Instrument de mesure électrique à échelles multiples. Cette invention a pour objet un instru ment de mesure électrique à échelles multi ples.
L'instrument selon l'invention est caracté risé en ce qu'il comporte un seul appareil in dicateur à cadre mobile et un redresseur, dont la sortie est connectée audit appareil in dicateur, lors de la mesure de courants alter natifs, -ceux-éi étant fournis au redresseur par l'intermédiaire d'un transformateur.
Dans un instrument de mesures à. échelles multiples, il est actuellement très désirable que l'appareil indicateur ait la même forme de graduation pour plusieurs échelles, vu que les divisions de la, graduation peuvent être marquées à l'aide de chiffres arbitraires que l'on multiplie par une constante selon l'échelle.
La création d'un instrument. de me sures à échelles multiples ayant la même forme de graduation pour toutes les échelles lorsque l'instrument est destiné à être em- ployé avec du courant continu seulement, ne présente pas de. difficultés, vu que le pro blème de l'adaption de l'instrument à fonc tionner selon@différentes échellesconsistà seule ment à introduire dans le circuit de l'appa reil indicateur -des résistances- appropriées en dérivation ou en série.
Une forme d'exécu tion très commode d'un instrument de me sures électriques à échelles multiples, lequel est destiné, par le .simple mouvement d'un cadre mobile; à mesurer différentes échelles de tension et d'intensité et qui est également destiné à donner une mesure directe d'une résistance, est celle protégée par le brevet suisse no 107655. Dans cet instrument, la même forme de graduation sert aux lectures de tension et de l'intensité et il suffit dans ce but de régler simplement le commutateur à l'échelle appropriée et ensuite de multiplier la. lecture donnée par l'aiguille par la cons tante appropriée applicable à l'échelle en question.
Cependant, lorsque l'instrument de me sure doit être employé dans des circuits à cou rant alternatif, il n'est pas si facile d'em ployer la même forme de graduation. Ceci est dû au fait que la courbe utilisée de tension du courant redressé par le redresseur, en par ticulier par un redresseur à métal, n'est pas une ligne droite pour -des basses tensions. Plus particulièrement, le type habituel de redresseur à métal, fabriqué et mis en vente actuellement, nécessite l'application d'environ un demi-volt avant qu'il commence à rectifier.
Evidemment, ceci n'a pas une grosse impor tance lorsque l'instrument est réglé pour des échelles qui donnent une déviation totale sur la graduation -du cadran de l'ordre -de 120 volts ou,de 1200 volts, mais, lorsque l'instru ment est réglé pour de faibles valeurs de ten sion donnant, par exemple, une déviation to tale --sur le cadran pour 1,2 volt, par exemple, le fait ci-dessus a une importance considé rable et a pour effet d'empêcher l'emploi de la même forme de graduation pour toutes les valeurs à moins que -des précautions spéciales soient prises.
L'emploi de plusieurs gradua tions dans un instrument à échelles multiples conduit à des confusions et est des plus indé sirable. Ce désavantage peut être évité au moyen de l'instrument selon la présente in vention, au moyen d'un transformateur grâce auquel les courants alternatifs à mesurer sont fournis au redresseur, de manière que pour chaque proportion donnée de la valeur de base de la graduation totale, sur chaque échelle donnée, le courant secondaire tel qu'il est fourni au redresseur, est constant.
L'amenée @du courant au redresseur, par l'intermédiaire -d'un transformateur, a égale ment l'avantage que l'instrument peut être utilisé pour mesurer la quantité de courant alternatif superposée à un courant station naire ou continu, vu que, si la .saturation en courant n'est pas atteinte, la composante al ternative sera seule transformée par le trans formateur et mesurée par l'appareil indica teur.
Les dessins annexés représentent, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'instru- ment selon l'invention combinée pour courants alternatifs et courants continus.
La fig. 1 est une vue de face de l'instru ment complet; La fig. 2 est une vue par derrière de l'instrument, le couvercle étant enlevé; La fig. 3 est une vue en plan de l'instru ment, le couvercle externe étant égaïement enlevé, et La fig. 4 est une vue de détail 'Montrant le fonctionnement de certains commuta teurs, et La. fig. 5 est une vue montrant le fonc tionnement de certains autres commutateurs;
La fi-. 6 est un schéma des connexions de l'instrument pour la partie à courants alter natifs, et La fig. 7 est un schéma des connexions de l'instrument représenté aux fig. 1 à 3.
En référence en premier lieu à la fig. 6 des .dessins annexés, qui représente le circuit de la partie à courant alternatif de l'instru ment de mesure représenté aux dessins an nex6s, l'instrument représenté est destiné à. mesurer quatre échelles :de courants alterna tifs (à savoir 1200 volts, 120 volts, 12 volts et 1,2 volt pour une déviation totale de l'ai guille sur la graduation dans chaque échelle) et trois échelles d'ampérage de courants al ternatifs (à savoir 12 ampères, 1,2 ampère et 0,12 ampère pour une déviation totale de l'aiguille .sur la graduation dans chaque échelle).
L'instrument est muni d'un commu tateur a ayant sept contacts d, d, a3, cs4, d, cr6 et a7, correspondant chacun ù une échelle.
Le bras ca$ du commutateur qui est connecté à l'une (b) des bornes d'entrée b et c de l'ins trument de mesure, est destiné à faire con tact avec l'un des plots<I>al à</I> a7. L'appareil indicateur à cadre mobile d est connecté en pont à un redresseur e à métal à ondes com plètes, le redresseur étant connecté de la ma nière connue au secondaire f .d'un transforma teur f. Une des extrémités de l'enroulement secondaire f est connectée à l'une -des extré mités de l'enroulement primaire f2 qui, à son tour, est connecté à l'autre borne d'entrée c de l'instrument de mesure.
