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Dispositif régulateur de tension.
La mesure ou le réglage d'une tension.présente parfois des difficultés, lorsque les bornes d'alimentation de l'appareil de mesure ou de réglage appelé ci-après "dispositif auxiliaire", donc les bornes auxquelles il y a lieu d'appliquer soit la ten- sion à mesurer ou à régler, soit une tension proportionnelle à cette tension, ne peuvent être reliées directement aux bornes en- tre lesquelles règne la tension à mesurer ou à régler, par exem- ple, parce que l'une des bornes d'alimentation est reliée à un point appelé ci-après "point fixe" se trouvant à un certain po- tentiel'par rapport aux bornes de la tension à mesurer ou à régler.
Cette difficulté se présente entre autres lorsque l'une des bornes d'un voltmètre est mise à la terre et que l'on veut mesurer à l'aide de cet appareil la tension d'une source de cou- rant ou d'un .appareil consommateur à point central mis à la terre.
En courant alternatif,la difficultépeut être résolue par l'em- ploi d'un transformateur de séparation, mais en courant continu, il faut nécessairement utiliser d'autres moyens.
Bien que, pour la mesure d'une tension continue, on uti- lise bien souvent un amplificateur de courant continu, la difficul- té subsiste car le circuit d'entrée et le circuit de sortie de tels amplificateurs comportent une borne commune.
L'invention concerne un 'dispositif pour la mesure ou le réglage d'une tension continue qui ne présente pas cette diffi- culté. Dans ce dispositif, la grille et la cathode d'un tube amplificateur (tube a décharge à vide poussé et à électrode de com- mande) sont reliées aux points entre lesquels règne une différen- ce de potentiel fonction de la tension à mesurer ou à régler. Le circuit anodique de ce tube amplificateur comporte un élément au- quel on transmet les va.riations de la tension à mesurer ou à ré- gler. La borne du dispositif auxiliaire, non en contact avec le point fixe, est reliée à cet élément de manière que celui-ci fasse partie du circuit extérieur reliant'entre elles les bornes d'ali- mentation du dispositif auxiliaire.
Le dispositif auxiliaire n'est donc pas monté en série avec l'élément considéré dans le circuit anodique du tube amplificateur, mais le circuit du courant anodi- que et le circuit extérieur du dispositif auxiliaire comportent un élément commun aux bornes duquel se produisent des variations de tension égales ou proportionnelles aux variations de la tension à mesurer ou à régler.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être
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réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
Les figures 1 et 2 servent à expliquer le problème résolu par l'invention, tandis que les autres figures représentent des schémas de montage d'exemple d'exécution du dispositif conforme à l'invention.
La fig.l représente un schéma de montage dans lequel une impédance 1 est traversée par un courant continu, de sorte qu'entre les bornes A et B se trouve une différence de potentiel V. Le point 2 de l'impédance est mis à la terre. Par rapport aux bornes A et B, ce point se trouve respectivement aux potentiels Va et Vb.
Le problème consiste à mesurer la tension V à l'aide d'un voltmètre 3 dont l'une des bornes est mise à la terre, de sorte que cette borne est reliée au point fixe 2. La borne du voltmètre mise à la terre ne peut donc être reliée directement à l'une des bornes de la tension a mesurer, car on court-circuiterait alors la partie de l'impédance comprise entre la dernière borne mentionnée et le point fixe 2. On ne peut donc mesurer directement que l'une des tensions Va ou Vb mais les indications de l'appareil de mesure ne peuvent être utilisées pour la détermination de la tension totale V égale à la somme algébrique des tensions Va et Vb que lorsqu'on est certain que la tension Va est toujours égale ou, au moins proportionnelle, à la tension Vb.
Les exemples traités par la suite prouveront que cette condition n'est pas toujours satisfaite.
Si, comme représenté sur la fig. 2, on monte entre le voltmètre 3 et les bornes de la tension à mesurer un amplificateur de courant continu 4, un tube à décharge à vide poussé et à électrode de commande, avec les accessoires requis, on ne peut mettre à la terre l'une des bornes de l'instrument de mesure 3, car conime c'est représenté en pointillés, dans de tels amplificateurs l'une des bornes d'entrée est directement reliée à l'une des bornes de sortie étant donné que le circuit de la grille et le circuit de l'anode sont tous deux reliés à la cathode.
