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PONTIOMETRE A FONCTIONNEMENT VARIABLE.
La présente invention se rapporte à des perfectionnements dans les dispositifs générateurs de tension, dans lesquels on désire produire une tension de sortie "v" qui soit une fonction désirée v = f (x) du dépla- cement "x" d'un élément unique de commande ou une fonction v = f (x, z) du déplacement "x" et "z" d'une paire d'éléments indépendants de commande.,
Un but de l'invention est de produire un système du type men- tionné ci-dessus, dans lequel les fonctions désirées de tension peuvent être réglées avec une extrême précision d'après les données qui présentent la fonction sous une forme tabulaire, en déplaçant des prises le long d'une échelle graduée ou en mesurant la résistance entre des prises successives.
Un autre but de l'invention est de créer des moyens pour le ré- glage de la résistance totale du potentiomètre vari-fonction (fournissant une tension conforme à une fonction donnée) facilement et manuellement.
L'invention, dans toutes ses formes de réalisation décrites, comprend une combinaison d'éléments indiqués ci-après et qui portent les numéros de référence correspondant à ceux utilisés dans la description.
Diviseur de tension - Bobine de résistance à spires multiples disposée le long d'une rainure dans un cylindre non conducteur. Il se com- pose d'un fil droit ou enroulé en hélice et il est indiqué dans les dessins, de-une façon générale, par le numéro 23.
Potentiomètre d'interpolation - Enroulement de résistance à spi- re unique ou à spires multiples, spiral, muni de deux prises ou davantage et d'un contact à frottement ou balai. Il est indiqué dans les dessins, d'une façon générale, par le numéro 43.
Commutateur-sélecteur - Dispositif généralement circulaire de contacts fixes connectés à des prises respectives fixables et muni d'un ou plusieurs balais commandés. Il est indiqué dans les dessins, d'une façon générale, par le numéro 56.
Arbre de commande - C'est l'axe du potentiomètre d'interpola= tion et il est indiqué dans les dessins, d'une façon générale, par le numé ro 50.
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Couplage de mouvement intermittent - Couplage à engrenages pré- vu pour produire des déplacements pas à pas des balais du commutateur sé- lecteur en relation avec la rotation de l'arbre de commande. Il est indi- qué dans les dessins, d'une façon générale, par le numéro 80.
Le seul instrument variable se compose, fondamentalement, de la résistance du diviseur de tension connectée aux bornes d'une source de tension et fonctionnant conjointement avec le potentiomètre d'interpolation.
Des connexions en parallèle sont effectuées entre des secteurs prédétermi- nés sur le potentiomètre d'interpolation et le diviseur de tension.
On présente ici deux variantes de l'idée de base. Dans la pre- mière, ces connexions sont permanentes, dans la seconde elles sont intermit- tentes, par emploi du commutateur sélecteur et du couplage de mouvement in- termittent. Les secteurs sont prédéterminés manuellement au moyen de pri- ses facilement fixables. La fonction tension de sortie est obtenue par rap- port à la rotation de l'arbre d'entrée. On peut faire varier la pente de la tension de sortie en changeant l'emplacement des prises fixables.
Le potentiomètre "vari-fonction" à deux variables fonctionne selon le même principe fondamental, sauf qu'on prévoit plusieurs éléments au lieu des éléments uniques utilisés dans l'instrument à une seule variable.
D'une façon générale, toute relation fonctionnelle tension-dé- placement v = f (x) peut être simulée avec précision par un nombre suffisam- ment grand de potentiels (qu'on appellera potentiels de réglage) sur la courbe de la fonction entre lesquels on effectue des interpolations de po- tentiel.
La valeur "v" des potentiels de réglage respectifs est indi- quée par des chutes de tension le long du diviseur 20 tandis que les va- leurs x" correspondantes peuvent être reconnues d'après une échelle le long du potentiomètre d'interpolation 43. Pour régler l'intrument selon une tension de sortie conforme à une fonction désirée, on choisit un certain nombre de points, de réglage à intervalles généralement uniformes "x" sur la courbe de la fonction et on prédétermine leurs valeurs "v" respectives par un réglage soigneux des prises fixables.