Un des conduc- teurs partant du redresseur e pour aller à. l'enroulement secondaire, de préférence le conducteur reliant le redresseur avec l'extré mité de l'enroulement f secondaire qui n'est pas connecté directement à l'enroulement f primaire, comporte une résistance g, un com mutateur la de court-circuitage étant connecté à travers cette résistance pour le but décrit ci- après.
L'enroulement primaire f2 du transforma teur f 1 présente, par exemple, 2000 tours et il est branché aux points suivants à partir de l'extrémité du primaire qui est connectée au secondaire qui a, par exemple, 1680 tours: 1, 10, 100 et 130, ces branchements étant connectés à des plots ou des contacts a6, as, a' et (par l'intermédiaire d'une résistance) au plot a4 respectivement. du commutateur cor respondant respectivement aux valeurs de 12 ampères, 1,2 ampère. 0,12, ampère et 1,2; volt.
Le contact a3 pour la valeur -de 12 volts, -du commutateur, est connecté par une résistance ,j de, par exemple, 130 ohms, au branchement correspondant à 130 tours du primaire f i. L'autre extrémité du primaire est connectée par l'intermédiaire d'une résistance j1, de pré férence non inductive, en amenant la résis tance du circuit jusqu'à, par exemple,
200.000 ohms au contact a' de 1200 volts du commutateur et le contact a2 de 120 volts du commutateur est connecté à un point de bran chement j- de cette résistance telle que l'im pédance totale du circuit est d'approximative ment 20.000 ohms ou légèrement moins.
L'interrupteur la de court-circuitage de la résistance g dans la connexion entre le se condaire f et le redresseur e est également couplé ou monté sur l'interrupteur principal a, de telle sorte qu'il doit être fermé pour court-circuiter cette résistance à tous les mo ments, excepté lorsque le commutateur est placé pour l'échelle de 1,2 volt.
Le transformateur agit comme un trans formateur de courant et pour n'importe quel nombre donné d'ampères-tours du primaire, il y aura un courant secondaire défini et une in dication définie :de l'aiguille. Lorsqu'on désire effectuer une lecture de tension, les fils -du circuit sont reliés aux bornes b et c d'entrée -de l'instrument de me sure et le commutateur a est réglé pour l'é chelle appropriée.
En supposant qu'il est ré glé pour l'échelle de 1200 volts, c'est-à-dire pur le contact a', du courant s'écoulera alors à travers toute la résistance f et tout le pri maire f2. La résistance f en série avec le pri maire f limitera non seulement le courant s'écoulant à travers l'enroulement primaire f2, mais servira également à rendre négli geable l'effet de la réactance de tout le trans formateur sur l'impédance totale de l'instru ment.
Ainsi, avec un transformateur convena blement déterminé, les lectures ,seront prati quement indépendantes de la. fréquence de la source, pourvu que celle-ci soit d'une fré quence courante et ne s'étende pas jusqu'à ane fréquence audible ou radiophonique.
Le courant s'écoulant à travers le primaire sera transformé en un courant s'écoulant dans le secondaire et le rapport primaire-secondaire est prévu à la fois pour cette valeur et égale ment pour des valeurs .de 120 volts, 12 volts et 1,2 volt, de telle sorte que pour une dévia tion complète d'échelle, le courant s'écoulant dans le circuit sécondaire est tel qu'il corres ponde, lorsqu'il est redressé,
au -courant néces saire pour produire une déviation complète d'échelle de l'appareil indicateur d à cadre mobile. Ainsi, si l'on suppose qu'un courant de 6 milliampères est nécessaire pour produire une déviation complète sur la graduation du cadran de l'appareil indicateur à cadre mo bile, le courant s'écoulant alors .dans l'enrou lement secondaire, doit être égal au produit de ce courant par le facteur de forme (1,11 pour une onde sinusoïdale, c'est-à-dire à 6,66 milliampères.
Pour les échelles de l200 et 120 volts, les enroulements primaires et secondaires sont comparables et l'effet de la tension secon daire, lorsqu'on le ramène au côté primaire, est rendu négligeable par la forte résistance en série. Le courant primaire et le nombre des ampères-tours seront, par conséquent, propor tionnels à la tension utilisée.. Pour l'échelle de 120 volts, c'est-à-dire pour le contact a2, la source .est branchée sur la résistance j1 au point j2, en série avec l'en roulement primaire f= et le courant s'écoule également à travers tout l'enroulement pri maire.
L'irripédance totale de l'instrument pour cette échel'le est réglée à un dixième de l'impédance pour l'échelle .de 1200 volts et de cette manière le même courant s'écoulera dans le circuit primaire et .sera transformé en un courant semblable (6,6:6 milliampères dans le cas supposé) dans le circuit secondaire f. Comme le courant primaire est proportionnel aux tensions appliquées, on obtient par con séquent la même forme -de graduation pour ces deux échelles.
En ce qui concerne maintenant l'échelle de 12 volts, c'est-à-dire le plot as, la con nexion à l'enroulement primaire, lorsque cette échelle doit être mesurée, comprend beaucoup moins -de tours que pour des portées de ten sions plus élevées.
Cependant, la résistance j incluse est encore suffisante pour rendre né gligeable l'effet réduit de la réactance -de la partie du transformateur sur l'impédance to tale de l'instrument et, de :cette manière, cette échelle sera également pratiquement indépen dante -de la fréquence de la source. Egalement l'effet réduit de la force électromotrice secon daire, lorsqu'on le ramène au côté pri maire, est rendu négligeable par la résistance relativement forte du primaire, de telle sorte que le courant primaire et le nombre d'am pères-tours sont encore proportionnels aux tensions appliquées.