La fig. 3 montre comment l'invention permet de résoudre cette difficulté. La cathode 5 d'un tube amplificateur 6 est reliée à la borne négative B de la tension à mesurer tandis que la grille 7 de ce tube est reliée à la borne positive A en passant par une source de tension 8. La grille et la cathode sont donc reliées à des points entre lesquels règne une différence de potentiel fonction de la tension à mesurer, dans le cas considéré, égale à la tension à mesurer elle-même.
Le circuit anodique du tube comprend une source de courant 9 et une résistance 10. L'intensité du courant anodique varie à mesure que varie la tension de grille et cette variation du courant anodique entraîne aussi une variation de la chute de tension dans la résistance 10. La résistance 10 constitue donc un élément du circuit anodique auquel on transmet les variations de la tension à mesurer. La borne 11 du dispositif auxiliaire (l'appareil de mesure) 5 est reliée à la terre, donc au point fixe 2. La borne non en contact avec ce point est reliée à l'élément 10 inséré dans le circuit anodique du tube de manière que cet élément fasse en même temps partie du circuit extérieur qui relie les deux bornes d'alimentation 11 et 12 de l'appareil de mesure.
Ce circuit est constitué comme suit : la borne 11, la mise à la terre vers le point fixe 2, la partie de l'impédance 1 comprise entre le point fixe et la borne négative B, la résistance 10 et la borne 12.
L'appareil de mesure est donc soumis à la somme de deux tensions, à savoir la chute de la tension dans la résistance 10, @
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comportant les variations de la tension à mesurer V, et la tension Vb. Les variations de la tension Vb sont donc transmises une seconde fois à l'appareil de mesure. A première vue le montage ne satisfait donc pas aux conditions imposées. Cependant, l'erreur d'indication provoquée par l'action directe de la tension entre la borne B et le point fixe,2 sur l'appareil dé mesure est négligeable si l'amplification produite par le tube 6 est suffisante pour que les ..-variations de la tension Vb, appliquées directement, soient négligeables par rapport à celles empruntées de la résistance 10.
C'est ainsi que, dans la plupart des cas, une amplification de 100 fois suffira pour que les indications obtenues soient suffisamment précises. Bien souvent, il suffira même d'une amplification plus faible.
Par suite de cette amplification, la tension empruntée du dispositif auxiliaire et la tension à'fournir par la source 9 pourraient dans certains cas, devenir trop élevées pour l'utilisation courante. La fig. 4 montre comment on peut, d'une façon très simple, obvier à cet inconvénient.
Sur cette figure, 13, 14 et 15 sont les conducteurs d'un réseau à courant continu à trois fils, alimenté par deux génératrices 16a et 16b, montées en série, dont le conducteur de liaison est mis à la terre. Le fil neutre est désigné par 15, le conducteur.positif par 13, le conducteur négatif par 14.
Le problème consiste à mesurer la tension entre les conducteurs 13 et 14 en un point très éloigné du point d'alimentation à l'aide d'un instrument de mesure dont l'une des bornes est mise à la terre. Dans ce cas, il ne suffit pas de mesurer la tension entre l'un des conducteurs et la terre, car par suite des dérivations et de la charge irrégulière, les variations des tensions par rapport à la terre des conducteurs 13 et 14 ne sont pas nécessairement égales ni nécessairement proportionnelles, même s'il en était ainsi aux bornes des dynamos 16a et 16b.
Lorsqu'on applique à la grille du tube amplificateur la totalité des va- riations 'de tension égales par exemple à 20% de la tension nominale du secteur, et lorsqu'on applique ces variations, amplifiées 100 fois, à l'appareil de mesure cet appareil doit être conçu pour une tension au moins 20 fois plus élevée que la tension du secteur. Ceci constitue évidemment un inconvénient, mais on peut facilement y obvier en empruntant la tension de commande de diviseurs de tension, par exemple pour la borne positive d'un diviseur de tension qui relie le conducteur 13 à la terre et, pour la borne négative d'un diviseur 18 qui relie le conducteur 14 à la terre.
