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On connaît de nombreux types d'appareils portatifs pour mesure des vitesses : mesures de la vitesse de rotation d'un arbre (tachymètre), de la vitesse d'écou- lement d'un fluide (moulinet, anémomètre, etc...)
Ces appareils sont constitués par l'association d'un organe capteur, et d'un organe de lecture ou de comptage
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Le capteur est très souvent constitué par un organe ' électro-mécanique (dynamo, alternateur, contact...) qui convertit la grandeur à mesurer la vitesse, en une gran- deur électrique qui lui est réputée proportionnelle.
. Les appareils connus, sont, en général, plus ou moins bien adaptés aux mesures sur les systèmes de faible puissance ou dont le régime peut être facilement perturbé (mesure de la vitesse de rotation d'un moteur de très petite puissance ; mesure de la vitesse d'écoulement de l'eau dans un conduit de faibles dimensions transversales.) Le bon fonctionnement du capteur de ces appareils requiert en effet une puissance non négligeable liée à l'existence ' de frottements et, dans certains cas, à la. présence d'un couple de freinage d'origine électro-magnétique ou électro.' statique.
On reproche souvent à ces appareils de ne pas permet- tre une lecture directe de la vitesse mesurée ou de ne fonctionner que dans un domaine de vitesses insuffisam- ment étendu.
La présente invention remédie à l'ensemble de ces lacunes et a pour objet, à titre de produit industriel nouveau, un dispositif électronique portatif de mesure des vitesses ayant les caractéristiques suivantes - Le capteur, de très petites dimensions, en liaison avec l'ensemble électronique par un câble électrique souple, n'exige, pour son fonctionnement, qu'une puissance mécanique de commande insignifiante.
- La gamme des vitesses mesurables est très étendue cette gamme est fractionnée en plusieurs sous-gammes (ce qui permet, dans tous les cas, une bonne précision
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de lecture), le passage de l'une à l'autre de ces sous-gammes étant obtenu par le seul jeu d'un com- mutateur.
- La valeur de la vitesse mesurée est lue directement sur l'échelle graduée d'un appareil à aiguille.
- L'ensemble de ce dispositif est léger, d'encombrement réduit ; il peut être alimenté soit à partir du secteur électrique au moyen d'un bloc d'alimentation approprié, soit'au moyen de piles ; ce dernier mode d'alimentation confère à l'appareil une grande autonomie de fonction- nement' et lui assure une grande souplesse d'emploi.
- L'appareil peut délivrer un courant (ou une tension) électrique, continu et proportionnel à la vitesseme- surée ce qui le rend apte à la commande d'un enre- gistreur.
- Du point de vue industriel, la réalisation de l'ap- pareil ne présente pas de difficultés ; la, partie mé- canique est de conception très simple (pas de difficile problème d'étanchéité) et le montage électronique peut être réalisé au moyen de pièces détachées usuellement employées en électronique industrielle.
L'ensemble du dispositif résulte de la conjugaison des moyens principaux suivants : -' 1 / Emploi d'un oapteur constitué par une inductance variable, de très petites dimensions, constituée par un bobinage solénoidal, à plusieurs couches embroché sur un circuit magnétique. Ce dernier, constitué, par exemple, au moyen de languettes découpées dans un matériau ferromagnétique de bonne perméabilité, possède un entrefer. Une palette
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ferromagnétique montée sur un arbre dont l'axe est situé dans son plan, peut tourner au sein de l'en- trefer ; elle est disposée.de telle sorte que sa rotation entraine d'appréciables variations de la réluctance du circuit magnétique et par suite de l'inductance apparente du bobinage..
L'ensemble du montage électronique est condition- né de telle sorte qu'en fonctionnement,l'induction dans le circuit magnétique, demeure très faible.
Dans ces conditions, et vu les faibles dimensions de la palette, les forces magnétiques sur cette dernière sont très faibles. Elles sont inférieures aux forces de frottements lesquelles sont d'ailleurs très minimes puisqu'elles se réduisent pratiquement aux forces de frottements de l'axe, de petit diamètre, sur ses deux paliers.
Pendant le fonctionnement, la tension purement alternative aux bornes de l'inductance est faible (inférieure, par exemple, à 1 volt). Moyennant de banales précautions d'isolement, le capteur peut alors fonctionner immergé dans l'eau. Cette circonstance est propre à simplifier le problème de l'étanchéité dans le cas où le capteur est destiné à fonctionner comme moulinet hydraulique..
