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" CAPACIMETRE"
Le présent brevet à pour objet un appareil dénommé capaci- mètre destiné à la mesure de tout phénomène électrique pouvant se traduire par une variation de capacité, de self induction, ou de qualités d'un circuit oscillant et résultant par exemple soit d'un déplacement mécanique occasionnant une variation de oapaoité, soit de tout phénomène faisant intervenir la variation de la constante diéleotrique(variation de capacité) ou la per- méabilité magnétique (variation de self) d'un corps. Au cours de l'exposé de l'invention il sera donné les exemples d'applica- tion de l'objet de l'invention.
Afin de mieux faire ressortir l'exposé ci-dessus et faci- liter la compréhension de la description et du fonctionnement de l'appareil les dessins schématiques annexés représentent:
La fig.I, le schéma en ordre général de la disposition des éléments ou organes et des circuits constituant l'appareil en- visagé, .
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La ng.2 représente sChématiquement un diagramme représen- tant l'allure du courant continu fourni par un détecteur en ,de l'appareil anvisagé.
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fonction de l'accord d'un circuit oac3..lant rariable, . ,ea valeurs de 1''intensité I sont exprimées en ordonnée et en
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8-b-,inp, celles de la capacité 0.
La fig.3 représente un schéma analogue à celui de la figI8 montrant 1'étabiiasement des circuits pour la mesure d'une capacité et par exemple d'une self. des poxsi o e3 @ La flg.4 représente le schéma d'une/réalisation/de l'appa- reil avec oscillateur fixe constitué par un quartz et des cir- cuits pour la mesure par exemple d'une capacité et éventuellement traduire les va.riations du circuit oscillant en Volts.
L'appareil envisagé, voir fig.1, comporte branché sur une ligne d'alimentation en courant continu essentiellement un oscil- lateur 0 d'un type tel qu'il nécessite l'accord de deux circuits oscillants C1 et C2, un. détecteur D, un système compensateur à résistances R1 R2, et un appareil de mesure C.
On sait que si l'on désaccorde l'un des circuits oscillants d'un tel oscillateur 0, l'amplitude de l'oscillation fournie,
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varie très rapUe.11ent et conséquemment que le courant continu fourni par le détecteur D varie de la même façon$
Le détecteur D envisagé est construit de telle sorte que le courant redressé ait un sens tel que celui indiqué par la flèche f1. L'allure de ce courant en fonction de l'accord du circuit oscillant variable ( par exemple en fonction de la capa-
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cité du circuit) est donnée par la courbe 11, voir Llg.2, La caractéristique particulière de l'appareil consiste en ce que par 1'interméâiaire de la résistance P2 on oppose à Ij un courant 12 de sens contraire indiqué par la.
flèche fg propor- tionnel à la tension d'alimentation de l'osoillateur 0 qui com- mande l'amplitude de l'oscillation en fonctionnement au repos,
L'accord du circuit oscillant est réglé de telle aorte que les courants Il et I2 se compensant pour une certaine valeur du ...
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courant redressé (voir fig.2) c'est à dire le point P du dia- gramme ce qui fait que l'appareil de mesure G est alors au zéro à cette valeur de l'accord, on réalise ainsi un genre de pont de Wheastone.
De ce fait, on peut utiliser un appareil de mesure G de @ haute sensibilité et on peut considérer que l'indication donnée par celui-ci est pratiquement proportionnelle à la variation de l'accord du circuit et en fournit donc une mesure.
On remarquera que pour une différenoe notable des valeurs de I c'est à dire #1 correspond une très faible valeur # 0 de capacité.
On sait aussi que l'amplitude de l'oscillation est propor- tionnelle à la tension d'alimentation donc le courant I1 l'est aussi; de même le courant I2 est proportionnel 4 cette tension et il en résulte que le zéro de l'appareil de mesure G est pratiquement indépendant des variations de cette tension car si Il - I2 = O, # Il - # est nécessairement nul.
Il y a donc stabilisation automatique du zéro.
Les fonctions de déteoteur et d'oscillateur peuvent être remplies par le même tube.
On peut employer des circuits oscillants de nature quel- conque comme self capacité, quartz, etc.
Plus la qualité des circuits est élevée ( amortissement faible) plus la variation d'amplitude en fonction du désaccord d'un des circuits est rapide et plus la sensibilité est élevée.
On peut ainsi mesurer toute variation des caractéristiques du circuit oscillant: self, capacité, qualité du circuit.
La fig.3 représente le schéma analogue à celui de la fig.I, d'une réalisation de l'appareil dans lequel C2 est le circuit osoillant fixe et C1 le circuit osoillant déréglable du type self capacité, A et B sont les endroits ou se branohe la papa- cité à mesurer, et M et N ceux pour la mesure d'une self repré- sentée en traits interrompus après avoir au préalable par exemple enlevé la barette de connexion H, ou tout autre moyen
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équivalent.