On obtient ainsi à nouveau un point fixe 2 qui, 'par rapport aux bornes de la tension à mesurer, se trouve aux potentiels Va et Vb et qui est relié à l'une des bornes d'alimentation du dispositif auxiliaire (l'appareil de mesure). La grille et la cathode du tube amplificateur 6 ne sont plus reliées aux conducteurs 13 et 14 mais aux points 19 et 20 des diviseurs de tension; ces points sont choisis de manière que le rapport de leurs potentiels par rapport au point fixe-2 soit égal à celui des tensions Va et Vb. Pour le reste le montage est identique à celui de la fig. 3.
La ,fige 5 montre une autre possibilité d'exécution du dispositif conforme à l'invention, aussi exempte de l'inconvénient d'une tension trop élevée sur l'appareil de mesure.
Tout comme dans l'exécution montrée sur la fig. 4, les bornes de la tension à mesurer sont reliées au point fixe 2 par l'intermédiaire de diviseurs de tension. La grille du tube amplificateur 6 est de nouveau reliée à un point 19 du diviseur de tension pour la borne positive mais, au lieu d'être reliée comme sur la fig. 4 à un point du diviseur de tension pour la @
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borne négative, la cathode est reliée ici au point 2 et ce, par l'internédiaire d'une résistance 21. Par contre, la source de courant anodique 9 est reliée à un point du diviseur de tension pour la borne négative, à savoir au point 22. De ce fait, la partie rb du diviseur de tension 18 se trouve, dans le circuit du courant anodique, entre les points 2 et 22.
La borne 11 de l'appareil de mesure 3 est de nouveau mise à la terre et se trouve en connexion directe avec le point fixe 2 tandis que la borne 12 est reliée au point 22. La partie rb du diviseur de tension 18 constitue ici l'élément commun du circuit et du circuit extérieur du dispositif auxiliaire, auquel on transmet les variations de la tension à mesurer. Les variations de tension Va sont empruntées de la partie ra du diviseur de tension 17 située entre les points 19 et 2 et sont appliquées à la grille 7 du tube 6. Les variations de la tension de commande provoquent des variations du courant anodique qui à leur tour provoquent des variations correspondantes de la chute de tension dans la résistance rb traversée par le courant anodique. Cette chute de tension comporte, de plus, les variations de la tension Vb.
Toutes deux sont donc ajoutées dans cette résistance et, pour autant que la résistance 21 et les points de dérivation 19 et 22 soient judicieusement choisis, les variations totales de la tension aux bornes de la résistance rb, agissant sur l'instrument de mesure, sont proportionnelles à celles de la tension totale V. Ce fait peut se prouver comme suit.
Lorsque la résistance 21 a une grandeur rc, le courant anodique ic du tube amplificateur 6 provoque dans cette résistance une chute de tension ic. rc. Le courant ia traversant le diviseur de tension 17 provoque dans la partie ra une chute de tension iara.' La tension de grille du tube 6 se compose donc d'une partie positive iara et d'une partie négatibe icrc. Le courant anodique du tube 6 se règlera à une intensité telle que ic.rc soit approximativement égal à ia.ra. Il est aisé de choisir les résistances de manière que la tension de grille résultante soit petite par rapport au produit ia.ra. Si l'on admet, pour faciliter l'exposé, que rc est égal à ra, ic devient égal à ia.
Le courant le provoque dans la résistance rb une chute de tension ic.rb = ia.rb. Cette résistance est aussi parcourue par un courant ib fourni par la, tension Vb. La chute de tension vb dans la résistance rb est donc: vb = ia.ra + ib.rb.
Si l'on pose la résistance du diviseur de tension 17 égale à Ra et celle du diviseur 18 égale à Rb, on a
Vb = ia. Ra + ib. Rb donc
EMI4.1
Vb ¯ ia. rb ib Rb Rb ou comme
EMI4.2
ia = Va Ra Vb Va. xb ib - Rb Ra.Rb On peut donc écrire pour Vb
EMI4.3
Va Va.rb2 Vb Vb = - rb -####+ - - rb Ra Ra.Rb Rb
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Lorsqu'on choisit
Ra = Rb = R1 on obtient
R R
R
Comme, d'une façon générale, R sera très grand par rapportà rb, le terme précédé du signe moins sera généralement négligeable par rapport à V, de sorte que les variations de la chute de tension,dans la résistance rb transmises à l'appareil de mesure 3.sont effectivement proportionnelles à celles de la tension à mesurer V entre les conducteurs 13 et 14.