Comme le nombre -de tours dans l'enroulement primaire effectif est beaucoup plus faible, il sera nécessaire de faire passer un courant plus fort à travers le primaire. Cependant, le courant qui passe est tel que la :constante d'ampères-tours est la même qu'avec les échelles mentionnées précé demment, de telle sorte que le courant s'écou lant dans le circuit secondaire est de nouveau de 6,66 milliampères pour une déviation to tale de la graduation pour l'appareil indica teur considéré et cette déviation est réduite dans la même proportion comme pour les au tres échelles considérées pour des valeurs in- termédiaires de 12 volts. Cette disposition donnera donc .à nouveau la même forme de graduation pour l'échelle de 12 volts.
Au lieu que le transformateur fonctionne comme un réducteur de tension pour les échelles de 1200 volts et de 120 volts, il agit comme un survolteur sur l'échelle de 12 volts du fait du nombre relativement petit de tours com pris dans l'enroulement primaire effectif.
Pour l'échelle de 1,2 volt, la source est connectée à partir du plot a'i à l'embranche ment -de 130 tours sur l'enroulement primaire f2 par l'intermédiaire d'une petite résistance j3 de, par exemple, 0,5 ohm comme :décrit ci- dessus, vu qu'il est essentiel que la chute IR primaire soit maintenue faible et ceci est ob tenu de la meilleure manière dans un trans formateur de dimensions limitées, en rédui sant le nombre des tours du primaire, bien que l'avantage ainsi obtenu soit partiellement compensé par la consommation accrue du pri maire.
Le courant secondaire -de toute la gradua tion, de 6,66 milliampères, s'écoule par une résistance g d'approximativement 700 ohms et par le redresseur e et, par conséquent, le se condaire @du transformateur doit fournir ap proximativement 6 volts sur cette échelle, ce qui fait approximativement un demi-volt lorsqu'on ramène cette valeur au côté pri maire, par suite du rapport primaire- secondaire croissant du transformateur.
Comme la tension du redresseur à ses bornes @de courant alternatif varie approxima tivement d'un demi à un volt entre un dou zième de la charge totale et cette dernière, les tensions du secondaire et du primaire à la fois :doivent varier en conséquence pour cette raison et la même forme de graduation ne peut pas être employée à moins que cet ef fet non linéaire soit rendu négligeable.
Ceci est réalisé en faisant passer le cou rant secondaire à travers la résistance g, de telle sorte que le courant secondaire sera pra tiquement proportionnel à la tension secon daire. La petite résistance J3 est destinée au réglage, de telle sorte que la chute IR pri maire, lorsqu'elle est ajoutée à celle indiquée provenant du côté secondaire, sera appropriée à ce but.
Comme précédemment, la valeur des tours du primaire et celle de la résistance secon daire ajoutée sont telles qu'elles donnent une déviation complète sur la graduation pour 1,2 volt. et une forme de graduation semblable comme précédemment. Dans ce but, on pré voit la résistance g dans la. conduite secon daire indiquée ci-dessus et le commutateur de court-circuitage h, ce commutateur étant fermé pour court-circuiter la résistance g sur toutes les échelles, excepté sur l'échelle de 1,2 volt.
Lorsque le commutateur principal a est placé à l'échelle de 1,2 volt, c'est-à-dire sur le plot a4, <I>le</I> commutateur<I>h</I> de court- circuitage est ouvert et la résistance g est comprise dans le circuit.
Par conséquent, pour toutes les échelles -de tensions, on s'assure la même forme -de gra duation et il est seulement nécessaire -de mar quer la graduation k (fig. 1) avec des nom bres arbitraires qui sont -à multiplier par une constante correspondant à l'échelle à mesurer.
La même échelle peut également être em ployée pour les lectures de courant et les em branchements reliés aux plots as, d, a'r pour les lectures de courant, sont disposés de telle sorte que pour une déviation complète sur la graduation, le même produit ampères-tours est assuré sur toutes les échelles. Ainsi, pour une déviation complète sur la graduation, un courant .de 6,66 milliampères s'écoulera dans le circuit secondaire en permettant ainsi d'ob tenir la même forme de graduation.
Le transformateur fonctionne comme un transformateur de courant et la faible varia tion de l'impédance et .de la force contre électromotrice avec la fréquence n'a pas de conséquences pour la mesure du courant.
On remarquera, i.)ar conséquent, que l'ins trument décrit ci-dessus permet un très grand nombre de lectures des échelles habituelles d'intensité de courant et de tension pour du courant alternatif et en outre cet instrument est simple à employer, aucune confusion ne pouvant se produire par suite d'un grand nombre de graduations.
Les valeurs pour les différentes résis tances et branchements sur le primaire du transformateur dont il a été question ci- dessus, ne doivent pas être considérées comme limitatives, vu qu'elles sont données simple ment comme exemple d'un instrument et pour le but -de faciliter l'explication de la présente invention. Evidemment, ces valeurs peuvent être modifiées pour se conformer à d'autres appareils indicateurs à cadre mobile et à d'autres valeurs de mesures -de tensions et in tensité, si on le désire. .
Comme un grand nombre des composantes nécessaires pour mesurer des tensions et des intensités de courants alternatifs et de cou rants continus sont communes aux .deux sé ries -de mesures, l'instrument décrit ci-dessus peut commodément être combiné avec l'appa reil nécessaire pour effectuer des mesures de courant continu. Un tel instrument est repré senté aux fi-Y. 1 à 3 -des dessins annexés -et le diagramme des circuits de cet instrument est représenté à la fib. 7. Les mêmes chiffres et lettres de référence ont été employés dans la fig. 7 pour indiquer les parties semblables re présentées à la fig. 6.
