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" Perfectionnements aux dispositifs électriques, de mesure, d'enregistrement, d'indication et de contrôle à auto-équilibrage ". :
Cette invention est relative aux systèmes électriques, mesureurs, enregistreurs, indicateurs ou contrôleurs à auto- équilibrage tels que les potentiomètres auto-équilibreurs ou les réseaux à pont équilibreurs dans lesquels la quantité ou les caractéristiques à mesurer, enregistrer, indiquer ou con- trôler sont représentées par un voltage qui est équilibré con- tre un voltage semblable, fourni par le système et tel que toute variation de la quantité à mesurer, enregistrer, indiquer ou contrôler donne naissance à un voltage alternatif déséquilibré,
dont l'amplitude correspond à l'étendue du déséquilibre et dont
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la phase s'inverse lorsque ce déséquilibre s'inverse et qui ramène en fonctionnement le dispositifde retour à l'équilibre.
Un tel voltage de déséquilibre alternatif peut être obtenu di- rectement à partir d'un réseau à pont à courant alternatif, et dans le cas d'un système à courant continu à partir d'un étage convertisseur dans lequel un voltage de déséquilibre à courant continu est appliqué au cadre mobile d'un galvanomètre qui porte un enroulement auxiliaire tournant placé dans un ohamp fixe al- ternatif de telle façon que les déplacements du système d'en- roulement du galvanomètre à partir du zéro donnent naissance à un voltage de sortie alternatif correspondant au voltage de dés- équilibre en courant continu et dont la phase s'inverse quand le déséquilibre s'inverse.
L'invention concerne des appareils du type dans lequel le voltage alternatif de déséquilibre est appliqué à un amplificateur thermoiniqué qui contrôle deux " Thyratrons " ( rectifieurs remplis de gaz à grille commandée ) ou autres valves qui amènent 'en fonctionnement le dispositif de retour à l'équilibre. Dans de tels appareils il est possible d'avoir du jeu dans le fonctionnement, le résultat en est que le point d'équilibre peut être dépassé à moins que la vitesse du fonctionnement soit plus faible que celle qui convient pour d'autres raisons. Le principal objet de l'invention est de sur- monter cet inconvénient.
Conformément à l'invention on arrive à ce résultat en ap- pliquant une polarisation automatique aux Il Thyratrons " ou au- tres valves qui fournissent la puissanoe au mécanisme de retour à l'équilibre, et de plus, une polarisation automatique est ap- pliquée à la valve ou aux valves de l'amplificateur de façon à réduire l'amplification totale tandis que, le système est en déséquilibre.
Par polarisation automatique, on entend une polari- sation dérivée d'une chute de potentiel dans une résistance in- tercalée dans, ou associée avec l'amplificateur ou autre circuit de l'appareil, la variation appropriée de la polarisation étant
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due à une variation dans le flux de courant à travers la résis- tance et non, par exemple en déplaçant une prise de courant sur cette résistance. Chaque polarisation automatique a pour effet de retarder le mécanisme de retour à l'équilibre pendant un car- ''tain temps avant 1;6quilibre, l'intervalle de temps étant déter- miné par la valeur du circuit de polarisation.
On va décrire maintenant une réalisation de l'invention à titre d'exemple en se reportant au dessin sur lequel :
La figure 1 est un schéma du circuit de l'amplificateur d'un appareil conforme à une réalisation de l'invention.
Les figures 8 et 3 sont des schémas représentant le fonc- tionnement de l'appareil et
La figure 4 est un schéma d'un oircuit d'une variap.te.
L'amplificateur représenté sur la figure l est du type à anode accordée et sa valve, ou valve finale, est indiquée par V2.