Cependant, pour obtenir une indication exacte il suffit d'appliquer à rb une plus grande fraction des variations de Va que des variations de Vb en reliant la borne 12 de l'appareil de mesure au diviseur de tension 18 non pas au même point que le pôle négatif de la batterie 9 mais,comme indiquépar des pointillés sur la fig.5, en un autre point 23. Plus grande est la distance du point 23 au point fixe 2, plus grande sera l'influence exercée par la tension Vb sur les indications de l'appareil de mesure.
Le fait que dans le dispositif montré sur la fig. 5, on ne transmet à l'appareil de mesure qu'une fraction des variations de tension peut parfois inciter à équiper ce dispositif d'un second tube amplificateur- Une façon très simple de monter ce second tube consiste à le placer entre les deux diviseurs de tension, en série avec le premier tube amplificateur. Comme montré sur la fig. 6, l'anode de ce second tube 24 est alors reliée au point fixe..Par l'intermédiaire d'une source de tension 26, la grille 25 du tube 24 est reliée à un point 27 du diviseur de tension pour la borne négative. Le second point de connexion dù dispositif auxiliaire (le premier est comme toujours le point fixe) est ici la cathode du tube 24.
Dans ce cas,, l'élément du circuit anodique du premier tube amplificateur inséré dans le circuit extérieur reliant les bornes d'entrée du dispositif auxiliaire n'est pas une résistance normale mais un tube à décharge.
La fig: 7 montre un exemple d'un dispositif conforme à l'invention dans lequel le dispositif auxiliaire sert non pas à mesurer une tension mais àrégler cette tension de sorte qu'elle varie d'une manière déterminée ou bien qu'elle reste constante. Il s'agit ici d'un tube régulateur, un tube à décharge à vide poussé et à électrode de commande, monté en série avec un appareil consommateur dont-la tension doit être modulée de manière que le potentiel de la cathode diffère de celui de la borne négative de l'appareil consommateur.
Pour ce montage, l'invention est particulièrement intéressante car une exécution symétrique du dispositif auxiliaire ne permet pas d'éliminer les difficultés dont il a été question dans le préambule,et de plus, le- tube régulateur se trouve dans le circuit de courant lui-même et absorbe une assez grande tension variable de sorte que Va et Vb ne sauraient être égaux ni proportionnels.
Sur la fig. 7, une source de courant 31 alimente par l'intermédiaire d'une triode 33 un appareil consommateur 32. Les-bornes d'alimentation du dispositif auxiliaire pour le réglage de la tension appliquée à l'appareil consommateur sont reliées ici à la grille 34 et à la cathode 35 de la triode 33. La cathode 35 est reliée à la borne négative 36 de la source de courant, donc à un point qui présente par rapport aux
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bornes a et b de la tension à régler des différences de potentiel Va et Vb. Dans ce cas, Va est la tension aux bornes de la source de courant 31 et Vb la chute de tension aux bornes de la triode régulatrice 33. Le point fixe est ici la borne négative 36 de la source de courant 31.
Pour la borne positive A de la tension à régler, on a prévu un diviseur de tension 17 et pour la borne négative B un diviseur de tension 18. Un tube amplificateur 6 est relié à ce diviseur de tension de la même manière que sur la fig. 4. La borne d'alimentation du dispositif auxiliaire non en contact avec le point fixe 36, à savoir la grille 34, est reliée, par l'intermédiaire d'une source de tension 37, a la résistance 10 de manière que cette résistance soit insérée dans le circuit extérieur reliant les deux bornes d'alimentation du dispositif auxiliaire, tout comme sur la fig. 4.
Les tensions va et vb, dont la somme algébrique forme la composante positive de la tension de grille du tube 6, sont ici de sens opposés et la composante positive est donc égale à la différence entre les valeurs absolues de va et de vb.
