Dispositif électrique pour mesures de tensométrie
En tensométrie, on utilise des traducteurs, ou jauges de contrainte, dont la résistance électrique varie en fonction de la grandeur mécanique à mesurer, telle que force, pression, ou déplacement par exemple.
Selon une disposition connue, on établit des traducteurs dans un couplage en pont de comparaison, les petits signaux de mesure produits sur la diagonale du pont étant transmis à un appareil indicateur donnant un signal directement lisible ou audible, ou reproductible.
Les mesures sont en général effectuées en un grand nombre de points et un appareil indicateur central peut être utilisé pour relever les signaux produits par différents ponts faisant intervenir chacun un ou plusieurs traducteurs actifs établis aux points de mesurage. Les couplages nécessaires sont établis par le moyen de commutateurs rotatifs ou d'interrupteurs à commande à distance, par relais électromagnétiques par exemple.
Lorsque en chaque point de mesurage est établi un pont entier (quatre traducteurs), les contacts de commutation sont extérieurs au pont et n'entraînent alors que des erreurs négligeables.
Mais l'emploi de ponts entiers en chaque point de mesurage est une méthode compliquée et onéreuse et c'est pourquoi on préfère en général établir en chaque point de mesurage un couplage plus simple, à deux traducteurs constituant un demi-pont , ou à un seul traducteur seulement, constituant un quart de pont , ces éléments actifs étant couplés tour à tour avec des éléments centraux passifs, pour établir momentanément les différents couplages en pont entier concernant chacun un point de mesurage déterminé.
Cette disposition est plus simple, mais elle présente l'inconvénient majeur de ramener les contacts de commutation à l'intérieur du couplage en pont, de sorte que les inévitables variations de résistance de ces contacts sont alors l'origine d'erreurs de mesure importantes.
Ainsi, dans un couplage en pont connu tel que celui représenté à la fig. 1 du dessin annexé, pour quatre traducteurs T ayant chacun une résistance normale
R = 100 Q , et un coefficient de sensibilité K dR/R 2
dL/L une variation de la résistance Rc d'un contact de commutation C se montant à dRc= lOmQ seulement, entraîne déjà l'erreur relative e suivante, exprimée en relation avec la déformation dL 1 dRc 1 10-2 5.lO---iVmm ou 5Om e-- ¯¯¯¯¯
L K R 2 100
Une telle erreur est du même ordre de grandeur que les mesures effectuées en tensométrie, et ne peut donc être acceptée.
L'invention vise à fournir un dispositif électrique pour mesure de tensométrie qui permette d'éliminer, comme cause d'erreur, les variations de résistance d'organes de commutation placés à l'intérieur du couplage en pont.
A cette fin, dans le dispositif objet de l'invention comportant quatre impédances couplées en un pont de comparaison alimenté en courant alternatif en deux sommets opposés entre lesquels ces éléments forment deux circuits en parallèle, le pont comportant un appareil indicateur branché dans une diagonale de mesure reliant les deux autres sommets opposés du pont, et l'un desdits circuits comportant au moins un traducteur actif constituant une jauge de contrainte, L'autre circuit comprend un autotransformateur dont la prise médiane constitue l'un des sommets reliés à la diagonale de mesure.
La consommation à la prise médiane de l'autotransformateur étant négligeable, l'autotransformateur se présente entre les bornes d'alimentation comme une impé dance formée par une inductance (qui est celle propre au bobinage), en parallèle avec une résistance élevée correspondant aux pertes.
Cette inductance et cette résistance peuvent facilement être établies à des valeurs très élevées, de manière que la baisse de tension sur une résistance de couplage additionnelle introduite dans l'autre circuit reste tout à fait négligeable.
Cette baisse de tension se manifestera de deux manières: d'une part par une baisse en phase avec la tension d'alimentation provoquée par la résistance correspondant aux pertes, et d'autre part, par une baisse en quadrature provoquée par l'inductance et qui ne réduira pratiquement pas la tension d'alimentation de l'autre transformateur, entraînant seulement un très petit déphasage, tout à fait négligeable.
Dans une première forme d'exécution du dispositif objet de l'invention représentée à titre d'exemple à la fig. 2 du dessin annexé, le pont de comparaison comprend quatre éléments électriques résistifs T1, T2, Sa, Sb couplés en un pont alimenté par deux sommets opposés
A et B entre lesquels ces éléments forment deux circuits parallèles. Le pont comporte un appareil indicateur D branché dans la diagonale reliant les deux autres sommets E et F. L'un des circuits établis entre les bornes A et B comprend les deux traducteurs T1 et T2, et rautre circuit, les deux moitiés Sa et Sb d'un même autotransformateur S, dont la prise médiane constitue le point E.