La. fig.4 représente le schéma d'une autre réalisation de l'appareil destine à mesurer une capacité ou une variation de capacité.
Dans cette réalisation le circuit oscillant fixe C2 est formé par un quartz et le circuit oscillant déréglable C1 est du type self capacité. La capacité X que l'on veut mesurer ou dont on veut mesurer les variations se branche entre les points A et B à choisir de la self. La capacité C du circuit oscillant C1 sert réaliser l'accord du circuit oscillant et éventuelle- ment . compenser la présence de la capacité X àà mesurer ou dont on veut mesurer les variations.
On peut réaliser différentes sensibilités de l'appareil soit en variant les prises sur la self du circuit d'accord., soit en variant la résistance r dans l'appareil de mesure soit en shuntant convenablement celui-ci par S, voir fig.4.
Dans le cas ou l'on désire traduire les variations du cir- cuit oscillant en Volts, ceci est réalisable en prenant cette valeur aux bornes F et E. La tension de reoos entre les bornes E et F peut être ajustée entre des Unités extrêmement étendues en réglant R1 et R2.
L'apparsil envisagé permet de mesurer aisément des varia- tions de capacité de l'ordre de 0, 01 de mioromiorofarads.
De l'exposé ci-dessus, l'appareil dénommé capacimètr pourra être utilisé pour mesurer tout phénomène pouvant se traduire par une variation de capacité ou de self Induction, ou de la qualité d'un circuit oscillant.
On citera comme exemples: 1) tout phénomène pouvant faire intervenir un déplacement mécani- que qui cause soitune variation de capacité (variation de posi- ti.on relative des armatures ou du diélectrique d'un condensateur- déformation d'une selfInductance ou variation de celle-ci par déplacements d'objets dans le champ produit par celle-ci) d'où son
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application aux micromètres, dilatomètres, extensiomètres, à la
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mesure de vibration, aux balances éleotriques, , la mesure de températures (par l'intermédiaire d'une dilatation), comme amplificateur pour microphones électrostatiques et appareils similaires,
comme détection de discontinuités (détecteurs d'ob- jets métalliques ou de diélectriques de natures différentes).
3)Tout phénomène faisant intervenir la variation de la constante diélectrique (variation de capacité) ou de la perméabilité magné- tique (variation de self) d'un corps, d'où son application aux mesures chimiques (composition de mélanges,vérification de la constance d'un produit), aux mesures de températures, aux mesures de tensions ou d'intensité (par exemple saturation de noyaux magnétiques,eto), aux mesures de phénomènes thermiques, lumineux, à l'étude des surfaces de corps conducteurs.
Il est possible de faire des mesures à différentes fréquences celles-ci pouvant avoir à intervenir dans les résultats par exemple lorsqu'il s'agit de profondeurs de. pénétrations, d'ab- sorptions différentes suivant les longueurs d'ondes, de proprié- tés directives permettant par exemple de localiser le ohamp 'magnétique où électrique haute fréquence dans certaines direc- tions,
En résumé, il faut considérer comme rentrant dans le cadre du présent brevet un appareil de mesure dénommé capacimètre caractérisé par ce qui suit:
REVENDICATIONS
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"CAPACIMETER"
The present patent relates to a device called capacimeter intended for the measurement of any electrical phenomenon which may result in a variation in capacitance, inductance, or qualities of an oscillating circuit and resulting for example either from a displacement mechanical causing a variation of oapaoity, either of any phenomenon involving the variation of the dieotric constant (variation of capacity) or the magnetic permeability (variation of self) of a body. In the course of the description of the invention, examples of application of the subject of the invention will be given.
In order to bring out the above description more clearly and to facilitate the understanding of the description and the operation of the apparatus, the appended schematic drawings represent:
FIG. I, the general diagram of the arrangement of the elements or organs and of the circuits constituting the envisaged apparatus,.
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Ng. 2 schematically represents a diagram representing the shape of the direct current supplied by a detector in, of the considered apparatus.
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function of the agreement of a circuit oac3..lant rariable,. , ea values of the intensity I are expressed on the ordinate and
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8-b-, inp, those of capacity 0.
Fig.3 shows a diagram similar to that of figI8 showing 1'étabiiasement circuits for measuring a capacitance and for example a choke. poxsi o e3 @ The flg.4 represents the diagram of a / realization / of the apparatus with fixed oscillator consisting of a quartz and circuits for the measurement for example of a capacitance and possibly to translate the values. .riations of the oscillating circuit in Volts.
The apparatus envisaged, see fig.1, comprises, connected to a DC power supply line, essentially an oscillator 0 of a type such that it requires the tuning of two oscillating circuits C1 and C2, one. detector D, a resistor compensator system R1 R2, and a measuring device C.