Pour mieux comprendre l'invention, ses avantages sur la techni- que existante et les buts atteints par son utilisation, il convient de se reporter aux dessins ci-joints et à la description qui suit, dans lesquels les réalisations préférées de l'invention sont illustrées et décrites.,
Dans les dessins:
La fig. 1 est une vue schématique d'un potentiomètre Itvari-fonc- tion" à une seule variable selon l'invention.
. La fig. 2 est une vue partiellement arrachée, en coupe et par- tiellement en perspective du mandrin à résistance et de la prise fixable.
La fig. 2a est une vue de dessous de la prise fixable représen- tée sur la fig. 2.
La fig. 3 est une vue schématique d'une variante de l'instrument à une seule variable selon l'invention.
La fig. 4 est un diagramme d'une fonction à une seule variable v = f (x) dans un plan v-x.
La fig. 5 est une vue schématique d'une variante d'un instrument à une seule variable selon l'invention.
La fig. 6 est un diagramme d'une fonction à deux variables v = f (x, z) dans un plan v-z.
La fig. 7 est une vue schématique d'un potentiomètre "vari-fonc- tion" à deux variables selon l'invention.
On décrit ci-après le potentiomètre "vari-fonction: à une seule variable.
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Si on se reporte aux fige 1, 2 et 2a, on y a représenté le divi- seur 20 connecté au secteur d'alimentation de tension 21 et 22 par l'inter- médiaire d'une paire de prises attachables 23a et des conducteurs respectifs 26 et 27. La résistance 20 se compose d'un fil de résistance enroulé en hé- lice sur un noyau de cuivre fortement isolé 25 et placé dans une rainure spirale 28a, cette dernière étant creusée au milieu dans une rainure 28 sen- siblement en forme de "T" prévue dans un cylindre de bakélite 29. Pour les applications pour lesquelles l'impédance d'entrée du potentiomètre peut être relativement faible, on peut utiliser un fil droit pour curseur, sans noyau de cuivre 25.
On peut fixer plusieurs prises 23, sensiblement semblables aux prises 23a, manuellement, en des endroits prédéterminés sur la longueur de la rainure 28. L'emplacement voulu pour les prises 23 peut être déterminé à l'aide de graduations uniformément espacées 32 marquées sur la longueur de la rainure 28 ou en vérifiant la valeur des résistances entre les prises succès- sives 23.
La prise fixable 23 représentée sur les fig. 2 et 2a, se compose d'un contact sous ressort 33 prévu pour pouvoir glisser à l'intérieur d'un fourreau fileté extérieurement 34, contre la poussée d'un ressort 35.Le fourreau 34 est relié fonctionnellement, au moyen d'un joint collé ou/et fi- leté, en 30, à un manchon de bakélite 36, ce dernier abritant le ressort 35.
Un conducteur souple 37, prévu pour connexions extérieures, est passé dans le manchon 36 à travers un trou 39 de ce manchon et soudé au contact 33. Un fourreau taraudé 38, muni d'une joue rectangulaire 41 est disposé pour coo- pérer avec le fourreau 34 qui y est vissé. La joue 41 est prévue., au point de vue dimensions, de façon à pouvoir être insérée de l'extérieur dans la section entaillée de la rainure 28, mais le côté le plus long de la joue rec- tangulaire 51 est quelque peu plus grand que la largeur de la section entail- lée de la. rainure 28, ce qui empêche la rotation de la première dans ladite rainure.
Pour fixer une prise, l'opérateur insère le fourreau à joue 38 à un emplacement désiré de la rainure 28 et tourne le fourreau 34 au moyen du man- chon 36 jusqu'à ce qu'une pression de blocage suffisante soit produite entre la joue 41, le fourreau 34 et les sections respectives de la rainure 28. En même temps, une pression de contact est produite entre le contact 33 et l'en- roulement de résistance 20.