Les échelles .de mesures pour le courant continu peuvent être étendues et peuvent comprendre les valeurs suivantes de tension et d'intensité, à savoir: 1200 volts, 120 volts, 12 volts 1,2 volt et 0,12 volt et 12 ampères, 1,2 ampère, 0,12 ampère et 12 milli ampères.
Lorsqu'on -désire avoir un instru ment de mesure combiné pour courants alter natifs et courants continus, un interrupteur l pour les échelles de courant continu est prévu en plus de l'interrupteur a indiqué ci-dessus pour les échelles de -courant alternatif, cet in terrupteur l étant de construction semblable au commutateur a de courant alternatif et présentant des contacts h, 1z, Zs, <B><I>1,</I></B><I> ,</I> h, l , 17,
l5 et 1s, un contact pour chacune des échelles mentionnées ci-dessus, et un bras de contact h . On peut employer des bornes<I>b et</I> c habi tuelles d'amenée -de courant et dans ce cas une des bornes b, au lieu d'être -connectée au bras as du commutateur a pour courant alternatif, sera connectée à un contact a supplémentaire sur le commutateur pour les valeurs de -cou- rants alternatifs, marqué "lectures de cou rants continus". Cette borne sera connectée semblablement à un contact supplémentaire <B>1"</B> du commutateur d pour courant continu,
marqué "lectures de courants alternatifs". Les deux bras a8 et a1 d'interrupteur sont reliés électriquement ensemble et on remar quera que .des lectures de courant continu ne peuvent être obtenues que lorsque le -commu- tateur pour les valeurs de courants alterna tifs est placé sur le plot a9 pour les "lectures de courants continus", et des lectures -de cou rants alternatifs ne peuvent être exécutées que lorsque le commutateur l pour -des va leurs de courants continus est placé sur le plot h1 ,
des "lectures de courants alternatifs". Pour des lectures :de courants continus, le transformateur et le redresseur ne sont pas nécessaires et le commutateur pour les valeurs de courants alternatifs sera muni de certains commutateurs supplémentaires<I>m,</I> n et o, ac tionnés de préférence par une came calée sur l'axe de ce premier commutateur, comme .dé crit ci-après, pour déconnecter en premier lieu le redresseur du transformateur,
pour .décon necter en second lieu l'appareil indicateur d à cadre mobile -du redresseur e et pour con necter en troisième lieu la résistance en série avec le primaire du transformateur en série avec l'appareil indicateur ù cadre mobile Dispositifs commutateurs <I>pour passer des</I> <I>mesures de courants alternatifs aux</I> mesures <I>de</I> courants continus.
Ces dispositifs commutateurs, comme men tionné -ci-dessus, comprennent .des commuta teurs<I>m, n et o.</I> Les commutateurs<I>m</I> et<I>n</I> sont disposés l'un au-dessus et l'autre au- dessous de l'axe a1 du commutateur pour cou rants alternatifs (fig. 4), et chacun d'eux comporte quatre lames,de contact ml, m2, <I>m',</I> m4 et respectivement n',
n2 n3 et n4, une lame de chacune de ces séries de lames de contact (in' et 7a3) étant prolongée -de manière à venir en prise, au point approprié, lors de la rota tion du commutateur a de courants alterna tifs,
avec une saillie a" -de -came se trouvant sur l'axe a1 du commutateur -de courants al- ternatifs. Les deux commutateurs m et n sont identiques et sont disposés -de telle sorte que lorsque les lames de contact m3 et W ne sont pas en prise avec les saillies a11 de came, les lames de contact ml et<B>né</B> sont en con nexion électrique et les lames de contact wa' et m4 sont également en connexion électrique l'une avec l'autre.
Cependant, lorsque la lame de contact m' est saisie par la saillie de came, la connexion entre ml et né, et<B>né</B> et în' est interrompue (fig. 4) et la came m3 est mise en contact avec la lame in'.
Une opération semblable est assurée pour l'interrupteur 7a et la position des saillies de came a" sur l'axe a1 est telle que les lames m' et n3 ne sont mues que lorsque le commutateur pour cou rants alternatifs est placé .dans la position pour courants continus, c'est-à-dire lorsque l'instrument -de mesure est réglé pour des lec tures de courant continus.
Les commutateurs an et n sont employés pour déconeecter le re dresseur e -du transformateur et de l'appareil indicateur à cadre mobile, ainsi que pour connecter également cet appareil dans un cir cuit approprié aux mesures pour courants continus.
Ainsi, l'appareil d est connecté aux lames de contact ml et W et les points .de sor- tie.de courants continus du redresseur e sont connectés aux lames de contact m\ et<I>W.</I> La lame<I>ni'</I> est connectée à une extrémité de l'en roulement secondaire<I>f</I> du transformateur f <I>1</I> par l'intermédiaire d'un autre commutateur o, décrit ci-après, et la lame n' est connectée à la borne c d'entrée.
Les lames de contact 7324 et n4 sont connectées aux entrées de cou rants alternatifs du redresseur e et le @con- tact n.4 est également connecté à la jonction -du transformateur entre le primaire et le secondaire.
On voit ainsi que jusqu'au mo ment où le commutateur de courants alter natifs est placé dans la position -de cou rants continus, l'appareil indicateur d est relié de manière appropriée au redresseur et au transformateur pour donner des lectures de courants alternatifs, tandis qu'aussitôt que le commutateur a. de courants alternatifs est placé dans la position -de courants continus,
l'appareil indicateur d est déconnecté du re- dresseur et connecté, d'une part, à. la borne d'entrée c et, d'autre part, au commuta teur o.
