Dispositif de mesure électrique.
La présente invention a pour objet un dispositif de mesure électrique.
Un des buts de l'invention est de prévoir un dispositif ayant une caractéristique de mesure pratiquement linéaire, et. un autre but que l'invention peut permettre d'atteindre est d'avoir un dispositif capable d'intégrer des quantités discrètes variables et réparties au hasard et de mesurer la fréquence d'impul- sions ou de charges discrètes.
Il est de pratique usuelle d'utiliser un con densateur dans certains dispositifs ou circuits de mesure. L'un des problèmes qui se posent dans de tels circuits est celui d'obtenir une indication exacte de la quantité mesurée malgré la variation des conditions du circuit, résultant de l'augmentation de la charge du condensateur de mesure.
On peut y parvenir pratiquement en utilisant, en pa. ral lèle avec ce condensateur, un amplificateur électronique à gain élevé, dont l'effet est de diminuer la tendance de la tension d'entrée du condensateur à varier et de la réduire à un pourcentage faible qui est approximativement égal au quotient obtenu en divisant 100 /o par le coefficient de gain de l'ampli fieateur. Les accroissements de la charge du condensateur se produisent alors en proportion linéaire avec la charge appliquée, obtenue d'une source quelconque, objet de la mesure.
Le gain de l'amplificateur peut être, par exemple, de 100 ou de 1000, de sorte que la tension d'entrée est maintenue constanteà 1 ou 0, 1 /a près, suivant la précision désirée.
Le dispositif dont il est question ci-dessus n'a été utilisé jusqu'à présent que pour une intégration continue.
On a maintenant trouvé que ce circuit peut également être utilisé pour intégrer ou mesurer la fréquence d'impulsions ou de charges discrètes d'énergie électrique.
Le dispositif suivant l'invention est carac- térisé en ce qu'il comprend un premier condensateur, un circuit d'entrée sous la commande d'un facteur à mesurer et à partir duquel des charges discrètes d'énergie électrique sont appliquées audit premier condensateur, un circuit amplificateur à gain élevé dont l'entrée et la sortie sont connectées aux bornes dudit premier condensateur, un circuit additionnel associé audit premier condensateur et au circuit de sortie du dispositif de mesure, en ce qu'il est, en outre, agencé de façon que de l'énergie soit transférée par ce circuit additionnel et sous la commande da circuit de sortie, audit premier condensateur pour que sa tension soit réduite, et des moyens pour mesurer le transfert d'énergie vers ledit premier condensateur par ledit circuit additionnel.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 montre des détails des circuits d'un dispositif de mesure intégrateur, et
la fig. 2, des détails des circuits d'un dispositif mesurant la fréquence de commutations se produisant a, un endroit détermine.
Pour la. mesure de fréquence qui peut se faire au moyen du dispositif de la fig. 2, un condensateur constituant une source de tension est. déchargé dans un condensateur de mesure à des intervalles déterminés par les fréquences variables à mesurer.Uncircuit de fuite est prévu pour le condensateur de mesure, ce circuit étant agencé de manière à se stabiliser lui-meme à un degré de fuite dépendant de l'intervalle de temps entre les charges.
Grâce à cette disposition, lorsque la stabilisation est obtenue, une décharge du condensateur de mesure jusqu'à un degré prédéterminé (qui peut correspon ; dre à la décharge complète) a lien dans l'in tervalle de temps disposé entre des charges successives et la tension commandant le cir- cuit de fuite est en proportion pratiquement linéaire avec la fréquence à mesurer. Le courant de fuite est proportionnel à la tension aux bornes du condensateur. Cette tension est utilisée pour faire fonctionner un indicateur ou un enregistreur.
Pour l'intégration qui peut se faire au moyen du dispositif de la fig. 1, un petit con densateur, ou un certain nombre de petits condensateurs connectés à des sources différentes, est chargé ou sont chargés à des inter- valles de temps répartis au hasard, jusqu'à une valeur qui peut être constante ou variable pour chaque condensateur et différente pour les différents condensateurs.
Les charges variables des petits condensateurs sont déchargées à des intervalles de temps répartis au hasard, individuellement, ou en coïncidence, au hasard, dans le eondensateur de mesure de plus grande capacité. Un condensateur additionnel, chargé dans un cir- cuit de charge séparé est disposé pour être connecté au condensateur de mesure de manière à décharger ce dernier jusqu'à un degré prédéterminé.
