Procédé de détermination de la résistance électrique présente à la surface de séparation
entre deux corps en contact et l'appareil pour la mise en oeuvre dudit procédé
La présente invention concerne un procédé de détermination de la résistance électrique présente à la surface de séparation entre deux corps en contact et l'appareil pour la mise en oeuvre dudit procédé.
Le but d'une connexion électrique est de relier deux conducteurs l'un à l'autre de manière que les électrons faisant partie du réseau atomique d'un conducteur puissent passer librement dans le réseau atomique de l'autre conducteur. I1 est donc nécessaire de relier les deux conducteurs de manière qu'il existe un contact intime entre les deux réseaux.
I1 est connu que la nature d'un contact entre deux surfaces est fortement influencée par les aspérités de ces surfaces. Lorsque deux conducteurs sont mis en contact, leurs surfaces se touchent d'abord aux endroits dans lesquels les pointes des aspérités d'un conducteur rencontrent les pointes des aspérités de l'autre conducteur. La pression locale intense produite par ce contact provoque la déformation du métal, auxdits endroits. Mme si le processus initial de déformation est achevé, les majeures parties des deux surfaces restent séparées par des distances qui sont très grandes par rapport à l'ordre de grandeur des forces atomiques; ainsi ces surfaces restent séparées sauf à l'endroit de quelques petites surfaces où le contact est intime.
Lorsqu'un courant électrique passe entre deux surfaces en contact, l'écoulement des charges est fortement rétréci à la surface de séparation vu qu'elles sont obli- gées de passer à travers de très petites aires étant en contact intime. A cause de ces rétrécissements, la différence des potentiels à travers la surface de séparation est légèrement supérieure à la différence des potentiels qui serait produite par un courant uniforme ayant la mme intensité. Le rétrécissement provoque donc une chute de potentiel additionnelle dans le circuit électrique formé par les deux corps en contact.
Cette différence de potentiel divisée par l'intensité du courant est appelée la résistance de rétrécissement
I1 est connu que la résistance de rétrécissement influence fortement la nature, la qualité et la durée de vie d'une connexion électrique. Cela est dû aux effets d'échauffement provoqués par le rétrécissement du courant et aux effets accompagnant cet échauffement, tels que les réactions chimiques sensibles à la température, qui tendent à établir des couches diélectriques entre les corps étant en contact. Il a été jusqu'à présent très difficile et pratiquement impossible de mesurer la résistance de rétrécissement à l'extérieur d'un laboratoire spécialisé.
Dans une connexion électrique, la résistance de rétrécissement peut tre considérée comme étant reliée en série avec la résistance de la masse du corps conducteur, malgré qu'il est très difficile de situer la limite physique entre ces deux résistances. Puisque la résistance totale de rétrécissement est constituée par un grand nombre de résistances individuelles travaillant en parallèle, il est d'autant plus difficile de situer la limite entre la résistance de la masse du conducteur et la résistance de rétrécissement. Le procédé connu de détermination de la résistance de rétrécissement à la surface de séparation entre deux échantillons spécialement préparés et constitués par la mme matière ou par des matières différentes est connu sous le nom de la technique des baguettes croisées .
Dans cette technique on emploie deux baguettes dont chacune est en une matière connue, lesdites baguettes étant situées transversalement l'une par rapport à l'autre, ou autrement dit elles se croisent, de sorte qu'elles ont un point commun de contact. La résistance de rétrécissement de deux baguettes est déterminée au moyen d'un système à quatre fils, dans lesquel un courant connu passe à travers le circuit série formé par un bras de chaque baguette et par le point commun de contact. En connectant les conducteurs reliés à un dispositif de mesure de potentiel à l'extrémité libre de cha que baguette, on peut mesurer la chute de potentiel à travers le point de contact.
La résistance de rétrécissement de la surface de séparation peut tre alors déterminée en divisant la chute de potentiel par l'intensité du courant.
I1 résulte de ce qui précède que le procédé connu de mesure de la résistance de rétrécissement au moyen de baguettes croisées ne peut pas tre pratiquement appliqué à toutes les configurations des connexions électriques.
La présente invention a pour but de fournir un procédé et un appareil permettant de déternnrer la résistance de rétrécissement ou de contact à la surface de séparation entre deux corps conducteurs en contact.
La présente invention a en outre pour but de fournir un procédé et un appareil du type indiqué auparavant, qui peuvent tre employés sans qu'il soit nécessaire de préparer spécialement les corps conducteurs devant tre essayés.
