Procédé pour éliminer l'erreur introduite par les résistances de contact d'organes de commutation,
de capteurs tensiométriques à un pont de mesure
L'invention a pour objet un procédé pour éliminer l'erreur introduite par les résistances de contact d'organes de commutation, de capteurs tensiométriques à un pont de mesure.
On connaît déjà des procédés pour commuter des points de mesure tensiométriques à l'aide de schémas simples qui utilisent des organes de commutation constitués par des commuateurs rotatifs ou des relais électromagnétiques les deux à contacts en métaux nobles et à haute pression sur le contact, pour diminuer la résistance de contact et implicitement sa variation. Dans ces procédés et même avec ces précautions, les résistances de contact présentent des variations pendant le fonctionnement, qui quoique petites, conduisent à des erreurs importantes.
On connaît aussi un procédé qui, dans le cas des mesures à demi-pont, complète le pont par deux bras formés de deux résistances distinctes pour chaque point de mesure. Mais le procédé n'est pas efficace quand on travaille avec un capteur compensateur commun, ce qui est le cas le plus fréquent des mesures tensiométriques. On connaît un procédé dans lequel on alimente les capteurs à courant constant, au moyen des transformateurs. Celui-ci présente l'inconvénient de ne pas pouvoir connecter les dispositifs qui travaillent en pont complet, c'est-à-dire à quatre capteurs.
L'invention a pour but d'éliminer les inconvénients mentionnés ci-dessus.
Selon l'invention, le procédé est caractérisé en ce qu'on utilise, pour former les deux bras d'un pont, au moins un autotransformateur dont la prise médiane est située au milieu du bobinage et en ce qu'on connecte ces organes de commutation disposés dans le pont en série avec ledit autotransformateur, afin de réduire le courant à travers lesdits organes de commutation et par conséquent l'effet de la variation de leur résistance de contact sur l'équilibre du pont.
Le dessin illustre deux procédés connus et, à titre d'exemple, deux formes d'exécution du procédé selon l'invention:
Les fig. 1 et 2 illustrent deux procédés connus et,
les fig. 3 et 4 deux formes d'exécution du procédé selon l'invention.
A la fig.1, est représenté un schéma électrique connu pour commuter n de points de mesure. Un pont tensiométrique de construction usuelle PT peut être connecté à chaque point de mesure en utilisant trois organes de commutation: d1a, dlb et d1c pour le premier point, ou en général pour un point quelconque: dia, dib et dic. Au premier point de mesure (à gauche sur la fig. I) on peut connecter quatre capteurs (pont-entier) T1, T2, T3 et T4 à quatre bornes Al,
B1, C1 et D1. Pour ce point de mesure, un segment de contact p peut être disposé à droite (trait continu).
Lorsqu'on utilise deux capteurs seulement (demi-pont), le segment p est disposé à gauche et le complètement du pont dans ce cas s'effectue à l'aide de deux autres tras, constitués par deux résistances R1 et R2.
Dans l'exemple de la fig. 1, seul le premier point de mesure peut travailler en pont-entier ou en un demipont; les points de 2 à n ne peuvent travailler qu'en demi-pont, lequel est constitué soit par deux capteurs distincts T5 et T6, pour chaque point de mesure, soit par un seul capteur actif T7, qui travaille avec un capteur compensateur T6 commun à plusieurs points
Dans ce but, il faut faire effectuer la connexion
C2-Cn.
On va faire une analyse des erreurs que ce schéma peut générer dans différents modes de connexions des capteurs. Pour le premier point de mesure, qui travaille en pont entier, on observe que les trois contacts de commutation dia, dib et die sont situés en dehors des bras du pont Wheatstone constitué par les quatre capteurs T1, T2, T3 et T4. Pour ce mode de connexion des capteurs les variations des résistances de contact des organes de commutation d1a, d1b et d1c ne peuvent introduire que des erreurs (dérives) négligeables.
Pour le point 2 on employe un demi-pont, constitué par les capteurs T5 et T6 désignés par A dans leur ensemble. Dans ce cas le complètement du pont se fait par deux résistances R1 et R2, de valeurs égales et du même ordre de grandeur que celles des capteurs. Le pont Wheatstone est formé par T5, T6, R1 et R2. Seul le contact de commutation d2b se trouve en dehors des bras du pont; les contacts d2a et d2c se trouvent en série avec les bras T4 et T5. La même situation se présente lorsqu'on travaille avec un capteur actif T7 et
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valeur qui représente une erreur importante.
On utilise parfois au lieu de deux résistances R1 et
R2 un autotransformateur Tr dont la prise médiane est située sur la moitié du bobinage. Les erreurs sont les mèmes, parce qu'elles ne dépendent pas des valeurs des résistances R1 et R2, respectivement de l'autotransformateur Tr (voir formule 1).
A la fig. 2, on a représenté un schéma de commutation perfectionné, utilisé par certains constructeurs.
Ce schéma peut travailler seulement en pont entier ou en demi-pont. La particularité de ce schéma est que le complètement des deux bras de pont, lorsqu'on travaille en demi-pont (A), se fait par deux résistances distinctes pour chaque point de mesure (Ra2, Rc2).
Dans ce cas tous les contacts de commutation lorsqu'on travaille en demi-pont, se trouvent à l'extérieur du pont constitué par T5, T6, Ra2 et Rc2.