Les bornes d'entrée 1 reçoivent le voltage alternatif de dés- équilibre soit directement, ou si nécessaire, après ampifica- tion, par un ou plusieurs étages amplificateurs précédant V2, Ce voltage alternatif de déséquilibre peut être obtenu directe- ment à partir d'un réseau à pont de courant alternatif dans.le- quel la sortie à travers le pont sert de mesure du déséquilibre des bras du pont. On peut, toutefois, l'obtenir par un réseau à courant continu dans lequel la force électromotrice d'un thermo-couple, par exemple, est comparée avec la force électro- motrice d'un potentiomètre alimenté en courant continu constant, la différence ou déséquilibre passant dans un étage convertis- seur qui convertit le voltage continu de déséquilibre en un oou- rant alternatif correspondant de fréquence choisie.
Un tel étage convertisseur comporte un galvanomètre à courant continu dont le cadre mobile est relié à un enroulement auxiliaire qui tourne dans un champ magnétique alternatif constant correspondant à la différence entre les voltages continus à comparer et dont la
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@ phase s'inverse quand la différence entre les courants continus s'inverse.
L'amplificateur de la figure 1 commande deux " Thyratrons" V3 et V4 dont l'un ou l'autre fonctionne suivant le sens du dé- placement du galvanomètre ou suivant le sens du déséquilibre du réseau à pont à courant alternatif. Ils font fonctionner des embrayages magnétiques ou un moteur électrique réversible pour déplacer le curseur du potentiomètre de retour à l'équilibre dans un sens et d'une quantité suffisante pour déplacer le dés- équilibre provoqué par une variation de la quantité de la carac- téristique qui est la raison d'être de tout l'appareil de mesure, d'enregistrement d'indication ou de contrôle, et ainsi pour ré- tablir l'équilibre du système.
Le voltage appliqué aux anodes des Il Thyratrons " provient de la prise centrale du secondaire du transformateur T3, dont l'enroulement primaire est alimenté par le courant alternatif qui alimente le réseau à pont alter- natif ou l'étage convertisseur à courant continu et alternatif à partir duquel le courant alternatif de déséquilibre est ap- pliqué et qui est alimenté par l'entrée de l'amplificateur.
Dans de tels appareils, en raison de l'inertie mécanique des parties mobiles, il y a tendance à ce que le point d'équi- libre soit dépassé.
La présente invention prévoit d'appliquer une polarisation automatique à deux " Thyratrons " de la manière suivante et pour les raisons ci-après.
Le courant cathodique ( qui est commun aux deux thyratrons) passe dans le primaire du transformateur T2 ( figure 1 ) qui est à noyau à air. Le secondaire T2 a une extrémité reliée à l'anode d'une diode V2 et l'autre extrémité Q est reliée à la combinai- son d'une résistance R13 et d'un condensateur C11 montés en pa- rallèle. L'autre extrémité de R13- C11 rejoint la cathode de V2 ( ou bien elle peut être mise à la terre ). L'extrémité Q est
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reliée aux grilles des Thyratrons " par le second enroulement secondaire 2 du transformateur T1. Une polarisation en courant continu pour les " Thyratrons " provient du diviseur de tension comprenant les résistances Rg, R1, la polarisation réelle du réseau continu étant égale au voltage à travers R10 inférieur à celui qui traverse R6.
Le fonctionnement du circuit est le suivant et est représenté dans la figure 3, dans laquelle L re- présente l'alimentation de l'anode des Thyratrons ", M la grille à voltage critique, N la polarisation en courant continu et U le voltage du réseau de grille.
La polarisation N en continu est normalement suffisante pour empêcher les " Thyratrons " de fonctionner à moins que le voltage de sortie du transformateur T1 atteigmne une certaine valeur. Quand cette valeur est atteinte, un " Thyratron " fonc- tionne et pour plus de commodité, la phase de sortie du trans- formateur Tl et la phase du courant alternatif sur les anodes sont réglées pour que le fonctionnement se produise sur la plus grande partie de la 1/2 phase positive du cycle, comme indiqué par les parties hachurées des seconde et cinquième pulsations du voltage d'anode ( voir figure 3 ). Le fonctionnement des " Thyratrons " provoque une pulsation du courant qui passe dans le primaire de T2 de sorte qu'une pulsation est engendrée dans le secondaire.