. 2 / Emploi d'un dispositif électronique exploitant correctement les données du capteur aux très bassés comme aux plus hautes vitesses de rotation de celui-ci, c'est-à-dire, emploi d'un montage électronique délivrant un signal électrique uni- quement fonction de la vitesse de rotation du
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capteur (et, plus précisément,, propationnel à celle- ci} dans un domaine de vitesses- très étendu, ledit signal électrique devant être d'un niveau suffisant pour assurer le fonctionnement d'un robuste appareil de lecture à aiguille.
On adopte, à ces fins, un circuit électronique du type à courant porteur ou similaire (modulation en amplitude par le capteur), suivi d'un détecteur, en association avec un circuit de fréquencemètre du type à écrêteur ou du type " Vecchiacchi " ou tout autre type similaire.
- 3 /Emploi, pour la réalisation du montage électronique, de pièces détachées miniatures (emploi de tubes à vide du type miniature ou mieux subminiature ou emploi de transistors), - 4 Adoption, pour le montage électronique, d'éléments dont les valeurs conduisent à une consommation électrique globale très réduite (200 à 300 milli- watts au maximum) ; lefonctionnement de l'appareil peut être ainsi assuré facilement par des piles usuelles de petites dimensions.
A titre indicatif et non limitatif, il est décrit un mode de réalisation de l'invention, en se référant aux dessins annexés, figures 1 à 4, qui re- présentent :
Figure 1 : une vue en coupe axiale d'un moulinet hydraulique équipé d'un capteur à inductance variable.
Figure 2 : une vue en perspective cavalière du capteur.
Figure 3 : un schéma d'ensemble du montage électro- ni.que.
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Figure 4 une vue en perspective cavalière représentant un mode de présentation de l'appareil équipé d'une alimentation par piles.
Suivant..la figure 1, :le moulinet comprend princi- palement :
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-ne e,Qx#4,<en f#!me \dt:ps:ÓÎid?eùde .Jiévolu.t:i.1Gfn allongé (réalisé, --.en acier inoxydable) .et comprenant !
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18. le -QQ2ws .,propre.ment ,!1:i<:!ï,, à l'intérizur duquell est logé le capteur ;un trou-est percé à la ,partie- arrière : il -sert à fixer le mou- linet sur une tige '10 au moyen d'une vis de blocage 11 ; b) l'ogive 5, vissée,sur le corps ; elle porte à son extrémité et à ,sa partie arrière, Ies sup- ports de palier, vissés 4 et 7 ment.
- l'arbre du moulinet 6, en acier 'spécial et .ses deux paliers 15 (:bronze ou rubis ), ....1 'hélice 2, interchangeable, embrochée à l'extré- mité de l'arbre sur un clips .élastique 1 et .une virole 3,, - le capteur Logé .à l'intérieur du moulinet, comprend une partie fixe constituée par la bobine 8 et son circuit magnétique +ouvert et une partie mobile 13 montée en extrémité d'arbre ;
une des extrémités dubobinage est réunie au corps du moulinet,l'autre extrémité est reliée à une sortie coaxiale 14 par l'intermédiaire d'un contactélastique venant en appui sur une lamelle conductrice fixée au fond du moulinet au moyen d'une colle diélectrique (colle
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f " araldite " par exemple) ; l'ensemble du capteur fait corps avec l'ogive ; la partie fixe du capteur est en effet maintenue par deux bras métalliques fixés sur la pièce support du palier arrière.
Suivant la figure 2,le capteur comprend principalement : - la bobine 8, constituée par un enroulement bobiné sur une carcasse isolante ; sur l'une des joues de la carcasse est fixé le contact élastique 19 de sor- tie ; -,le circuit magnétique ouvert 17 sur lequel est embrochée la bobine ; ce circuit est constitué par . des languettes de faible épaisseur en mumétal (ou en tout autre matériau ferromagnétique de bonne qualité); la bobine est calée sur le circuit magnétique au moyen d'une pièce isolante 18 à l'intérieur de laquel- .le est prévu un passage pour une vis de fixation ; - le rotor constitué par un petit cylindre en matière .isolante (plexiglass par exemple) au sein duquel est noyée la palette ferromagnétique 16 ;
cette dernière est constituée par un empilement de minces éléments de tôle ferromagnétique (même matériau que le circuit magnétique 17 ) ; conception de la partie tournante du capteur est intéressante : en intégrant la palette magnétique dans un cylindre (dont la surface est polie), on réduit le couple de frei- nage.