Ce dernier est du type à plusieurs direc tions. Il comporte des lames -de contact o', 02 et o', la lame o\ étant destinée à être sai sie par une came a'- de l'axe a ,' du commu tateur à courants alternatifs, pour la mettre hors de contact -d'avec la lame o' et pour la mettre en contact avec la lame o'. Lorsque la lame o\ est en contact avec la lame o' (tou tes les positions de courants alternatifs excepté l'échelle de 1,2 volt), .cette lame re lie le redresseur e au transformateur f, tan dis que lorsque la came met la lame o2 en contact avec la lame o', celle-ci déconnecte le transformateur et amène la.
résistance ,j en série avec l'appareil indicateur d. Si on le désire, le commutat2ur h, indiqué ci-dessus peut être combiné avec le commutateur o en donnant à la came a'J une forme telle que, pour toutes les positions de courants alternatifs, excepté l'échelle de 1,2 volt, elle oblige la lame o2 à. faire contact avec la lame o' pour l'échelle de 1,2 volt, elle laisse la lame o\ libre entre les lames o' et o', en amenant ainsi la.
résistance g en circuit et pour la position de lecture de courants con tinus, elle amène la lame o2 en contact avec la lame o', comme expliqué ci-dessus.
La résistance j' présente des branche ments reliés aux contacts l' à l" du commu tateur de tension pour courants continus, pour introduire la valeur requise -de résis tance -dans le circuit pour les différentes va leurs de tension et, pour les échelles -d'in tensité, une résistance p shunt est prévue branchée de manière appropriée aux contacts l à l du commutateur pour courants conti nus, de manière à ajuster la valeur de la résistance shunt, cette résistance shunt étant mise en circuit ,
avec l'appareil indicateur d au moyen d'un commutateur q (fig. 7), le quel est actionné par le commutateur pour courants continus et est fermé lorsque le commutateur pour courants continus est dans la position -de lectures.
Comme la par tie de lectures de .courants continus de l'ins- trument, est pratiquement conforme à. la dis position .décrite au brevet indiqué précé demment, on peut se référer à la description de ce brevet pour d'autres détails. Par exem ple .des moyens tels qu'une batterie 7-, des résistances réglables<I>s</I> et<I>t</I> pour compenser les variations -de tension et -de résistance de cette batterie, et -des contacts l12,
113, 114, 115, peuvent être ajoutées à la partie pour cou rants continus -de l'instrument., en vue de lire une ou plusieurs échelles de résistance de la manière indiquée dans ce brevet. Les plots de contact<B>1"</B> et<B>115</B> permettent -de mesurer ,des valeurs élevées -de résistance, au moyen d'une batterie externe ou d'une source de courant d'une tension donnée.
Si on le dé sire, un fusible zc. peut être prévu pour pro téger le redresseur et l'appareil indicateur à cadre mobile. av est un interrupteur se trou vant dans le circuit -de la batterie r pour ou vrir ce circuit lorsque des mesures de ré sistance, ne sont pas effectuées.
s' et t' (fig. 1) sont -des vis pour régler les résistances set t, et z est le réglage -du zéro. L'instrument décrit présente plusieurs avantages parmi lesquels on peut mentionner le suivant:
.comme spécifié ci-dessus, la forme de la graduation pour courants alter- natifs sur toutes les échelles, est pratique ment uniformément divisée et il est par con séquent possible -l'effectuer un grand nom bre de mesures, avec moins d'échelles que si l'on emploie une forme de gradua tion ayant,des divisions allant en se rappro chant ou en s'éloignant; l'instrument a une consommation relativement réduite; On remarquera que de nombreuses modi fications peuvent être apportées aux disposi tions décrites ci-dessus .sans sortir du cadre de la présente invention.
Les détails préeé- ,dents appartiennent simplement à. certaines dispositions commodes qui ont été choisies pour la description de manière que la nature de cette invention puisse être clairement com prise.
Multi-scale electrical measuring instrument. This invention relates to an electrical measuring instrument with multiple scales.
The instrument according to the invention is characterized in that it comprises a single indicator device with a movable frame and a rectifier, the output of which is connected to said indicator device, during the measurement of alternating currents, -those- éi being supplied to the rectifier by means of a transformer.
In a measuring instrument at. multiple scales, it is presently very desirable that the indicating apparatus have the same form of graduation for several scales, since the divisions of the graduation can be marked with the aid of arbitrary digits which are multiplied by a constant according to the scale.
The creation of an instrument. Multiple scale measurements having the same graduation shape for all scales when the instrument is intended for use with direct current only, does not exhibit. difficulties, given that the problem of adapting the instrument to function according to different scales consists only in introducing into the circuit of the indicating device - appropriate resistors - in shunt or in series.
A very convenient embodiment of a multi-scale electric measuring instrument, which is intended, by the simple movement of a movable frame; to measure different voltage and current scales and which is also intended to give a direct measurement of a resistance, is that protected by Swiss Patent No. 107655. In this instrument, the same form of graduation is used for voltage readings and of the intensity and for this purpose it is sufficient to simply set the switch to the appropriate scale and then multiply the. reading given by the needle by the appropriate constant applicable to the scale in question.
However, when the measuring instrument is to be employed in AC circuits, it is not so easy to employ the same form of graduation. This is because the voltage curve used for the current rectified by the rectifier, in particular by a metal rectifier, is not a straight line for low voltages. More particularly, the usual type of metal rectifier manufactured and sold today requires the application of about half a volt before it begins to rectify.