Elle est rectifiée par la diode de sorte que le point Q est maintenant à un potentiel négatif qui s'ajoute di- rectement à la polarisation des grilles du " Thyratron ". Ceci a pour résultat que le " Thyratron " ne fonctionnera pas de nou- veau jusqu'à ce que ce potentiel négatif de polarisation de " pulsation " ne soit dissipé. Ainsi la valeur constante de la combinaison R13- C11 détermine la vitesse à laquelle la pola- risation de " pulsation " décline. Dans la figure 3, ceci est représenté comme se produisant en trois cycles.
Si dans cette période de temps,'le système est en équilibre jusque dans la
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zone morte ", aucun autre fonctionnement du " Thyratron " ne se produira, mais si le système est encore en déséquilibre, le Il Thyratron " fonctionnera à nouveau. Comme chaque mise en fonc- tionnement agit sur un embrayage électromagnétique ou un moteur qui provoque le déplacement du mécanisme de rétablissement de l'équilibre dans le sens convenable, l'équilibre est rétabli par petites étapes. Si le déséquilibre est important le " Thy- ratron " fonctionnera plus fréquemment.
Car si le voltage d'en- trée est supérieur à une certaine valeur,les " Thyratrons " fonctionneront à chaque cycle en dépit de la polarisation de " pulsation ", à cause de l'amplitude du voltage alternatif de la grille. Ces voltages sont indiqués dans le diagramme de la figure 4. Dans ce diagramme/les ordonnées représentent le vol- tage alternatif alimentant les grilles des " Thyratrons " et les abscisses le signal statique d'entrée de l'amplificateur, 0. D. représente la " zone morte ", F représentant le voltage en dessous duquel les " Thyratrons " ne fonctionnent pas.
X est le point auquel la polarisation automatique de " volume controle" entre en fonctionnement D A est la zone de " pulsation " c'est- à-dire la zone dans laquelle les " Thyratrons " fonctionnent de façon intermittente. Au-dessus de A,les Thyratrons " fonction- nent de façon continue.
Ainsi, si le système est grandement déséquilibré un "Thyratron" fonctionne sans arrêt c'est-à-dire à chaque 1/2 période positive du cycle et le dispositif de retour à l'équilibre fonctionne à grande vitesse jusqu'à ce qu'on atteigne un point où la sortie de l'amplifioateur correspond au point B. A ce point les " Thy- ratrons " sauteront un cycle sur deux puis l'état d'équilibre étant plus proche, ils sauteront deux cycles sur trois, ensuite trois sur quatre et ainsi de suite, c'est-à-dire que le mécanis- me de retour à l'équilibre ralentit,du fait que l'embrayage ou que le moteur répondent à chaque mise en route du " Thyratron ".
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Lorsque la sortie de l'amplificateur correspond au point F, le Thyratron " ne fonctionne plus, cela veut dire que nous sommes dans la " zone morte " 0 D de l'appareil. Cette zone est déterminée par le réglage de la polarisation en oourant continu des " Thyratrons " pour être du même ordre de grandeur que l'ac- tion minimum du mécanisme de retour à l'équilibre à partir d'une seule pulsation. Dans l'appareil décrit/elle oorrespond seule- ment à quelques centièmes de millimètre sur une échelle de 280 mm.
Un autre procédé pour obtenir la polarisation automatique de " pulsation est représenté$ dans la figure 2. le résultat est identique à celui du procédé déorit précédemnt Il est @ particulièrement avantageux de faire fonctionner les " Thyra- trons " avec des voltages d'anode et de grille nettement élevés.
La résistance R13 shuntée par le condensateur 0 il est in- sérée dans le conducteur commun des cathodes de deux "Thyratrons" V3, V4, le point Q menant aux grilles par l'enroulement seoon- daire 2 et la sortie du transformateur T1, et une polarisation constante en courant continu étant obtenue.comme représentée en W.