Bien que l'idée fondamentale exposée en relation avec la fige 2 reste sensiblement inchangée, il existe de nombreuses variantes possibles de la forme de fente et du modèle des prises 23. C'est ainsi que le mandrin 29 ne doit pas nécessairement être cylindrique et que les prises 23 peuvent être fixées par un effet de coincement ou par pression de ressort seulement.
Les conducteurs 37 sont reliés à des prises respectives 44 sur le potentiomètre d'interpolation 43.Les prises 44 peuvent être soudées ou sou- mises à l'action de ressorts. L'enroulement 43 peut être de divers types: a) Enroulement circulaire avec intervalle d'isolement entre ses extrémités. b) Enroulement continu au point de vue électrique, sans interval- le d'isolement. c) Bobine à spires multiples sensiblement semblable à la résistan- ce 20.
Pour identifier les prises respectives 44 sur l'enroulement 43 on peut disposer -une échelle 49 selon la longueur de ce dernier. En général, l'espacement entre les prises 44 est uniforme, mais on peut aussi le rendre non uniforme si on le désire. Un contact glissant de sortie 46 est prévu pour être déplacé par l'arbre 50, ce dernier étant commandé par un dispositif de commande 47,, approprié, (servo volant à main, thermostat).La distance de parcours peut être indiquée par un cadran indicateur approprié (non représen- té). Le potentiel du balai 46 est transféré, par l'intermédiaire d'une bague collectrice 51 à la borne de tension de sortie 52 qui, à son tour, peut être connectée à un circuit extérieur de charge (amplificateur,
indicateur de ten- sion) .
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Selon une variante de la disposition de la fig. 1 (non représen- tée), les deux résistances 20 et 43 peuvent être accouplées mécaniquement l'une à l'autre et prévues pour être déplacées simultanément par un disposi- tif de commande 47, relativement au balai 46 au lieu que ce soit le balai 46 qui soit tourné par rapport à la résistance 43. Si la résistance 43 est un enroulement circulaire,le balai de contact 46 reste fixe tandis que les ré- sistances 20 et 43 tournent.
Si, au contraire, la résistance 43 est une bo- bine spiraleà spires multiples, le balai 46 est prévu pour se déplacer dans une direction parallèle à l'axe de la première par un effet de vis sans fin, et peut être déplacé sans interrompre le contact électrique d'une extré- mité de l'enroulement 43 à 1-'autre, pendant qu'on fait tourner les résistan- ces 20 et 43.
Il est évident qu'il n'y aura des connexions de croisement des conducteurs 37 que pour les fonctions v = f (x) qui présentent à la fois des pentes positives et négatives.
La description du potentiomètre "vari-fonction" à deux variables est la suivante:
Si on se reporte à la fig. 6, elle montre la méthode générale pour la représentation graphique d'une fonction de deux variables v = f (x,z) comme famille de courbes dans un plan à deux dimensions v-x, z étant considé- ré comme un paramètre variable pouvant prendre des valeurs fractionnaires aussi bien que des valeurs entières Dans la fig. 6, on n'a représenté que des courbes correspondant à des valeurs entières z = 0, 1, 2, 3 etc...
Le but de l'appareil peut être défini, de façon générale, comme étant de trouver la tension "v" pour toute combinaison désirée de données mécaniques d'entrée "x" et "z" conformément à la fonction v = f (x,z). Un exemple rendra ce principe fondamental plus clair:
En supposant qu'on désire trouver la valeur de "v" pour x = 4,57, z = 2,35 dans la fige 6, on détermine d'abord la position de la verticale x = 4,57 dans le plan v-x par interpolation linéaire entre x = 4 et x = 5.
Ensuite, on trouve la position de z = 2,35 sur la ligne x = 4,57 par une in- terpolation linéaire entre z = 2 et z = 3, ce qui donne la valeur finale de "v".