L'invention a encore pour but de fournir un appareil permettant de déterminer la résistance de rétrécissement, qui est relativement bon marché et simple à manier.
Le procédé de détermination de la résistance électrique présente à la surface de séparation entre deux corps en contact et ayant une tension de fusion caractéristique est caractérisé en ce qu'on fait circuler un courant dans le circuit série formé par lesdits corps, en ce qu'on mesure la différence de potentiel aux bornes de ce circuit, en ce qu'on fait passer une impulsion de courant à travers ledit circuit série ayant l'intensité minimum nécessaire pour provoquer un changement permanent de la différence de potentiel et en ce qu'on divise la tension de fusion desdits corps par l'intensité de courant de ladite impulsion pour déterminer la résistance présente à la surface de séparation entre les deux corps d'essai.
L'appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour produire des impulsions de courant dont l'intensité est connue, des moyens pour appliquer lesdites impulsions au circuit série formé par lesdits corps en contact, un dispositif capable d'indiquer les changements de la différence de potentiel dans le circuit série.
Le dessin ci-annexé représente à titre d'exemple une forme d'exécution de l'objet de la présente invention.
La fig. 1 représente un schéma en bloc d'un appareil destiné à déterminer la résistance de rétrécissement.
La fig. 2 est un schéma équivalent d'une résistance électrique présentée par une paire de corps conducteurs en contact.
La fig. 3 est un schéma simplifié montrant les éléments non classiques de l'appareil selon la fig. 1, et
la fig. 4 montre un diagramme de temps représentant la suite d'opérations des éléments selon la fig. 1.
I1 a été déjà dit auparavant et il résulte de la fig. 2 que deux corps étant en contact, et qui portent au dessin les signes de référence 10 et 12, peuvent tre représentés au point de vue électrique par une paire de résistances de masse Rb qui sont reliées en série à plusieurs résistances Re de rétrécissement reliées en parallèle. Les techniques connues n'ont pas permis d'établir un appareil pouvant
tre relié aux bornes 64 de la fig. 1, qui serait capable
de séparer la résistance Rc de la résistance Rb.
Le dispositif qui sera décrit utilise la différence des vitesses avec lesquelles l'échauffement dû à la résistance électrique influence la température de la masse d'un conducteur monté dans un circuit et la zone entourant les rétrécissements. Le temps de réponse thermique de la zone des rétrécissements dans un circuit est généralement mesuré en microsecondes, cependant qu'un changement de la température de la masse d'une connexion peut necessiter plusieurs secondes. Ainsi, on a constaté qu'un courant électrique qui s'écoule pendant quelques secondes provoque des changements thermiques dans les rétrécissements d'une connexion sans qu'il influence la température de la masse.
Au dessin, la fig. 1 montre une paire d'éléments de contact 10 et 1 1 reliés à l'appareil capable de mesurer la résistance de rétrécissement. Les éléments de contact, qui sont représentés schématiquement, sont en contact à travers des aspérités 14 représentées d'une manière simplifiée. Chaque élément de contact comprend une partie massive 16 sur laquelle sont présents les rétrécissements 14.
L'appareil relié aux éléments de contact 10, 12 comprend une source de tension 18, un limiteur de courant 20, un générateur d'impulsions 30, un interrupteur d'impulsions 40 destiné à laisser passer les impulsions fournies par le générateur 30, un circuit de commande 50 destiné à commander l'interrupteur 40, un voltmètre 60 destiné à indiquer les potentiels et les changements de potentiel à travers la connexion d'essai et une source de tension continue à courant constant 62 reliée en tparal- lèle au voltmètre 60. Le fonctionnement de cet appareil peut tre compris plus facilement en se référant à la fig. 3 qui représente les éléments non classiques du circuit selon la fig. 1.
La source de tension 18 peut tre une source conven tonnelle, ajustable de tension continue, qui est capable de fournir une tension variable comprise par exemple entre 0 et 200. La tension de sortie choisie de la source
18 détermine à chaque instant l'amplitude des impulsions produites par l'appareil. Un limiteur de courant 20 ayant une construction simple peut tre prévu à la sortie de la source 18, lorsque cette source ne comprend pas un limiteur interne permettant d'éviter des surcharges. Le limiteur 20 selon la fig. 3 comprend un transistor 22 du type
PNP, qui est polarisé négativement à travers une résistance 24 de base. Ce transistor est relié en série entre la borne positive de la source 18 et la borne d'entrée du générateur 30 pour limiter l'intensité du courant fournie au générateur 30.