Quand le" Thyratron " fonctionne, un voltage est appli- qué à R13 qui charge le condensateur C11 et il en résulte un grand potentiel négatif en Q par rapport à la cathode. Cette polarisation s'ajoute directement à celle déjà appliquée aux grilles du " Thyratron " et empêche celui-ci de fonctionner sur les cycles suivants jusqu'à ce que la charge en C11 se soit é- coulée par R13 ( elle ne peut s'écouler à travers le "Thyratron" puisque celui-ci n'est pas conducteur sauf lorsqu'il fonotionne).
La oombinaison R31 C11 dans le oircuit remplit exactement le même rôle que la même combinaison dans la figure 1, mais la di- ode et le transformateur T2 de la figure 1 ne sont pas nécessai- res. pour plus de commoditéun tube au néon ou un appareil
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@ analogue peut être shunté à travers le circuit résistance-con- densateur. Il limite la polarisation de " pulsation " engendrée dans R13 au voltage caractéristique du tube au néon, comme dans les stabilisateurs de voltage qui utilisent ces tubes, et aug- mente beaucoup l'efficacité du oirouit du Il Thyratron ".
Sans tube au néon, une très grande partie de wattage de sortie du " Thyratron Il se dissipe dans la résistance R13 que l'on ne peut réduire sans rendre C11 excessivement grand puisque le produit R13 C11 fixe la valeur constante du circuit. Le tube au néon dé- tourne tout le courant en excès de celui nécessaire pour engen- drer à travers R13 le voltage critique du tube au néon. Ce tube peut être supprimé si l'efficacité du circuit anodique du " Thy- ratron " est sans importance.
Pour des systèmes à déplacement lent, ou systèmes avec une inertie mécanique lente, ce procédé de polarisation de " pulsa- tion " automatique est suffisant pour empêcher le dépassement et encore donne une vitesse franchement rapide de rééquilibrage.
Pour des systèmes plus rapides toutefois/ce procédé d'empêche- ment du dépassement a l'inconvénient que la pulsation doit com- mencer trop loin du point d'équilibre ou que la valeur constante du circuit de polarisation de Il pulsation Il doit être trop gran- de de sorte que l'intervalle suivant la dernière pulsation est prolongé de façon gênante.
En conséquence on prévoit une seconde polarisation auto- matique, après la sortie de volume contrôle automatique des cir- cuits radiographiques ( V.C.A.), qui sera appliquée à une valve ou à plusieurs valves de façon à empêcher le dépassement tout' en permettant à l'appareil de fonctionner à vitesse accrue.
Dans l'exemple représenté/figure 1, on l'applique à la valve V2.
La polarisation V.C.A. pour la valve V2 s'obtient à partir de l'enroulement secondaire 1 spécialement prévu dans ce but
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dans un transformateur T1, l'enroulement primaire de celui-ci constitue l'inductance du circuit d'anode accordé de V2. un au- tre enroulement secondaire 2 sur le transformateur T1 fournit le voltage de fonctionnement des grilles des " Thyratrons " V3 et V4.
Le premier enroulement secondaire a une extrémité reliée à l'anode de la diode dans la valve V2 et l'autre extrémité est reliée à une extrémité d'un circuit comportant une résistance R7, et un condensateur C7 montés en parallèle. L'autre extrémi- té de R7 et C7 est à la terre. Ainsi une polarisation négative est engendrée à travers R7 C7 lorsque le voltage alternatif à travers l'enroulement l'alimentant a une pointe de voltage plus grande que l'auto-polarisation en continu de la valve V2 pro- duite par une résistance R6 et un condensateur C6, Le point 1;1 fournit ainsi une polarisation V.C.A. " retardée " qui est ap- pliquée à la grille de commande de V2 par la résistance R5.
Comme le représente la figure 4,cette polarisation V.C.A. re- tardée a pour effet de produire la pleine amplification de l' amplificateur pour de petites impulsions initiales c'est-à-dire quand le système est presque en équilibre, mais réduit grande- ment l'amplification pour de grandes impulsions initiales.