Le même montage peut être utilisé lorsqu'une force électromotrice agit aussi du côté anodique du tube régulateur.
La source de courant peut consister par exemple en deux génératrices 31 et 39 montées en série, dont la dernière est indiquée en pointillé sur la fig. 7. Dans certains cas, ce montage est préférable à celui d'un tube régulateur directement relié à l'appareil consommateur. C'est ainsi qu'il peut être désirable de mettre la cathode 35 à la terre alors que la mise à la terre d'une des bornes de l'appareil consommateur ou d'une des bornes de la source de courant susciterait des difficultés, par exemple parce que l'autre borne ne peut supporter la tension complète de l'appareil consommateur ou de la source de courant par rapport à la terre. Dans ce cas, on monte la triode entre les deux parties de la source de courant. La mise à la terre de la cathode 35 est indiquée sur la fig. 7 en pointillé.
Le montage représenté sur la fig. 7 peut servir à régler ou à maintenir constante une tension élevée, par exemple la tension d'un tube à rayons X ou celle d'un appareil pour l'essai des isolateurs. L'utilisation d'une source de tension 37 à force électromotrice variable permet de modifier la tension V régnant entre les bornes A et B. Cette dernière tension est, entre de très larges limites, proportionnelle à la tension de la source 37, quelle que soit la tension de la génératrice 31 ou des génératrices 31 et 39. Lorsque la source 37 fournit une tension constante, la tension V reste constante, même lorsque la tension de la source de courant varie. Ceci est particulièrement intéressant lorsque la source de courant est constituée par un condensateur ou par une batterie de condensateurs.
Le montage représenté sur les figs. 5 et 6 convient aussi dans un dispositif régulateur tel que montré sur la fig.7.
L'invention s'applique aussi au réglage d'une tension à l'aide d'autres dispositifs auxiliaires, des régulateurs élec- tromagnétiques par exemple, dont l'une des bornes est reliée soit par une aise à la terre soit d'une autre manière à un point présentanttoujours une certaine différence de potentiel tant par rapport à la borne A que par rapport à la borne B.
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Voltage regulator device.
The measurement or adjustment of a voltage sometimes presents difficulties, when the supply terminals of the measuring or adjustment device called hereafter "auxiliary device", therefore the terminals to which it is necessary to apply either the voltage to be measured or adjusted, or a voltage proportional to this voltage, cannot be connected directly to the terminals between which the voltage to be measured or adjusted prevails, for example, because one of the supply terminals is connected to a point called hereinafter "fixed point" located at a certain potential relative to the terminals of the voltage to be measured or adjusted.
This difficulty arises, among other things, when one of the terminals of a voltmeter is earthed and you want to measure with this device the voltage of a current source or of a. central point earthed consumer device.
In alternating current, the difficulty can be solved by the use of an isolating transformer, but in direct current, it is necessary to use other means.
Although, for the measurement of a direct voltage, a direct current amplifier is very often used, the difficulty remains because the input circuit and the output circuit of such amplifiers have a common terminal.
The invention relates to a device for measuring or regulating a DC voltage which does not present this difficulty. In this device, the grid and the cathode of an amplifier tube (high vacuum discharge tube with control electrode) are connected to the points between which there is a potential difference as a function of the voltage to be measured or to adjust. The anode circuit of this amplifier tube comprises an element to which the variations in the voltage to be measured or adjusted are transmitted. The terminal of the auxiliary device, not in contact with the fixed point, is connected to this element in such a way that the latter forms part of the external circuit connecting between them the supply terminals of the auxiliary device.
The auxiliary device is therefore not mounted in series with the element in question in the anode circuit of the amplifier tube, but the anode current circuit and the external circuit of the auxiliary device comprise a common element across which variations occur. voltage equal or proportional to the variations in the voltage to be measured or adjusted.
The description of the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be
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carried out, the particularities which emerge both from the text and from the drawing forming, of course, part of the invention.
Figures 1 and 2 serve to explain the problem solved by the invention, while the other figures show exemplary assembly diagrams of the device according to the invention.
Fig.l shows a circuit diagram in which an impedance 1 is crossed by a direct current, so that between the terminals A and B is a potential difference V. Point 2 of the impedance is set to Earth. With respect to terminals A and B, this point is located respectively at potentials Va and Vb.