Suivant la figure 3, le montage électrique du type à courant porteur, équipé de tubes à vide et fonctionnant sur piles, comprend principalement :
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- un étage auto-oscillateur (tube N) avec une inductance accordée fonctionnant sur une fré- quence F ; - un circuit en pont, du genre pont de Wheatstone, alimenté sous faible tension alternative (de l'ordre du volt ) par l'auto-oscillateur ; ce circuit comprend les éléments R1, p, R2,L 2 (inductance accordée par un condensateur) et l'inductance variable L1 du capteur (un conden- sateur d'accord est également branché en paral- lèle sur L1);
les variations d'inductance du capteur, engendrées par la rotation de la palette ferro-magnétique, font apparaître dans la dia- gonale détecteur Il du pont, une tension alter- native de fréquence F,profondément modulée en amplitude à la fréquence f, cette dernière ayant une valeur double (ou quadruple si le pont est à l'équilibre pour la valeur moyenne de l'in- - ductance du capteur) de la vitesse de rotation exprimée en tours par seconde, du capteur ; - un étage amplificateur (tube P) à liaison " ré- sistance-capacité " ;; cet étage amplifie la tension de fréquence F, modulée en amplitude qui apparaît dans la diagonale " détecteur " du pont ;
- un étage détecteur (diode du tube N) attaqué par le signal de fréquence ?,modulé, délivré par
J'étage amplificateur ce détecteur délivre une tension alternative de fréquence f et d'ampli- tude suffisante pour permettre une excitation
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correcte du dispositif écrteur qui le suit ; le cir- cuit de détection est équipé d'un filtre F. destiné à éliminer la composante de fréquence F porteuse; afin de rendre aisée la réalisation du filtre, on attribue à la fréquence por-teuse une valeur F notable- ment supérieure à la plus grande valeur que peut prendre f (cette dernière est égale au double, ou au quadruple, de la plus grande vitesse exprimée en tours par seconde, à laquelle le capteur est appelé à fonctionner ) ;
à titre d'exemple, indiquons que pour un appareil destiné à fonctionner à des vitesses de rotation inférieures à 12 000 tours par minute.
(celle-ci correspond à un f maximum de 400 périodes par seconde), il y a lieu d'adopter une fréquence porteuse F de l'ordre de 15000 à 20000 périodes par seconde ; - un circuit de mesure de fréquence du type classique à écrêter(tube Q) ; la détection est assurée,, par l'élé- ment diode du tube Q et par une diode D au germanium (ou par un redresseur cuproxyde ou similaire ) ; le courant moyen détecté, mesuré par l'appareil à cadre mobile.
-Me, est proportionnel à la fréquence f et à la capa- cité C ; un commutateur à plusieurs positions permet la mise en jeu de diverses capacités et par suite permet de conférer à l'appareil diverses sous-gammes de fonctionnement (4 dans notre exemple) ; les diverses capacités C àutiliser sont déterminées expérimenta- lement à partir d'un étalonnage direct ;à titre purement indicatif, voici pour un fonctionnement en
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tachymètre, un ensemble de sous-gammes qu'il est pos- ' sible de conférer à un appareil du type décrit : 0-100,
0-250, 0-1000,0-2500, 0-10000, 0-25000 tours par minute ; l'étalonnage de l'appareil n'est pas affecté par les variations de la tension de chauffage des filaments tant que ces variations ne sont pas supé- rieures à 25 % de la tension nominale ;
par contre, la valeur de la tension anodique a une influence sur les lectures : il faut ajuster cette tension a la valeur correspondant à l'étalonnage : une résistance réglable RB est prévue à cet effet ; avant toute série de mesures, on agit sur cette résistance pour amener l'aiguille de l'appareil de lecture en face d'un repère : une position B du commutateur J de sous- gammes est affectée à cette opération de tarage au cours de laquelle l'appareil de lecture fonctionne en voltmètre (une position A de contrôle de l'état des piles alimentant les filaments, est également prévue).
Suivant la figure 4, le montage électronique est présenté sous forme de deux petits coffrets parallélépi- pédiques semblables : l'un des coffrets E contient' le montage électronique proprement dit, l'autre G contient les piles.
Ies deux coffrets, étanches, peuvent être as- semblés rapidement au moyen de deux crochets H et du connecteur d'alimentation K ; cedernier est constitué par une plaquette isolante portant des fiches. le capteur est branché en S.
Si l'on désire qu'en exploitation les deux cof- frets soient disjoints, il est alors aisé d'assurer les liaisons d'alimentation au moyen d'un cordon électrique
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