Le condensateur C7conjointement avec R7,remplit un rôle important dans le fonotionnement du système. En plus de ce qu'il régularise le voltage de polarisation, il présente, avec R7, une certaine valeur constante telle que, bien qu'il se charge très rapidement si l'impédance de la diode est faible, il se décharge lentement du fait que la diode n'est pas conductrice pour le courant inversé. Ceci a pour résultat de retarder l'é- quilibrage de l'appareil. En raison de la valeur constante de R7 On.la polarisation automatique appliquée à V2 ne dépend pas seulement de l'amplitude du voltage de sortie mais aussi de la façon dont elle a été modifiée.
Si l'appareil se déplace vers
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un équilibre, c'est-à-dire si le voltage alternatif d'entrée à l'amplificateur décroît, le voltage à travers R7 C7 va, en rai- son de la valeur constante de la combinaison R7 C7, être quel- que peu supérieur à celui qui correspond au voltage d'entrée à un instant quelconque. Cette polarisation a pour effet de réduire l'amplification de V2 de sorte que le voltage transmis aux gril- les des Il Thyratrons Il sera aussi inférieure à celle qui corres- pondait autrement au voltage d'entrée. Ainsi le " Thyratron " qui était excité,sera coupé avant que l'appareil atteigne le point d'équilibre exact de sorte que la tendance au dépassement sera réduite.
Alors que la charge de C7 se dissipe, l'amplifica- tion totale de l'amplifioateur sera rétablie de sorte que, dans la zone d'équilibre, l'amplificateur aura son maximum de sensi- bilité, maintenant ainsi la " zone morte " etest-à-dire la zone dans laquelle les " Thyratrons Il ne peuvent fonctionner, très peu étendue.
Comme on l'a expliqué précédemment quand le système est très déséquilibré, un " Thyratron " fonctionne sans arrêt (c' est-à-dire à chaque 1/2 période positive du cycle ) et le sys- tème retourne rapidement vers l'équilibre. Avant, cependant, qu'il ait atteint le point exact d'équilibre, l'effet de la po- larisation V.C.A. qui est appliquée au condensateur C7 va rendre la sortie plus faible que celle correspondant à 1.'impulsion ini- tiale d'entrée à l'amplificateur de sorte que la sortie est main- tenant insuffisante pour faire fonctionner le " Thyratron ".
Alors que la polarisation de C7 se dissipe la sortie de l'am- plificateur augmente jusqu'à ce qu'elle soit suffisante pour faire fonctionner les " Thyratrons ". En raison de la polarisa- tion de " pulsation " le " Thyratron " fonctionne seulement une fois et il attend alors jusqu'à ce que la polarisation de " pul- sation " soit dissipée et pendant un temps supérieur même à ce- lui nécessaire au rétablissement de l'amplification de l'ampli- fioateur.
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Pour les faibles déséquilibres, par exemple, quand la quantité ou les caractéristiques varient lentement, la polari- sation V.C.A. ne doit pas agir complètement et l'amplificateur travaille à pleine sensibilité. Ainsi quand le déséquilibre dé- passe la " zone morte" le " Thyratron" va fonctionner une fois, et si cela est suffisant pour ramener le mécanisme de retour à l'équilibre dans la " zone morte "il ne fonctionnera plus tant qu'il ne se produira pas un nouveau déséquilibre,
Pour le réglage des valeurs constantes des circuits de polarisation automatiques R7 C7et F13 C11, ce dernier est éta- bli juste assez grand pour empêcher le dépassement pour de très faibles déséquilibres ( lorsque la polarisation V.C.A.
n'agit pas ) et le premier est alors réglé pour empêcher le dépasse- ment pour les grands déséquilibres.
Le diagramme de la figure 1, représente les anodes de la diode utilisées pour rectifier les polarisations automatiques comme étant situées dans la valve V2 qui pourrait être une dou- ble triode diode ou une double pentode diode, mais les diodes ou autres rectifieurs peuvent être utilisés.