La connexion du condensateur additionnel est commandée par un circuit fonctionnant quand la charge du condensateur de mesure est au moins égale à la valeur à décharger.
Un indicateur, ou un enregistreur, est actionné à chaque décharge du condensateur de mesure.
Non seulement des charges séparées de valeurs diverses peuvent être fournies simulanément au condensateur de mesure, mais aussi des connexions de charge et de décharge peuvent être établies simultanément.
La source d'impulsions ou de charges diserètes peut être constituée par un condensateur et dans ce cas, on trouve que contrairement à la pratique usuelle une impulsion ou charge négative est nécessaire.
Le dispositif représenté à la fig. 1 est destiné à mesurer un certain nombre d'opérations semblables, chaque opération étant de valeur constante, mais de valeur différente par rapport aux autres opérations. Un tel problème se pose, par exemple, lorsqu'on désire faire l'intégration de la quantité totale de charbon fournie par des appareils automatiques de chargement des foyers des chaudières d'une station productrice d'électricité, lesdits appareils de chargement ayant des capacités différentes.
Chaque fois qu'un des appareils de char gement automatique fonctionne, il cause une brève inversion d'un des commutateurs Hïj,
Il'ou IRi", le dispositif de la fig. 1 étant utilisé avee trois appareils de chargement d'une capacité différente.
Lorsque ces commutateurs sont à la position de repos, chacun de leurs contacts ferme un circuit de charge d'un des condensateurs CCl, CCl'ou Cul", un de ces circuits de charge étant le suivant : terre, condensateur CC1, eontact de repos IRl, eur- seur d'un potentiomètre P connecté entre les bornes + 300 et-300 V de deux sources de tension continue connectées en série et dont les bornes communes sont mises à la terre.
Les caractéristiques des condensateurs et les prises sur le potentiomètre sont choisies de façon telle que les charges des condensateurs soient proportionnelles aux capacités correspondantes des appareils de chargement des foyers.
Ainsi, chaque appareil de chargement fait fonctionner un des eommutateurs IRl, IRA' ou 7. By associés chacun à un des condensa- teurs CCi, CC'i'ou CCi"de valeur appropriée.
Quand un appareil de chargement automatique fonctionne, son commutateur s'in- verse et le condensateur associé est connecta à la borne IT du condensateur C. La grille de commande d'un tube pentode PV est connectée au point ZT et le circuit d'anode de ce tube est connecté, à travers un tube à néon à , cathode froide NT, à la borne OT du condensateur C1, borne qui est connectée à un potentiel négatif de même valeur (300 volts) que l'alimentation du tube.
La borne OT est également connectée à l'électrode d'allumage d'un tube à cathode froide CCT, susceptible de s'allumer à un potentiel déterminé. Le circuit de décharge de CCT comprend un relais A coopérant avec un relais B à relâchement différé.
Chaque fois qu'un commut, ateur IR1, IRi on If ?,." fonctionne, la connexion d'un con densateur CCi, CCl'ou CCl''au point IT a pour résultat un accroissement de potentiel positif en OT, accroissement proportionnel à la charge qui vient d'être introduite dans le foyer. La variation de tension d'anode produite par la décharge d'un des condensateurs ('Cl est transmise au point Or par le tube
NT de telle sorte que le condensateur C se charge depuis la terre, à travers le conden- sateur CCl dont le commutateur a fonctionné, le tube NT, le circuit d'alimentation de 1'anode de PV.
La chute de tension aux bornes du tube NT reste constante, de sorte que 1'aeeroissement de potentiel positif est transmis entièrement au point OT.
Quand le potentiel en OT atteint la va leur pour laquelle CCT s'allume, le relais A est actionné et est suivi par le relais B qui fait relâcher A au moyen du contact. b, et. qui inverse en même temps son contact b2.
Le contact b2 relie, dans sa position de repos, un condensateur CC2 à une prise positive sur le potentiomètre P et, dans sa position de travail, il relie ce condensateur CC2 à la borne IT par l'intermédiaire d'une résistance de 10 k. La connexion d'un potentiel positif à partir de CC2 au point IT produit une diminution du potentiel positif au point OT, de sorte que, le circuit de CCT ayant été ouvert en bA, ce tube ne peut pas s'allumer avant que la tension en OT ait de nouveau atteint la valeur de la tension d'allumage.
La disposition des circuits est telle que la diminution de potentiel en OT due à la connexion du eondensateur C2 est égale à l'ae- croissement total de potentiel en OT, à partir de l'état neutre, sous l'effet des connexions successives des condensateurs CCj à IT, connexions qui ont causé l'allumage de CCT.