Cette façon relativement simple pour déterminer la valeur d'une fonction de deux variables v = f (x, z) est suivie de très près par les potentiomètres vari-fonctionnels à deux variables.
En se reportant à la fig. 7, on y a représenté plusieurs divi- seurs 20,munis de plusieurs prises respectives fixables 23,ces dernières étant connectées par l'intermédiaire de conducteurs.37 aux prises respectives 44 sur des résistances d'interpolation 43.Les arbres respectifs de commande 50 peuvent être reliés mécaniquement entre eux et commandés simultanément par le dispositif d'entrée "x" 47. Les bornes de sortie 52 sont connectées par des conducteurs respectifs 37a. aux prises 44a d'un enroulement unique de potentiomètre 43a, ce dernier étant commandé par le dispositif d'entrée "z" 47a.
L'enroulement 43 peut être de divers types: a) Enroulement circulaire avec intervalle d'isolement entre ses extrémités. b) Enroulement continu au point de vue électrique, sans inter- valle d'isolement. c) Bobine à spires multiples sensiblement analogue à la résis- tance 20.
Le potentiel final de sortie de l'instrument est obtenu sur la borne 52a.
Le fonctionnement du système décrit ci-dessus est le suivant:
Le réglage des prises 23 est tel qu'il produit une fonction po- tentiel de sortie "z" désirée 'z - 0, 1, 2,3 ...) aux bornes respectives 52, selon le déplacement de l'arbre 50. Le balai 46a interpole entre ces po-
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tentiels et produit un potentiel de sortie selon la fonction v = f (x,z) à la borne 52a.
Il est visible que pour les courbes correspondant à des valeurs fractionnaires (non entières) de "z" dans la fig. 6, l'espacement des pri- ses 44a sera proportionnellement non uniforme.
Il est évident quau lieu d'utiliser plusieurs résistances res- pectives 20 et 43., on pourrait utiliser une paire d'enroulements uniques de résistance. Une telle disposition bien que plus simple au point de vue construction, peut présenter des difficultés plus grandes pour le réglage préalable de la relation fonctionnelle dans l'instrument.
En outre, chaque combinaison des résistances 20-43 pourrait être remplacée par un potentiomètre fonctionnel de tout type classique et commer- cial (potentiomètres cylindriques à carton de largeur décroissante, à prises-, ou gravés), les autres connexions'électriques restant sensiblement sembla- bles à celles de la fige 7.
Si on se reporte à la fig. 3, elle représente une variante de modèle du potentiomètre "vari-fonction" à une seule variable, utilisant un commutateur sélecteur 56 et le couplage de mouvement intermittent 80. Les prises 23 du diviseur 20 sont connectées par l'intermédiaire des conducteurs 37 aux barres respectives 54 du commutateur 56 Les barres 54 sont disposées en deux rangées concentriques 61 et 62, les barres de chacune des rangées étant de même taille et à des distances égales les unes des autres.
(Dans la 'fige 3,les barres de la rangée 61 sont représentées schématiquement plus grosses que les barres de la rangée 62).Une échelle circulaire 60, munie de graduations numérotées peut être disposée sur la circonférence du commu- tateur 56 pour identifier les barres respectives 54. Une paire de balais 57 et 58, isolés l'un de 1-'autre et connectés à une aiguille commune 90, sont prévus pour coopérer conductivement avec les barres 54 dans les rangées res- pectives 61et 62 et avec deux bagues collectrices 91 et 92. L?aiguille 90 est couplée fonctionnellement avec un arbre 63 et est établie pour dépla- cement intermittent pas à pas par un accouplement à mouvement intermittent 80;
ce dernier est constitué par deux pignons en prise 67 et 68, couplés aux arbres respectifs 50 et 72 et par deux pignons 71 et 69 pouvant être amenés en prise par intermittence et couplés aux arbres respectifs 63 et 72. Le rapport de transmission entre les pignons 67 et 68 est de 2 à 1; le pignon 69 ne comporte qu'une seule dent et sera appelé roue à came; le nom- bre de dents du pignon 71 est égal au nombre de barres 54 du commutateur 56.A chaque tour de l'arbre 50, la roue à came 69 vient en prise avec le pignon 71 et déplace les balais 57 et 58 de la moitié de la distance réelle d'une paire de barres consécutives dans l'une des rangées 61 ou 62.