Obviously, this is not of great importance when the instrument is set for scales which give a total deviation on the graduation -of the dial of the order of 120 volts or, 1200 volts, but, when the instrument is set for low voltage values giving, for example, a full deviation - on the dial for 1.2 volts, for example, the above fact is of considerable importance and has the effect of prevent the use of the same form of graduation for all values unless special precautions are taken.
The use of more than one graduation in a multi-scale instrument leads to confusion and is most undesirable. This disadvantage can be avoided by means of the instrument according to the present invention, by means of a transformer by means of which the alternating currents to be measured are supplied to the rectifier, so that for each given proportion of the base value of the graduation total, on each given scale, the secondary current as supplied to the rectifier, is constant.
Feeding current to the rectifier, through a transformer, also has the advantage that the instrument can be used to measure the amount of alternating current superimposed on stationary or direct current, since , if the current saturation is not reached, the alternating component alone will be transformed by the transformer and measured by the indicating device.
The accompanying drawings show, by way of example, an embodiment of the instrument according to the invention combined for alternating currents and direct currents.
Fig. 1 is a front view of the complete instrument; Fig. 2 is a view from behind of the instrument with the cover removed; Fig. 3 is a plan view of the instrument with the outer cover also removed, and FIG. 4 is a detail view showing the operation of certain switches, and FIG. 5 is a view showing the operation of certain other switches;
The fi-. 6 is a diagram of the connections of the instrument for the part with native alternating currents, and FIG. 7 is a diagram of the connections of the instrument shown in FIGS. 1 to 3.
Referring firstly to FIG. 6 of the accompanying drawings, which shows the circuit of the AC part of the measuring instrument shown in the drawings an nex6s, the instrument shown is intended for. measure four scales: alternating currents (i.e. 1200 volts, 120 volts, 12 volts and 1.2 volts for a total deviation of the needle on the graduation in each scale) and three amperage scales for alternating currents (i.e. 12 amps, 1.2 amps and 0.12 amps for full needle deflection on the graduation in each scale).
The instrument is provided with a switch a having seven contacts d, d, a3, cs4, d, cr6 and a7, each corresponding to a scale.
The arm ca $ of the switch which is connected to one (b) of the input terminals b and c of the measuring instrument, is intended to make contact with one of the pads <I> al to < / I> a7. The movable frame indicating apparatus d is connected in bridge to a full wave metal rectifier e, the rectifier being connected in known manner to the secondary f. Of a transformer f. One end of the secondary winding f is connected to one end of the primary winding f2 which, in turn, is connected to the other input terminal c of the measuring instrument.
One of the conductors from the rectifier e to go to. the secondary winding, preferably the conductor connecting the rectifier with the end of the secondary winding f which is not directly connected to the primary winding f, has a resistor g, a short-circuiting switch la being connected through this resistor for the purpose described below.
The primary winding f2 of transformer f 1 has, for example, 2000 turns and it is connected to the following points from the end of the primary which is connected to the secondary which has, for example, 1680 turns: 1, 10, 100 and 130, these connections being connected to pads or contacts a6, as, a 'and (via a resistor) to pad a4 respectively. of the switch corresponding respectively to the values of 12 amps, 1.2 amps. 0.12, ampere and 1.2; volt.
Contact a3 for the value of 12 volts of the switch is connected by a resistor, j of, for example, 130 ohms, to the connection corresponding to 130 turns of the primary f i. The other end of the primary is connected via a resistor j1, preferably non-inductive, by bringing the resistance of the circuit up to, for example,
200,000 ohms at the 1200 volt a 'contact of the switch and the 120 volt a2 contact of the switch is connected to a branch point of this resistor such that the total circuit impedance is approximately 20,000 ohms or slightly less.
The switch la for shorting the resistor g in the connection between the condaire f and the rectifier e is also coupled or mounted on the main switch a, so that it must be closed to short circuit this resistance at all times, except when the switch is set for the 1.2 volt scale.
The transformer acts as a current transformer and for any given number of ampere-turns of the primary there will be a defined secondary current and a defined indication of the needle. When it is desired to take a voltage reading, the circuit wires are connected to the input terminals b and c of the measuring instrument and switch a is set for the appropriate scale.
Assuming it is set for the 1200 volt scale, i.e. for contact a ', current will then flow through all resistor f and all primary f2. The resistor f in series with the primary f will not only limit the current flowing through the primary winding f2, but will also serve to negate the effect of the reactance of the entire transformer on the total impedance of the transformer. the instrument.
Thus, with a suitably determined transformer, the readings will be practically independent of the. frequency of the source, provided that it is of a current frequency and does not extend to an audible or radiophonic frequency.
The current flowing through the primary will be transformed into a current flowing through the secondary and the primary-secondary ratio is provided for both this value and also for values of 120 volts, 12 volts and 1, 2 volts, so that for a complete deviation of scale, the current flowing in the secondary circuit is such that it corresponds, when it is rectified,
at the current necessary to produce a full scale deviation of the movable frame indicating apparatus d. Thus, if it is assumed that a current of 6 milliamps is required to produce a complete deviation on the scale of the dial of the movable frame indicating apparatus, the current then flowing in the secondary winding, should be equal to the product of this current times the form factor (1.11 for a sine wave, that is, 6.66 milliamps.
For the 1200 and 120 volt scales, the primary and secondary windings are comparable and the effect of the secondary voltage, when reduced to the primary side, is made negligible by the high series resistance. The primary current and the number of ampere-turns will therefore be proportional to the voltage used. For the 120-volt scale, that is to say for contact a2, the source is connected to the voltage. resistance j1 at point j2, in series with the primary winding f = and current also flows through the entire primary winding.