Chaque actionnement du relais A actionne un compteur SI par l'intermédiaire du contact a2, de telle sorte que ledit compteur M enregistre la quantité totale de charbon fournie aux foyers.
Comme le potentiel en 03"est périodique- ment diminué, le circuit est susceptible d'un fonctionnement continu, sans qu'il se produise une surcharge de PV.
Comme les condensateurs CC1 et CC2 sont chargés à partir d'une source commune, il n'est pas nécessaire que la tension de la source soit stabilisée puisque toute variation de tension aura un effet identique sur tous les ei-rcuits de charge.
Le potentiel auquel le tube CCT opère pouvant varier, cela a pour résultat des différences entre les accroissements et décroissements successifs de potentiel en OT. Sur une période de temps donnée, ces différences auront tendance à se compenser mutuellement.
Si, cependant, une plus grande précision est nécessaire, le tube à cathode froide CCT peut être remplacé par un montage à déclenchement à triode ou à pentode.
Dans le dispositif représenté à la fig. 2, le commutateur IR fonctionne au rythme de la fréquence à mesurer. Dans la position de re pos du commutateur IR, le condensateur CC est chargé à partir d'une source de-110 volts stabilisée par le tube à néon 19 ha- que inversion du commutateur IR, m. e im- pulsion négative de grande amplitude est appliquée à travers la résistance 100 k au point IT. Ce point est relié à la grille de commande d'un tube pentode PV à gain élevé. Un condensateur C et un tube à néon NT sont connectés en série entre l'anode et la grille de commande du tube PV.
Grâce à l'effet Miller, comme il est bien connu, la capacité effective entre la grille de commande et la cathode d'un tube ayant une charge d'anode résistive est égale au produit de la capacité propre grilleanode et du gain du tube plus 1. Il s'ensuit que la capacité effective grille-cathode est extrêmement élevée par rapport à celle du condensateur CC, le condensateur C ayant lui-même une valeur plus élevée que le con- densateur CC.
En l'absence d'un signal d'entrée, le tube
PV est conducteur, la tension de grille étant au potentiel de la terre ou près de ce potentiel. Il en résulte que le potentiel d'anode est relativement faible. Le tube à néon NT main tient une différence de potentiel constante entre ses bornes. Ce tube est intercalé dans un circuit potentiométrique connecté entre + 300 et-300 V. Ce circuit et ses éléments sont choisis de façon qu'au repos le potentiel au point OT soit celui de la terre ou près de ce potentiel. Il s'ensuit que toute variation de potentiel à l'anode de PV apparaîtra sensiblement non affaiblie au point OT.
Un pote11- tiel dérivé du potentiel existant au point OT au moyen du curseur du potentiomètre P. ll est appliqué à la grille d'un tube cathode Ca7i'T par l'intermédiaire d'un circuit de filtrage TD. Le potentiomètre est réglé de manière que l'instrument de mesure MCI indique zéro en l'absence de signaux. Le circuit cathodique du tube CAFT est constitué par deux branches, l'une reliant la cathode à la terre par l'intermédiaire d'une résistance 20 k et l'instrument de mesure 11TC1, et l'autre allant de la cathode à un point de-300 volts par l intermédiaire de deux résistances 1 k et 100 k.
Une connexion s'étend du point de jonetion de ces deux résistances à travers une ré sistance Cw1I (d'environ 6 mégohms) au point
IT. Cette connexion constitue un autre circuit de réaction et en l'absence de signaux d'entrée aucun courant circule dans ce circuit puisque le point de jonction entre les ré sistances 1 et 100 k et le point IT sont tous les deux sensiblement au potentiel de la terre.
Lors de la première inversion du commutateur IR, une impulsion négative de 110 volts est appliquée au contact de travail de IR.
Comme cette impulsion est appliquée à la résistance 100 k et au circuit de grille de PV, la fraction des 110 volts apparaissant sur la grille de la pentode PV sera relativement petite et ne suffira pas à bloquer PV. Le même potentiel est également appliqué au condensateur C et le chargera négativement. Lorsque la grille de PV devient plus négative, l'anode deviendra immédiatement plus positive grâce à l'action normale du tube. Cette variation de tension dans le sens positif apparaît à la grille du tube PV grâce au circuit de réaction com- prenant le tube NT.