Le générateur d'impulsions 30 comprend un condensateur 32 d'emmagasinage de la charge, qui est relié à un circuit oscillant 34 comprenant une bobine de self 36 et un condensateur 35. Lorsque le transistor 32 est conducteur, le condensateur 32 est chargé directement par la source 18. Lorsque ce condensateur est complètement chargé et le transistor 22 n'est plus conducteur, le con
densateur 32 conserve sa pleine charge jusqu'à ce que l'interrupteur 40 soit rendu conducteur. Lorsque l'inter
rupteur 40 est conducteur, le condensateur 32 est relié
à travers le circuit oscillant 34, le conducteur 38 de sortie du générateur et l'interrupteur 40 aux conducteurs 48
et 49 auxquels est relié le contact d'essai.
Le circuit
oscillant 34 sert à donner à la décharge du condensateur
32 la forme voulue d'une impulsion; la durée de l'impul
sion doit tre de préférence beaucoup plus courte que le temps de réponse thermique de la masse de la connexion d'essai.
L'interrupteur 40 comprend un redresseur 42 commandé à silicium, qui comprend un conducteur de sortie 44 et un conducteur de commande 43. Lorsque le redresseur 42 est non conducteur, aucune charge ne peut s'écouler à travers le conducteur de sortie 38 du générateur 30. L'interrupteur 40 peut tre rendu conducteur par une impulsion appliquée au conducteur de commande 43.
Le circuit de commande 50 de l'interrupteur 40 sert à fournir l'impulsion de commande de l'interrupteur 40.
Le circuit de commande 50 comprend une source de potentiel 56, un condensateur 54, un interrupteur 52 commandé à la main et une résistance 55. Lorsque l'interrupteur 52 est fermé pour compléter le chemin à travers la résistance 55, le courant fourni par la source 56 à travers le condensateur 54 produit un changement initial du potentiel du conducteur 43, qui sert à rendre conducteur le redresseur 42. Puisque le condensateur 56 emmagasine e une charge lorsqu'il cornmande le oonduc- teur 43, une résistance 58 de court-circuitage est prévue pour décharger le condensateur 54 après le retour de l'interrupteur 52 à la position représentée en fig. 3.
Le diagramme de temps selon la fig. 4 représente la suite d'opérations du circuit 50 de commande, de l'interrupteur 40 et du générateur d'impulsions 30. Ainsi, la fermeture à la main de l'interrupteur 52 provoque l'éta blissernent d'une impulsion de commande d'une durée relativement courte à l'instant A.
L'impulsion de commande rend conducteur l'interrupteur 40 qui à son tour laisse passer une impulsion fournie par le générateur d'impulsions 30, dont la durée s'étend entre les instants A et B. La disparition de l'impulsion à l'instant B fournie par le générateur rend l'interrupteur 40 non conducteur. Ces trois éléments sont donc capables de laisser passer une autre impulsion fournie par le générateur 30.
Le but de l'appareil décrit est de fournir une suite d'impulsions ayant une forme voulue et une amplitude pouvant tre commandée sélectivement. Il est évident que d'autres circuits peuvent tre utilisés dans ce but. On a admis, par exemple, dans la forme d'exécution décrite que la tension de sortie fournie Ipar la source 18 a été étalonnée de manière que pour une certaine tension de sortie donnée, l'amplitude de l'impulsion produite entre les conducteurs 48 et 49 est connue. Toutefois on peut utiliser un autre procédé convenable pour déterminer l'amplitude de cette impulsion.
Ainsi, on a montré qu'une impulsion ou une suite d'impulsions dont l'amplitude varie sélectivement ne peut tre appliquée qu'à travers une paire d'éléments de contact 10 et 12 qui sont reliés aux conducteurs 48 et 49.
Les éléments de contact 10 et 12 représentés en fig. 1 sont en contact à l'endroit d'une paire d'aspérités 14 qui représentent les points de rétrécissement. Une source de tension constante 62 et un voltmètre 60 sont reliés en parallèle aux conducteurs 48, 49. Le voltmètre 60 doit indiquer la chute de potentiel à travers le circuit série formé par les éléments de contact 10 et 12. La source de tension constante 62 sert à fournir le courant nécessaire pour détecter la chute de potentiel relative à travers les éléments de contact. La source 62 fournit de préférence un courant constant pour faciliter la détection d'un changement de potentiel. Toutefois on peut utiliser une source de courant variable, mais dans ce cas il est nécessaire de prévoir un moyen permettant de déterminer l'intensité du courant à l'instant de chaque lecture du voltmètre.