Les balais 57 et 58 sont connectés par l'intermédiaire des ba- gues collectrices 91 et 92 des conducteurs 76 et 77 aux prises respectives 44a et 44b, ces dernières étant disposées à 1800 l'une de l'autre sur une bobine de résistance continue électriquement 43.Un balai de sortie 46 est relié fonctionnellement à l'arbre 50 et prévu pour déplacement en engage-. ment de contact avec la bobine 43 par Isolément de commande 47.
Le fonctionnement du système décrit à 1-laide de la fige 3 est le suivant:
Les potentiels appliqués aux barres 54 dans les rangées 61 et 62 identifient les valeurs "v" des points 0, 2, 4, 6 ...et 1, 3, 5, 7 ...res- pectivement sur la courbe de la fonction v=f (x).Les points 0, 1, 2, 3, 4 ..sont espacés à des distances 'uniformes les uns des autres, par rapport à 1-'axe, "x" représenté sur la fig. 4. A la position de déplacement zéro de l'arbre 50, le balai 46 est placé en face de la prise 44a, le balai 57 à l'extrémité de droite de la barre 54-0 et le balai 58 à l'extrémité de gau- che de la barre 54-1.
On a supposé, dans cet exemple, que le sens de rota- tion des balais respectifs 46, 57 et 58 est dans le sens des aiguilles d'une montre. Lorsqu'on déplace le balai 46 en direction de la prise 44b, sa ten- sion variable représente des valeurs de potentiel interpolées entre les po- tentiels des barres respectives 54-0 et 54-1. Relativement au balai 46, court-
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circuitant, la prise 44b, la roue à came 69 attaque le pignon 71 et déplace le balai 57 vers l'extrémité de gauche de la barre 54-1 et le balai 58 vers l'extrémité de droite de la barre 54-1. De cette façon, à mesure que le ba- lai 46 est déplacé davantage en direction de la prise 44a, son potentiel varie graduellement entre les potentiels des barres 54-1 et 54-2.
On com- prendra que le fonctionnement du couplage 80 est répété chaque fois que le balai 46 court-circuite la prise 44a ou 44b, dans un sens de rotation quel- conque. De cette façon, une fonction potentiel de sortie continue est pro- duite à la borne de tension de sortie 52 en relation avec la rotation de l'arbre 50.
Plus le rapport de résistance du diviseur 43 au potentiomètre 20 est élevé, plus l'effet de charge est petit, et la linéarité de la ré- partition du potentiel sur la longueur du diviseur 20 est conservée. Ce ty- pe de disposition permet un réglage préalable direct des relations fonction- nelles conformément à l'échelle 32 sans avoir recours au calcul ou à des instruments de mesure.
La résistance totale du potentiomètre "vari-fonction" est appro- ximativement égale à la résistance 20 et peut être réglée manuellement en connectant les prises 23a aux points désirés de la résistance 20. Si, par exemple, les prises 23a sont connectées sur 5 spires d'une bobine de résis- tance 21 à 25 spires, un cinquième seulement de la longueur totale de la résistance est intercalé dans le circuit.Lorsqu'on fait ainsi un réglage de résistance, l'étalonnage de l'échelle 32 doit être modifié proportionnel- lement.
Pour indiquer le déplacement du balai 46, un cadran (non repré- senté) comprenant deux échelles, l'une pour indiquer les tours complets et l'autre les fractions de tours,peut être fixé sur l'arbre 30.
Il est évident que des variantes du dispositif de la fig. 3 sont envisagées dans cette invention et comprennent: a) L'utilisation de:
1 - Une seule rangée de barres 54.
