de ce fait sont plus que compensées par la disposition parce qu'elles agissent sur les deux parties de l'appareil composé avec la même intensité, mais en sens contraire.
Il est donc possible d'augmenter considérablement la précision et aussi, en particulier, la rapidité des mesures.