Il résulte de ce qui précède que l'appareil décrit est capable d'appliquer à deux éléments de contact des impulsions dont l'amplitude est constante et connue ou dont l'amplitude augmente consécutivement d'une façon connue. Cet appareil permet en outre de déterminer la chute de potentiel à travers lesdits éléments Ide contact avant et après l'application d'une impulsion. Pendant les fonctionnements, un opérateur Irelie les deux éléments de contact aux conducteurs 48 et 49. La chute de potentiel à travers ces éléments de contact est notée pour un courant connu.
Une impulsion dont on connaît l'amplitude et la durée passe alors à travers 4es corps, constituant les éléments de contact, et la chute de potentiel est ensuite mesurée de nouveau pour un courant connu afin de détecter un changement provoqué par la modification de la résistance du circuit. Ce procédé de mesure et l'application d'impulsions continuent jusqu'à ce qu'on constate un tel changement. A ce moment, la valeur de l'impulsion qui a produit la première un changement permanent de la résistance de connexion est connue.
Cette donnée permet de déterminer la résistance de rétrécissement de deux corps étant en contact de la manière suivante.
On a constaté que les impulsions dont la durée est convenable et qui ont été appliquées comme indiqué auparavant provoquent des changements transitoires de la température de la zone de rétrécissement entre deux corps sans qu'ils influencent la température de la masse.
On a constaté en outre qu'un changement transitoire de la température dont la grandeur est suffisamment élevée provoque un changement permanent dans les rétrécissements influencés sans influencer la résistance de la masse de la connexion. Ainsi, lorsque l'appareil décrit auparavant détecte un changement de la résistance d'une connexion, il s'agit d'un changement de la résistance de rétrécissement.
Le courant de la première impulsion qui produit un changement permanent de la résistance de rétrécissement de deux corps en contact ajouté au courant fourni par la source 62 est appelé gcourant critique .
I1 est connu que pour deux conducteurs donnés en contact, le produit de courant critique et de la résistance de rétrécissement est une constante. Cette constante qui a les unités d'une tension est appelée < tension de fu sion . La tension de fusion est une constante qui dépend de la matière ou des matières étant en contact. Ainsi, les connexions or-cuivre, par exemple, sont caractérisées par la mme tension de fusion. Mais cette constante diffère de la tension de fusion d'une connexion cuivre-cuivre.
Il est évident que lorsqu'on connaît la tension de fusion de deux conducteurs étant en contact et lorsqu'on a déterminé comme décrit auparavant le courant critique pour ces deux corps, on peut déterminer la résistance de rétrécissement entre ces deux corps en divisant la tension des fusions par le courant critique.
Les valseurs des tensions de fusion pour les corps étant en contact et constitués par une seule matière ou par des matières différentes peuvent tre obtenues au moyen de techniques connues, qui sont décrites dans Eîectric Contacts Handbook de Ragnar Holm (1958, Merlin: Springer).
Un autre avantage est dû au fait que la résistance de rétrécissement de deux corps étant en contact dont on connaît la tension de fusion peut tre mesurée au moyen d'une seule impulsion électrique ayant une valeur oriti- que en se référant à une représentation graphique du produit du courant critique et de la résistance de rétrécissement qui est une constante, ce graphique devra tre établi en coordonnées logarithmiques. La valeur de la résistance de rétrécissement peut tre lue directement sur le graphique pour un courant critique des corps étant en contact. De mme, lorsqu'on a mesuré le changement de la chute de potentiel provoqué par l'impulsion, on peut déterminer le changement de la résistance de rétrécissement et la valeur de la résistance de rétrécissement avant l'application de l'impulsion peut tre lue sur le graphique.
REVENDICATIONS
I. Procédé de détermination de la résistance électrique présente à la surface de séparation entre deux corps en contact et ayant une tension de fusion caractéristique, caractérisé en ce qu'on fait circuler un courant dans le circuit série formé par lesdits corps, en ce qu'on mesure la différence de potentiel aux bornes de ce circuit, en ce qu'on fait passer une impulsion de courant à travers ledit circuit série ayant l'intensité minimum nécessaire pour provoquer un changement t permanent de la différence de potentiel et en ce qu'on divise la tension de fusion desdits corps par l'intensité de courant de ladite impulsion pour déterminer la résistance présente à la surface de séparation entre les deux corps d'essai.