2 - Un engrenage de transmission de rapport lai entre les pignons 67 et 68.
3 - Un enroulement de résistance circulaire 46, non continu élec- triquement' muni d'une prise isolée entre une paire de prises à espacement étroit 44a et 44b. b) L'utilisation de :
1 - Triple rangée de barres 54.
2 - Un rapport de transmission de 3 à 1 entre les pignons 67 et 68. .
3 - Un enroulement de résistance circulaire 46, continu électri- quement, muni de 3 prises à intervalles de 120 . c) Utilisation de types modifiés d'accouplements de mouvement intermittent, basés sur un effet de came ou sur un effet électro-magnétique.
Si on se reporte à la fig. 5,elle représente schématiquement un potentiomètre vari-fonction à une seule variable prévu pour être utilisé dans une application dans laquelle on ne désire qu'une conformité approxima- tive de la tension de sortie avec la fonction désirée.
Il se compose fondamentalement d'un commutateur sélecteur 56 muni d'un grand nombre de barres 54, ces dernières étant disposées circonférentiel- lement à distance uniforme les unes des autres. Chaque barre 54 peut prendre un potentiel désiré si on la connecte par un conducteur respectif 37 et une prise fixable 23 au diviseur de tension 20. Un balai 57 est prévu pour être déplacé par un arbre 50 en prise conductive avec les barres 54 et avec une bague collectrice 91 ; la largeur du balai 57 est légèrement plus grande que
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la largeur de la couche d'isolement entre une paire de barres consécutives 54.
De cette façon, pendant la commutation du balai 57 entre une paire de barres respectives 54, cette dernière est reliée électriquement par le corps du ba- 'lai 57. Ceci a pour effet général de court-circuiter un secteur du diviseur 20, ce qui, à son tour, diminue la résistance totale de ce dernier, augmente l'intensité du courant et produit un écart du potentiel de sortie par rapport à une valeur réglée préalablement. Pour des fonctions ayant des pentes modé- rées, les écarts par rapport à la valeur de réglage préalable sont relative- ment faibles,, et diminuent avec l'augmentation du nombre de barres 54.
Le potentiel de sortie reste constant pendant que le balai 57 se déplace le long d'une barre 54 et varie rapidement quand le balai 57 commute.
Dans ce type de dispositif, le changement du potentiel est effectué pas à pas, et non pas par variations graduelles, mais ceci peut être satisfaisant dans un grand nombre d'applications qui n'exigent pas de la précision.
Il est évident que la disposition de la fige 5 peut être utilisée en connectant de façon appropriée les branches d'alimentation de tension dans les applications dans lesquelles on désire obtenir un courant de sortie selon une fonction donnée (et non pas une fonction de sortie potentielle).
Il va aussi de soi que toutes les réalisations décrites jusqu'ici du potentiomètre "vari-fonction" peuvent être utilisées comme éléments non linéaires réglables dans un système d'accompagnement approprié pour commander une charge entraînée par un moteur selon une relation fonctionnelle désirée.
Bien que l'invention ait été décrite en se référant à certaines réalisations, il est évident qu'elle est applicable non seulement à des élé- ments de résistance mais aussi à tous types de sources de tension variables, comprenant des dispositifs de division de tension munis de prises sur lesquel- les on peut prélever des tensions de valeurs, de phases et de fréquences dif- férentes, et les appliquer sélectivement à des dispositifs d'interpolation de tension.
REVENDICATIONS.,
1 - Potentiomètre à fonctionnement variablecaractérisé en ce qu'il comporte un mandrin muni d'une rainure conformée à plusieurs tours, un dispositif diviseur de tension disposé dans cette rainure, plusieurs con- tacts fixables manuellement prévus pour être fixés conductivement audit dis- positif de division à des endroits prédéterminés de ladite rainure, et une source de tension prévue pour être connectée audit dispositif de division de tension.