Ce rétroeouplage de l'augmentation de tension à l'anode vers la grille tend à provoquer une réduction de la tension d'anode qui, par rétroeouplage, tend à réduire la tension de grille, c'est-à-dire à la rendre plus négative, d'où résulterait une augmentation de la tension d'anode, de sorte qu'on a à faire avec deux actions opposées qui tendent à se produire. Le résultat en est que la tension d'anode augmentera et la tension de grille diminuera lorsque le condensateur C se charge. Le courant de charge variable pro- duit en OT une onde en gradins allant dans le sens positif. Cette onde est. appliquée à la grille de CI'T par l'intermédiaire du circuit
TD constitué par la résistance CJT et le con densateur 4 et présentant une grande constante de temps.
Cette onde est initialement une onde en gradins, mais, comme on le verra plus loin, ressemblera à une onde de base de temps lorsque l'équilibre est atteint.
Quand l'onde provenant de 07'atteint la grille de C15T, elle aura pris la forme d'une tension variant sensiblement de façon linéaire et augmentant jusqu'à ce que le circuit ait atteint un état d'équilibre. Cette tension est transférée à la cathode du tube CFT. L'ins- trument MCI donnera, donc une indication dé pendant de la valeur de cette tension.
Comme le point de jonction 0 des résistances 1 et 100 k est sensiblement au même potentiel que la ca- thode de CFT, ledit point de jonction sera positif par rapport à IT, de sorte qu'un courant passera par Cite. Ce courant s'oppose à l'effet des impulsions d'entrée qui ont la tendance de produire à la grille de PV une tension décroissante en forme de gradins.
Le dispositif de la fig. 2 est calculé de manière que ledit courant ait pour effet de faire revenir la tension de grille à la valeur qu'elle avait avant l'application de signaux, et ceci juste avant que la prochaine impulsion arrive. Evi- demment, il est possible de disposer le dispositif de manière que la tension de grille et la charge de C soient réduites d'une fraction prédéterminée au moment où la prochaine impulsion arrive.
Quand le circuit atteint un état d'équilibre pour une fréquence ou un taux d'impulsions donné, on reconnaît que l'onde en OT est une onde en gradins croissante d'un type similaire à une tension de base de temps, que la tension à la grille de CFT est une tension continue sensiblement stationnaire qui apparaîtra sur la eahode de CIFT grâce à l'action normale de ce tube cathode, et qu'on aura un flux stationnaire de courant de déchargea à travers CM et en conséquence, une lecture stationnaire sur l'instrument MCL
Si le taux d'impulsion augmente,
une impulsion arrivera avant la décharge complète de C. Il en résulte que la grille de PV deviendra plus négative que d'ordinaire et que l'anode de PV et le potentiel en OT deviendront plus positifs que d'ordinaire. Il s'ensuit que les potentiels de grille et de cathode de ('FT augmenteront, que la réaction par CM augmentera et que, par suite, la lecture de . lIC1 augmentera. On notera que, du fait que le circuit nécessite des constantes de temps élevées, particulièrement en ce qui concerne les constantes de temps associées au tube PV et au circuit TD, il faudra plusieurs secondes ou même des minutes avant que le circuit se stabilise pour une fréquence d'impulsions accrue.
Lorsque la fréquence des impulsions diminue, les opérations eonsidérées ei-dessus auront lieu en sens inverse.
Le commutateur IR peut être actionné, par exemple, par un compteur de kilowattsheure. En vue d'une telle application, le dispositif peut comprendre plusieurs circuits d'entrée d'impulsions du type décrit. Cette possibilité est indiquée schématiquement à la fig. 2 par les flèches X et Y.
Evidemment, le circuit d'entrée, repré- senté dans le dispositif de la fig. 2 par le con- densateur CC et les éléments associés, pourrait être remplacé par n'importe quel dispositif capable de fournirunesuccessiond'im- pulsions ayant la fréquence qu'on désire mesurer.
L'instrument MCI. indique la valeur zéro quand le circuit est au repos et répond au u po- tentiel présent à la cathode de CFT et indique la fréquence de commutation du comme- ta. teur IR.
Si le commutateur 7. B coopère avec un compteur de kilowatts-heure, 91IC1 donnera une lecture en kilowatts. Si plusieurs commutateurs de compteurs de kilowatts-heure, avec des condensateurs proportionnés à leur puis- sanee, sont connectés en parallèle, l'appareil de mesure. lI (51 donnera le total des kilowatts.