The total irripedance of the instrument for this scale is set to one tenth of the impedance for the 1200 volt scale and in this way the same current will flow through the primary circuit and will be transformed into one. similar current (6.6: 6 milliamperes in the assumed case) in the secondary circuit f. As the primary current is proportional to the applied voltages, we therefore obtain the same form of graduation for these two scales.
Turning now to the 12 volt scale, i.e. the ace pad, the connection to the primary winding, when this scale is to be measured, includes much less turns than for spans of higher voltages.
However, the included resistance j is still sufficient to negate the reduced effect of the reactance of the transformer part on the total impedance of the instrument and, in this way, this scale will also be practically independent. - the frequency of the source. Also the reduced effect of the secondary electromotive force, when brought back to the primary side, is made negligible by the relatively strong resistance of the primary, so that the primary current and the number of revolutions are still proportional to the applied voltages.
As the number of turns in the effective primary winding is much lower, it will be necessary to pass a higher current through the primary. However, the current flowing is such that the ampere-turn constant is the same as with the scales mentioned above, so that the current flowing in the secondary circuit is again 6.66 milliamperes for a total deviation of the graduation for the indicating device considered and this deviation is reduced in the same proportion as for the other scales considered for intermediate values of 12 volts. This arrangement will therefore give again the same form of graduation for the 12 volt scale.
Instead of the transformer functioning as a voltage reducer for the 1200 volt and 120 volt scales, it acts as a booster on the 12 volt scale due to the relatively small number of turns in the effective primary winding. .
For the 1.2 volt scale, the source is connected from pad a'i to the 130-turn branch on primary winding f2 via a small resistor j3 of, for example , 0.5 ohm as: described above, since it is essential that the primary IR drop is kept low and this is best achieved in a transformer of limited dimensions, by reducing the number of turns primary education, although the advantage thus obtained is partially offset by the increased consumption of primary education.
The secondary current - of the full scale, of 6.66 milliamps, flows through a resistor g of approximately 700 ohms and through the rectifier e and, therefore, the power of the transformer must supply approximately 6 volts. on this scale, which makes approximately half a volt when reducing this value to the primary side, due to the increasing primary-secondary ratio of the transformer.
Since the rectifier voltage across its AC terminals varies approximately one-half to one volt between one-twelfth of the full load and the latter, the voltages of both secondary and primary must vary accordingly to this reason and the same form of graduation cannot be employed unless this nonlinear effect is made negligible.
This is achieved by passing the secondary current through the resistor g, so that the secondary current will be almost proportional to the secondary voltage. The small resistor J3 is for tuning, so the primary IR drop, when added to that shown from the secondary side, will be appropriate for this purpose.
As before, the value of the turns of the primary and that of the added secondary resistance are such that they give a complete deviation on the graduation for 1.2 volts. and a form of graduation similar as before. For this purpose, we see the resistance g in the. secondary pipe shown above and the shorting switch h, this switch being closed to short the resistor g on all scales except the 1.2 volt scale.
When the main switch a is set to the 1.2 volt scale, that is to say on pad a4, <I> the </I> switch <I> h </I> for short-circuiting is open and resistor g is included in the circuit.
Consequently, for all the voltage scales, we ensure the same form of graduation and it is only necessary -to mark the graduation k (fig. 1) with arbitrary names which are -to multiply by a constant corresponding to the scale to be measured.
The same scale can also be used for current readings and the connections connected to the as, d, a'r pads for current readings, are arranged so that for a complete deviation on the scale, the same product ampere-turns is assured on all scales. Thus, for a complete deviation on the graduation, a current of 6.66 milliamperes will flow in the secondary circuit thus making it possible to obtain the same form of graduation.
The transformer functions as a current transformer and the small variation of the impedance and of the back EMF with the frequency has no consequences for the current measurement.
It will be noted, i.) Therefore, that the instrument described above allows a very large number of readings of the usual scales of current and voltage for alternating current and moreover this instrument is simple to use, no confusion can occur as a result of a large number of graduations.
The values for the various resistances and connections on the primary of the transformer mentioned above should not be considered as limiting, as they are given merely as an example of an instrument and for the purpose - to facilitate the explanation of the present invention. Obviously, these values can be modified to conform to other movable frame indicating devices and to other voltage and current measurement values, if desired. .
As many of the components necessary for measuring voltages and currents of alternating currents and direct currents are common to both sets of measurements, the instrument described above can conveniently be combined with the necessary apparatus. for direct current measurements. Such an instrument is represented at the fi-Y. 1 to 3 -of the accompanying drawings -and the circuit diagram of this instrument is shown on the fib. 7. The same reference numbers and letters have been used in fig. 7 to indicate similar parts shown in fig. 6.
The scales of measurement for direct current can be extended and can include the following values of voltage and current, namely: 1200 volts, 120 volts, 12 volts 1.2 volts and 0.12 volts and 12 amps, 1 , 2 amps, 0.12 amps and 12 milli amps.
When it is desired to have a combined measuring instrument for alternating currents and direct currents, a switch l for the direct current scales is provided in addition to the switch indicated above for the alternating current scales, this switch l being similar in construction to the alternating current switch a and having contacts h, 1z, Zs, <B><I>1,</I></B> <I>, </I> h, l, 17,
15 and 1s, one contact for each of the above mentioned scales, and one contact arm h. Usual terminals <I> b and </I> c can be used for the current supply and in this case one of the terminals b, instead of being -connected to the arm as of switch a for alternating current, will be connected to an additional a contact on the switch for alternating current values, marked "direct current readings". This terminal will be connected similarly to an additional contact <B> 1 "</B> of switch d for direct current,
marked "AC current readings". The two switch arms a8 and a1 are electrically connected together and it will be noted that DC readings can only be obtained when the -switch for the alternating current values is placed on the pad a9 for them. "direct current readings", and alternating current readings can only be performed when switch l for direct current values is placed on pin h1,
"alternating current readings". For readings: of direct currents, the transformer and the rectifier are not necessary and the switch for the values of alternating currents will be provided with certain additional switches <I> m, </I> n and o, preferably activated by a cam wedged on the axis of this first switch, as described below, to first disconnect the rectifier from the transformer,
to secondly disconnect the indicating device d with movable frame -from rectifier e and thirdly to connect the resistor in series with the primary of the transformer in series with the indicating device ù movable frame Switching devices <I> to switch from </I> <I> measurements of alternating currents to </I> measurements <I> of </I> direct currents.