The problem is to measure the voltage V using a voltmeter 3, one of the terminals of which is earthed, so that this terminal is connected to the fixed point 2. The terminal of the earthed voltmeter does not can therefore be connected directly to one of the terminals of the voltage to be measured, because we would then short-circuit the part of the impedance between the last mentioned terminal and the fixed point 2. We can therefore only directly measure the one of the voltages Va or Vb but the indications of the measuring device cannot be used for the determination of the total voltage V equal to the algebraic sum of the voltages Va and Vb only when it is certain that the voltage Va is always equal or, at least proportional, to the voltage Vb.
The examples treated subsequently will prove that this condition is not always satisfied.
If, as shown in fig. 2, between the voltmeter 3 and the terminals of the voltage to be measured is mounted a direct current amplifier 4, a high vacuum discharge tube and a control electrode, with the required accessories, it is not possible to ground the one of the terminals of the measuring instrument 3, because as it is shown in dotted lines, in such amplifiers one of the input terminals is directly connected to one of the output terminals since the circuit of the The gate and the anode circuit are both connected to the cathode.
Fig. 3 shows how the invention solves this difficulty. The cathode 5 of an amplifier tube 6 is connected to the negative terminal B of the voltage to be measured while the grid 7 of this tube is connected to the positive terminal A passing through a voltage source 8. The grid and the cathode are therefore connected to points between which there is a potential difference which is a function of the voltage to be measured, in the case considered, equal to the voltage to be measured itself.
The anode circuit of the tube comprises a current source 9 and a resistor 10. The intensity of the anode current varies as the gate voltage varies and this variation of the anode current also causes a variation in the voltage drop across resistor 10. Resistor 10 therefore constitutes an element of the anode circuit to which the variations in the voltage to be measured are transmitted. The terminal 11 of the auxiliary device (the measuring device) 5 is connected to the earth, therefore to the fixed point 2. The terminal not in contact with this point is connected to the element 10 inserted in the anode circuit of the tube so that this element is at the same time part of the external circuit which connects the two supply terminals 11 and 12 of the measuring device.
This circuit is made up as follows: terminal 11, grounding to fixed point 2, the part of impedance 1 between the fixed point and negative terminal B, resistor 10 and terminal 12.
The measuring device is therefore subjected to the sum of two voltages, namely the voltage drop across resistor 10, @
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comprising the variations of the voltage to be measured V, and the voltage Vb. The variations in voltage Vb are therefore transmitted a second time to the measuring device. At first glance, the assembly therefore does not meet the conditions imposed. However, the error of indication caused by the direct action of the voltage between terminal B and the fixed point, 2 on the measuring device is negligible if the amplification produced by tube 6 is sufficient for the. .-variations in voltage Vb, applied directly, are negligible compared to those taken from resistor 10.
Thus, in most cases, an amplification of 100 times will suffice for the indications obtained to be sufficiently precise. Often, even a lower amplification will suffice.
As a result of this amplification, the voltage taken from the auxiliary device and the voltage to be supplied by the source 9 could in some cases become too high for current use. Fig. 4 shows how one can, in a very simple way, overcome this drawback.
In this figure, 13, 14 and 15 are the conductors of a three-wire direct current network, supplied by two generators 16a and 16b, connected in series, the connecting conductor of which is earthed. The neutral wire is designated by 15, the positive conductor by 13, the negative conductor by 14.
The problem consists in measuring the voltage between the conductors 13 and 14 at a point very far from the supply point using a measuring instrument, one of the terminals of which is earthed. In this case, it is not enough to measure the voltage between one of the conductors and the earth, because as a result of the shifts and the irregular load, the variations of the voltages with respect to the earth of the conductors 13 and 14 are not necessarily equal nor necessarily proportional, even if it was so at the terminals of dynamos 16a and 16b.
When all of the voltage variations equal for example to 20% of the nominal mains voltage are applied to the grid of the amplifier tube, and when these variations, amplified 100 times, are applied to the measuring apparatus this device must be designed for a voltage at least 20 times higher than the mains voltage. This is obviously a drawback, but it can easily be avoided by borrowing the control voltage from voltage dividers, for example for the positive terminal of a voltage divider which connects the conductor 13 to earth and, for the negative terminal d 'a divider 18 which connects the conductor 14 to the earth.