We know that if we detune one of the oscillating circuits of such an oscillator 0, the amplitude of the oscillation provided,
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varies very quickly and consequently that the direct current supplied by the detector D varies in the same way $
The detector D envisaged is constructed so that the rectified current has a direction such as that indicated by the arrow f1. The shape of this current as a function of the tuning of the variable oscillating circuit (for example as a function of the
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quoted from the circuit) is given by curve 11, see Llg.2, The particular characteristic of the device consists in that through the intermediary of the resistor P2 we oppose to Ij a current 12 in the opposite direction indicated by the.
arrow fg proportional to the supply voltage of the oscillator 0 which controls the amplitude of the oscillation in idle operation,
The tuning of the oscillating circuit is adjusted so that the currents Il and I2 compensate for a certain value of ...
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rectified current (see fig. 2), that is to say the point P of the diagram, which means that the measuring device G is then at zero at this value of the agreement, a kind of bridge of Wheastone.
Therefore, a high sensitivity measuring device G can be used and it can be considered that the indication given by the latter is practically proportional to the variation of the tuning of the circuit and therefore provides a measurement thereof.
It will be noted that for a notable difference in the values of I, that is to say # 1, corresponds a very low value # 0 of capacitance.
We also know that the amplitude of the oscillation is proportional to the supply voltage, therefore the current I1 is also; similarly the current I2 is proportional to this voltage and it follows that the zero of the measuring device G is practically independent of the variations of this voltage because if Il - I2 = 0, # Il - # is necessarily zero.
There is therefore automatic stabilization of the zero.
The functions of deteotor and oscillator can be fulfilled by the same tube.
Oscillating circuits of any kind can be used such as capacitor choke, quartz, etc.
The higher the quality of the circuits (low damping) the faster the amplitude variation as a function of the detuning of one of the circuits and the higher the sensitivity.
It is thus possible to measure any variation in the characteristics of the oscillating circuit: inductor, capacitance, quality of the circuit.
Fig. 3 represents the diagram similar to that of fig. I, of an embodiment of the apparatus in which C2 is the fixed osoillant circuit and C1 the non-adjustable osoillant circuit of the self-capacitance type, A and B are the places where the papacity to be measured is switched on, and M and N those for the measurement of an inductor represented in broken lines after having previously for example removed the connection bar H, or any other means
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equivalent.
Fig.4 shows the diagram of another embodiment of the apparatus for measuring a capacitance or a variation in capacitance.
In this embodiment, the fixed oscillating circuit C2 is formed by a crystal and the variable oscillating circuit C1 is of the self-capacitance type. The capacitance X that we want to measure or whose variations we want to measure connects between the points A and B to choose from the self. The capacitor C of the oscillating circuit C1 serves to achieve the tuning of the oscillating circuit and possibly. compensate for the presence of the capacitor X to be measured or whose variations we want to measure.
Different sensitivities of the device can be achieved either by varying the taps on the choke of the tuning circuit, or by varying the resistance r in the measuring device or by suitably shunting it through S, see fig. 4 .
In the event that one wishes to translate the variations of the oscillating circuit into Volts, this can be done by taking this value at terminals F and E. The voltage of reoos between terminals E and F can be adjusted between extremely large units. by setting R1 and R2.
The apparatus envisaged makes it possible to easily measure capacitance variations of the order of 0.01 mioromiorofarads.
From the above description, the device called capacimeter can be used to measure any phenomenon which may result in a variation in capacitance or inductance inductor, or in the quality of an oscillating circuit.
We can cite as examples: 1) any phenomenon which may involve a mechanical displacement which causes either a variation in capacitance (variation in the relative position of the armatures or of the dielectric of a capacitor - deformation of a self Inductance or variation of the latter by displacements of objects in the field produced by it) hence its
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application to micrometers, dilatometers, extensiometers, to
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vibration measurement, with electric balances,, temperature measurement (through expansion), as an amplifier for condenser microphones and similar devices,
as detection of discontinuities (detectors of metallic objects or dielectrics of different natures).
3) Any phenomenon involving the variation of the dielectric constant (variation of capacitance) or of the magnetic permeability (variation of inductance) of a body, hence its application to chemical measurements (composition of mixtures, verification of the constancy of a product), temperature measurements, voltage or intensity measurements (for example saturation of magnetic cores, eto), measurements of thermal and luminous phenomena, the study of the surfaces of conductive bodies.
It is possible to take measurements at different frequencies which may have to intervene in the results for example when it comes to depths of. penetrations, of different absorption according to the wavelengths, of directive properties allowing for example to locate the magnetic field or electric high frequency in certain directions,
In summary, it is necessary to consider as coming within the scope of the present patent a measuring device called capacitance meter characterized by the following:
CLAIMS
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