These switching devices, as mentioned above, include <I> m, n and o switches. </I> The <I> m </I> and <I> n </I> switches are arranged one above and the other below the axis a1 of the switch for alternating currents (fig. 4), and each of them has four blades, contact ml, m2, <I> m ', </I> m4 and n' respectively,
n2 n3 and n4, one blade of each of these series of contact blades (in 'and 7a3) being extended so as to engage, at the appropriate point, during the rotation of the alternating current switch,
with a protrusion a "-de -came located on the axis a1 of the alternating current switch. The two switches m and n are identical and are arranged -so that when the contact blades m3 and W do not are not in engagement with the cam projections a11, the contact blades ml and <B> born </B> are electrically connected and the contact blades wa 'and m4 are also electrically connected with each other. other.
However, when the contact blade is gripped by the cam protrusion, the connection between ml and né, and <B> né </B> and în 'is interrupted (fig. 4) and the cam m3 is put on. contact with the blade in '.
A similar operation is ensured for the switch 7a and the position of the cam protrusions a "on the axis a1 is such that the blades m 'and n3 are only moved when the switch for AC currents is placed in the position. for direct currents, ie when the measuring instrument is set for direct current readings.
The switches an and n are used to disconnect the rectifier e from the transformer and from the movable frame indicating device, as well as to connect this device also in a circuit suitable for measurements for direct currents.
Thus, the apparatus d is connected to the contact blades ml and W and the direct current output points of the rectifier e are connected to the contact blades m \ and <I> W. </I> The blade <I> ni '</I> is connected to one end of the secondary rolling <I> f </I> of transformer f <I> 1 </I> through another switch o, described below, and the blade n 'is connected to the input terminal c.
Contact blades 7324 and n4 are connected to the alternating current inputs of rectifier e and contact n.4 is also connected to the junction of the transformer between the primary and the secondary.
It can thus be seen that until the moment when the switch for alternating currents is placed in the direct current position, the indicating device d is suitably connected to the rectifier and to the transformer to give readings of alternating currents, while as soon as the switch has. of alternating currents is placed in the position -of direct currents,
the indicating device d is disconnected from the rectifier and connected, on the one hand, to. the input terminal c and, on the other hand, to the switch o.
The latter is of the type with several directions. It has contact blades o ', 02 and o', the blade o \ being intended to be gripped by a cam a'- of the axis a, 'of the alternating current switch, to put it out of control. contact -with the blade o 'and to bring it into contact with the blade o'. When the blade o \ is in contact with the blade o '(all the alternating current positions except the 1.2 volt scale), this blade links the rectifier e to the transformer f, tan say that when the cam puts the blade o2 in contact with the blade o ', this disconnects the transformer and brings it.
resistance, j in series with the indicating device d. If desired, the switch h, indicated above can be combined with the switch o by giving the cam a'J a shape such that, for all positions of alternating currents, except the scale of 1.2 volts , it forces the o2 blade to. make contact with the o 'blade for the 1.2 volt scale, it leaves the o \ blade free between the o' and o 'blades, thus bringing it.
resistor g in circuit and for the direct current reading position, it brings the blade o2 into contact with the blade o ', as explained above.
The resistor j 'presents branches connected to the contacts l' to l 'of the voltage switch for direct currents, to introduce the required value -of resistance -in the circuit for the different voltage values and, for the scales - current, a shunt resistor p is provided appropriately connected to contacts l to l of the switch for direct currents, so as to adjust the value of the shunt resistor, this shunt resistor being switched on,
with the indicating device d by means of a switch q (fig. 7), which is actuated by the switch for direct currents and is closed when the switch for direct currents is in the reading position.
As the DC current readings portion of the instrument, is practically in accordance with. As described in the patent indicated above, reference may be made to the description of this patent for further details. For example .means such as a battery 7-, adjustable resistors <I> s </I> and <I> t </I> to compensate for variations in voltage and resistance of this battery, and -contacts l12,
113, 114, 115, can be added to the continuous current part of the instrument, in order to read one or more resistance scales as indicated in this patent. The <B> 1 "</B> and <B> 115 </B> contact pads allow high resistance values to be measured by means of an external battery or a power source. a given voltage.
If desired, a zc fuse. can be provided to protect the rectifier and the movable frame indicating device. av is a switch located in the battery circuit r to open this circuit when resistance measurements are not carried out.
s 'and t' (fig. 1) are screws to adjust the resistors set t, and z is the zero adjustment. The described instrument has several advantages among which the following can be mentioned:
.as specified above, the shape of the graduation for alternating currents on all scales is practically uniformly divided and it is therefore possible to carry out a large number of measurements, with fewer scales that if one uses a form of graduation having, divisions going towards or away; the instrument has relatively low consumption; It will be noted that numerous modifications can be made to the arrangements described above without departing from the scope of the present invention.
The above details simply belong to. certain convenient arrangements which have been chosen for description so that the nature of this invention can be clearly understood.