A fixed point 2 is thus again obtained which, with respect to the terminals of the voltage to be measured, is at the potentials Va and Vb and which is connected to one of the supply terminals of the auxiliary device (the measured). The grid and the cathode of the amplifier tube 6 are no longer connected to the conductors 13 and 14 but to the points 19 and 20 of the voltage dividers; these points are chosen so that the ratio of their potentials with respect to the fixed point-2 is equal to that of the voltages Va and Vb. For the rest, the assembly is identical to that of FIG. 3.
Fig. 5 shows another possible embodiment of the device according to the invention, also free from the drawback of too high a voltage on the measuring device.
As in the execution shown in fig. 4, the terminals of the voltage to be measured are connected to the fixed point 2 by means of voltage dividers. The grid of the amplifier tube 6 is again connected to a point 19 of the voltage divider for the positive terminal but, instead of being connected as in FIG. 4 at a point of the voltage divider for the @
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negative terminal, the cathode is connected here to point 2 and this, via a resistor 21. On the other hand, the anode current source 9 is connected to a point of the voltage divider for the negative terminal, namely to the point 22. As a result, part rb of voltage divider 18 is located in the anode current circuit between points 2 and 22.
Terminal 11 of meter 3 is earthed again and is in direct connection with fixed point 2, while terminal 12 is connected to point 22. Part rb of voltage divider 18 constitutes here the Common element of the circuit and of the external circuit of the auxiliary device, to which the variations of the voltage to be measured are transmitted. The voltage variations Va are borrowed from the part ra of the voltage divider 17 situated between the points 19 and 2 and are applied to the grid 7 of the tube 6. The variations in the control voltage cause variations in the anode current which at their. turn cause corresponding variations in the voltage drop in resistor rb through which the anode current passes. This voltage drop also includes variations in voltage Vb.
Both are therefore added in this resistor and, provided that the resistor 21 and the branching points 19 and 22 are judiciously chosen, the total variations in the voltage across the resistor rb, acting on the measuring instrument, are proportional to those of the total voltage V. This fact can be proved as follows.
When the resistor 21 has a magnitude rc, the anode current ic of the amplifier tube 6 causes a drop in voltage ic in this resistor. rc. The current ia through the voltage divider 17 causes in the part ra a voltage drop iara. The grid voltage of tube 6 therefore consists of a positive part iara and a negative part icrc. The anode current of tube 6 will adjust to an intensity such that ic.rc is approximately equal to ia.ra. It is easy to choose the resistors so that the resulting gate voltage is small compared to the ia.ra product. If we assume, for ease of explanation, that rc is equal to ra, ic becomes equal to ia.
The current causes it in resistor rb a voltage drop ic.rb = ia.rb. This resistance is also traversed by a current ib supplied by the voltage Vb. The voltage drop vb in resistor rb is therefore: vb = ia.ra + ib.rb.
If we set the resistance of voltage divider 17 equal to Ra and that of divider 18 equal to Rb, we have
Vb = ia. Ra + ib. Rb so
EMI4.1
Vb ¯ ia. rb ib Rb Rb or as
EMI4.2
ia = Va Ra Vb Va. xb ib - Rb Ra.Rb We can therefore write for Vb
EMI4.3
Va Va.rb2 Vb Vb = - rb - #### + - - rb Ra Ra.Rb Rb
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When we choose
Ra = Rb = R1 we get
R R
R
As, in general, R will be very large with respect to rb, the term preceded by the minus sign will generally be negligible with respect to V, so that the variations of the voltage drop in the resistance rb transmitted to the device 3 are effectively proportional to those of the voltage to be measured V between conductors 13 and 14.
However, to obtain an exact indication it suffices to apply to rb a larger fraction of the variations of Va than of the variations of Vb by connecting the terminal 12 of the measuring device to the voltage divider 18 not at the same point as the negative pole of battery 9 but, as indicated by the dotted lines in fig.5, at another point 23. The greater the distance from point 23 to fixed point 2, the greater the influence exerted by the voltage Vb on the indications of the measuring device.