Mais ce schéma ne permet pas de travailler avec un capteur compensateur commun. Si l'on effectue les connexions indiquées dans la fig. 2 en B, on voit que le capteur T7 ne peut pas travailler avec T6 parce que ce dernier est en permanence en parallèle avec d'autres résistances (T5+Ra2+Rc2).
Dans la forme d'exécution illustrée à la fig. 3, un pont tensiométrique PT de construction usuelle, est connecté à chaque point de mesure par quatre organes de commutation d1,, dit, d1e et d1d pour le premier point de mesure ou en général dia, dib, dic et did pour un point de mesure quelconque. Au premier point de mesure (à gauche sur la fig. 1) quatre capteurs (pont entier) T1. T2, T3 et T4 peuvent être c onnectés à quatre bornes Ai, Bi, Ci et D1 dans ce cas un segment de contact P est disposé horizontalement. Quand on utilise un demi-pont, formé soit par deux capteurs distincts T1 et T2, soit un capteur compensateur compensateur commun pour plusieurs points, le segment p est disposé verticalement et le complètement du pont dans ce cas est effectué par un autotransformateur T@ à prise médiane.
Dans l'exemple de la fig. 1, chaque point de 2 à n peut travailler en demi-pont seulement. Les capteurs en A et B travaillent avec un capteur compensateur commun T6, et dans ce but une connexion est établie entre C2 et Cn. Dans n'importe quel mode de connexion des capteurs, les organes de commutation dia dib et dir étant en dehors des bras du pont, la variation de leur résistance de contact ne donne pas lieu aux erreurs mentionnées plus haut. Les organes de commutation did étant en série seulement avec l'autotransformateur Tri, sa résistance de contact n'introduit elle aussi pas d'erreurs.
un seul capteur compensateur T6 commun à plusieurs points de mesure (point n en B).
Si on considère une variation # R =# 10-2 #, comme la variation usuelle d'une résistance de contact des organes de commutation, et on suppose qu'on travaille avec des capteurs ayant une résistance nominale R=120# une coefficient de sensibilité k = 2, il se produit une erreur (ou dérive) e exprimée en contrainte qui est égale à
La fig. 3 illustre une variante dans laquelle on n'utilise qu'un seul autotransformateur, cinq organes de commutation dia, dib, dic, did et die étant par contre nécessaire au lieu des quatre dia, dib, dic et die/did utilisés à la fig. 3.
Dans cette variante on utilise en outre, un segment de contact Pi P2, Pn pour chacun des points de mesure, pour permettre la connexion à une borne Di du point de mesure correspondant.
Ces deux formes d'exécution éliminent pratiquement complètement les erreurs introduites par les résistances de contact des organes de commutation, dans n'importe quel mode de connexion des capteurs.
Ainsi, considérons le schéma de la fig. 3 au point de mesure 2. Les organes de commutation d2a, d2b et d2e sont en dehors des bras du pont constitué par T5
T6 et les deux moitiés de l'autotransformateur Tr2. Le seul contact de commutation qui se trouve à l'intérieur de ce pont est d2d mais celui-ci se trouve en série avec une moitié de l'autotransformateur Tr2. L'autotransformateur se présente comme une inductance parallèle à une résistance de grande valeur (résistance qui représente les pertes). Cette résistance étant d'un ordre de grandeur deux à trois fois supérieur aux valeurs nominales des résistances des capteurs, la variation de la résistance du contact de commutation did n'introduit qu'une très faible erreur.
Si l'on considère une inductance propre de l'autotransformateur Tr2, L = 4H avec un facteur de qualité Q = 10, et qu'on travaille à une fréquence de i kHz, la résistance de perte Rp est:
Rp = QL#10.4.2.3.14.10 = 250 k Q (2) soit pour une moitié du bobinage (un bras):
R'n=#RD=#.250=125k# (3)
2 2
On voit que l'erreur en appliquant la même formule (1) est réduite de plus de 1000 fois, étant ainsi totalement négligaeable (# 0,04 m/m ou D).
En ce qui concerne l'inductance propre, celle-ci n'introduit aucune erreur décelable lorsque la résistance de l'organe de commutation d2d varie avec A R.
En fait, la réactance de l'autotransformateur Tr2 a une grande valeur et elle est en quadrature avec la résistance # R. De plus, I'installation de mesure n'est pas sensible à une composante de déséquilibre en quadrature. Pour l'exemple choisi de module de la valeur du déséquilibre dû à la réactance propre de l'autotransformateur Tr2 et à la résistance A R du contact d2d est d'après la même formule (1) approximativement égal à 0,8 m/m ou D. La composante active de ce déséquilibre (due à l'inductance propre et à la résistance r
Pour un bras: de 40# de l'enroulement de Tr2 est de 628 fois plus petite (# 0.0013 m/m ou D), comme démonté ciaprès.
XL = L.W = 4.2.3.14.10 = 25 k Q XL1/2=(1/2)ê.XL=1/4.25=6,25k#
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tg#L=1/LW=40/4.2.3.14.10 =1/628
ReL=eL.tg#L=#0,81/628.10-3##0,0013.10-6
La situation est la même lorsqu'on travaille avec un capteur compensateur commun (T6) pour plusieurs capteurs actifs T5...T7), parce que le seul contact qui se trouve à l'intérieur du pont (dnd) est aussi en série avec l'autotransformateur (en ce cas TRu).
A la fig. 4, la modification permet l'utilisation d'un seul autotransformateur Tr, pour un groupe (ou tous) les points de mesure. La différence est qu'il existe un organe de commutation en série avec chaque moitié de l'autotransformatcur (did, ct die)