L'autotransformateur S a, par exemple, une impédance propre Ls = henry, et un facteur de qualité
Q = 10, à la fréquence d'alimentation de 10.000Hz.
Le facteur de qualité Q répondant à la définition Q=ouL/R, on a donc R=w.L/Q=2xf.L/Q, d'où
R = 2x. 10. 000. 5/10 = 31400 Q.
La résistance équivalente de perte Rp sera ainsi sur chacune des deux branches du pont couplées en E:
Rp = R/2 = 31400Q/2 = 15700Q
Pour une variation dRc=lOmC;1 de la résistance d'un contact de commutation C (comme dans le cas du pont connu déjà décrit), on a alors une erreur relative e' beaucoup plus faible, qui s'établit comme suit: e' = 1/K.dRc/Rp = 1/2.10-2/15,7.103 = 3,2.l0-7rnrn/mm ou 0,32m
Cette erreur relative e' est cent cinquante fois plus petite que l'erreur relative e calculée précédemment pour le couplage connu décrit; elle est négligeable.
On note que cette erreur relative e' est la même que celle qu'on obtiendrait avec deux résistances de 15,7 k kQ chacune, mais l'emploi de résistances chimiques aussi élevées aurait porté la résistance de sortie du pont à une valeur d'environ 7,9 9kQ, ce qui aurait rendu difficile la mesure de la tension de déséquilibre, alors beaucoup plus élevée.
Avec le pont correspondant au schéma de la fig. 2, la résistance de sortie de l'autotransformateur S reste peu élevée. Ainsi, si les quatre branches du pont ont des résistances ohmiques de 100 Q chacune, la résistance de sortie du pont est également de 100 Q, et la résistance de sortie de l'autotransformateur est de 50 Q seulement.
La fig. 3 du dessin annexé est le schéma électrique d'autres formes d'exécution du dispositif objet de l'invention.
Dans une forme d'exécution illustrée en P1, le dispositif selon l'invention comporte outre un pont de comparaison formé par un autotransformateur S1 et deux traducteurs T1, une branche supplémentaire à deux traducteurs T1', et des moyens de commutation N1, N2 permettant de déconnecter la branche contenant l'autre transformateur S1 et de connecter en lieu et place de celle-ci la branche supplémentaire, pour transformer le pont en un pont de comparaison ordinaire.
Le pont est branché entre des bornes d'alimentation Al et B1 susceptibles d'être reliées à une source de courant O, et la diagonale de mesure établie entre une borne El constituant la prise médiane de l'autotransfor- mateur Sl, et une borne F1 est branchée sur un appareil indicateur D. Un groupe d'interrupteurs M1 permet d'isoler le dispositif de la source de courant et de l'appareil indicateur.
Une autre forme d'exécution du dispositif objet de l'invention est constitué par ensemble P2, P3. Cette forme d'exécution comporte un pont de comparaison représenté en P2, identique à celui de la fig. 2, qui est formé par un autotransformateur S2 et deux traducteurs
T2 et T2f. L'autotransformateur S2 est branché entre des bornes d'alimentation A2 et B2, et la diagonale de mesure branchée sur l'appareil indicateur D, est établie entre des bornes E2 et F2. Des interrupteurs M2 permettent de débrancher le pont.
Des moyens de commutation N3, N4 permettent de brancher en lieu et place de l'autotransformateur S2 et du traducteur T2, un autotransformateur S3 et un traducteur T3 formant le groupe P3, pour constituer un nouveau pont de comparaison avec le traducteur T2f.
Dans ce nouveau pont, l'autotransformateur S3 est branché entre des bornes d'alimentation A3 et B3, et la diagonale de mesure branchée sur l'appareil indicateur
D, est établie entre la borne F2 déjà mentionnée et une borne E3 constituant la prise médiane de l'autotransformateur S3.
On peut prévoir un grand nombre de groupes supplémentaires, tels que le groupe P3, pour effectuer des mesures en d'autres points, en utilisant l'appareil indicateur D et le traducteur de référence T2f dans les ponts de comparaison prévus à cet effet.
Dans le dispositif de mesure conforme à l'invention, grâce au fait qu'un des circuits du pont est constitué par les deux moitiés d'un autotransformateur, les variations de résistance susceptibles de se produire aux bomes de couplage A, B, F restent pratiquement sans effet sur la précision des mesures, bien que ces bornes soient situées à l'intérieur du pont.
Les traducteurs peuvent ainsi être placés à distance et couplés selon les nécessités d'un programme de mesures, sans nuire à la précision.
Dans d'autres couplages conformes à l'invention, un autotransformateur pourrait être incorporé dans un appareil indicateur central, pour être couplé à volonté avec des éléments traducteurs actifs ou passifs constituant des ponts entiers, des demi-ponts, ou des quarts de ponts, dans le schéma général.