The fact that in the device shown in FIG. 5, only a fraction of the voltage variations is transmitted to the measuring device, which can sometimes lead to equipping this device with a second amplifier tube. A very simple way to mount this second tube is to place it between the two dividers voltage, in series with the first amplifier tube. As shown in fig. 6, the anode of this second tube 24 is then connected to the fixed point. Via a voltage source 26, the grid 25 of the tube 24 is connected to a point 27 of the voltage divider for the negative terminal . The second connection point of the auxiliary device (the first is as always the fixed point) is here the cathode of tube 24.
In this case, the element of the anode circuit of the first amplifier tube inserted in the external circuit connecting the input terminals of the auxiliary device is not a normal resistance but a discharge tube.
Fig: 7 shows an example of a device according to the invention in which the auxiliary device is used not to measure a voltage but to adjust this voltage so that it varies in a determined manner or else that it remains constant . This is a regulator tube, a high vacuum discharge tube and control electrode, mounted in series with a consumer device whose voltage must be modulated so that the potential of the cathode differs from that of the negative terminal of the consuming device.
For this assembly, the invention is particularly interesting because a symmetrical execution of the auxiliary device does not make it possible to eliminate the difficulties mentioned in the preamble, and moreover, the regulator tube is in the current circuit. even and absorbs a sufficiently large variable voltage so that Va and Vb cannot be equal or proportional.
In fig. 7, a current source 31 feeds through a triode 33 a consuming device 32. The power supply terminals of the auxiliary device for adjusting the voltage applied to the consuming device are here connected to the grid 34 and to the cathode 35 of the triode 33. The cathode 35 is connected to the negative terminal 36 of the current source, therefore to a point which presents with respect to the
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terminals a and b of the voltage to be adjusted potential differences Va and Vb. In this case, Va is the voltage across the terminals of the current source 31 and Vb is the voltage drop across the terminals of the regulating triode 33. The fixed point here is the negative terminal 36 of the current source 31.
For the positive terminal A of the voltage to be adjusted, a voltage divider 17 is provided and for the negative terminal B a voltage divider 18. An amplifier tube 6 is connected to this voltage divider in the same way as in fig. . 4. The power supply terminal of the auxiliary device not in contact with the fixed point 36, namely the gate 34, is connected, via a voltage source 37, to the resistor 10 so that this resistance is inserted in the external circuit connecting the two power supply terminals of the auxiliary device, just as in fig. 4.
The voltages va and vb, the algebraic sum of which forms the positive component of the gate voltage of the tube 6, are here in opposite directions and the positive component is therefore equal to the difference between the absolute values of va and vb.
The same arrangement can be used when an electromotive force is also acting on the anode side of the regulator tube.
The current source may for example consist of two generators 31 and 39 connected in series, the last of which is indicated in dotted lines in FIG. 7. In some cases, this assembly is preferable to that of a regulator tube directly connected to the consuming device. Thus, it may be desirable to ground cathode 35 while grounding one of the terminals of the consuming device or one of the terminals of the current source would cause difficulty. for example because the other terminal cannot withstand the full voltage of the consuming device or of the current source with respect to earth. In this case, the triode is mounted between the two parts of the current source. The grounding of cathode 35 is shown in fig. 7 dotted.
The assembly shown in FIG. 7 can be used to regulate or maintain constant a high voltage, for example the voltage of an x-ray tube or that of an apparatus for testing insulators. The use of a voltage source 37 with variable electromotive force makes it possible to modify the voltage V prevailing between the terminals A and B. This latter voltage is, between very wide limits, proportional to the voltage of the source 37, whatever or the voltage of the generator 31 or of the generators 31 and 39. When the source 37 supplies a constant voltage, the voltage V remains constant, even when the voltage of the current source varies. This is particularly interesting when the current source is constituted by a capacitor or by a bank of capacitors.
The assembly shown in figs. 5 and 6 are also suitable in a regulating device as shown in fig.7.
The invention also applies to the regulation of a voltage using other auxiliary devices, electromagnetic regulators for example, one of the terminals of which is connected either by an earth strap or by a another way at a point always having a certain potential difference both with respect to terminal A and with respect to terminal B.