CH624213A5 - - Google Patents
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Description
La présente invention concerne un dispositif pour mesurer la tension d'un fil dans sa course, en particulier avant son enroulement sur une bobine. De nombreuses méthodes sont connues pour mesurer la tension d'un fil dans sa course. Cependant ces diverses méthodes soulèvent de nombreux problèmes. Par exemple, la méthode des transformateurs différentiels qui est souvent utilisée présente l'inconvénient que sa solidité mécanique est insuffisante, et que les variations de tension du fil ne sont pas mesurées exactement. Un autre procédé, celui du transformateur rotatif qui est également utilisé souvent, présente l'inconvénient que l'utilisation de ce dispositif nécessite un grand effort, ce qui empêche son utilisation pour la mesure d'un fil à faible tansion sous peine de causer des dommages à ce fil.
L'inventeur de la présente invention avait déjà proposé un dispositif pour mesurer la tension d'un fil lors de son passage, comprenant un noyau primaire en forme de U pourvu d'un bobinage primaire disposé pour être excité par un courant alternatif et un noyau secondaire également en forme de U, disposé en face du noyau primaire de façon à ménager entre eux un entrefer, constituant avec le noyau primaire un circuit magnétique, et comportant un bobinage secondaire englobant ledit circuit magnétique, l'entrefer étant muni d'un organe mobile comportant une armature de façon à former un circuit magnétique de dérivation. Ce dispositif présente une solidité mécanique suffisante qui permet de mesurer avec une bonne précision la tension d'un fil faiblement tendu. Ce dispositif étant alimenté par le courant alternatif du réseau, l'emploi d'un oscillateur particulier est inutile. Du fait que la tension de sortie au secondaire est suffisamment élevée la lecture peut se faire sans passer par un amplificateur. Cependant comme ce dispositif de mesure est muni d'une armature en forme d'éventail pour le circuit magnétique dérivé, le domaine de linéarité de ce dispositif est très étroit, et il en résulte que son application est très limitée.
Le but de la présente invention est de perfectionner le dispositif qui vient d'être décrit de façon à lui conférer un domaine de linéarité très étendu.
La présente invention atteint ce but par le fait que l'organe mobile de dérivation magnétique peut se déplacer par rapport à l'entrefer en accord avec les changements de la tension du fil, l'étendue de l'armature de dérivation du flux magnétique, mesurée perpendiculairement à la direction de son mouvement, dans le plan dans lequel se meut cette armature, étant modifiée en accord avec les variations de la tension du fil.
Selon une forme d'exécution l'armature a une forme de croissant constitué par un disque d'un certain diamètre comportant ime ouverture circulaire d'un diamètre plus petit, la périphérie du disque et celle de l'ouverture présentant un point de tangence.
L'invention sera expliquée à l'aide du dessin d'une forme d'exécution dans laquelle la figure 1 est une vue en coupe frontale en élévation du dispositif.
La figure 2 est une coupe frontale selon la ligne II—II de la figure 1.
La figure 3 est une vue latérale partielle montrant le circuit magnétique illustré par la figure 1.
La figure 4 est un schéma représentant le circuit électrique équivalent selon la figure 3.
Les figures 5a à 5e montrent différentes positions relatives de l'armature dans l'entrefer du circuit magnétique.
La figure 6 représente le diagramme montrant la relation contre l'angle dé déviation 0 de l'armature et la tension de sortie du dispositif.
Considérons la figure 1. Un boîtier 1 avec son couvercle 2 fixé par les vis 3 contient un noyau primaire 5 en forme de U sur lequel se trouve un bobinage primaire 7. Ce noyau 5 est fixé sur un socle 4 de même qu'un noyau secondaire 6 également en forme de U, les deux noyaux étant disposés vis-à-vis l'un de l'autre de façon que leurs faces respectives 5a, 5a' et 6a, 6a' constituent un entrefer G. Un bobinage secondaire 8 est enroulé sur le noyau 6. Le bobinage primaire 7 est relié à deux bornes 9a et 9b permettant l'alimentation par une source de courant alternatif extérieure 10. Lorsque le courant alternatif alimente le bobinage primaire 7, le noyau primaire 5 est excité et un flux magnétique passe dans le circuit magnétique Cm, voir figure 3, qui englobe également le noyau secondaire 6. H en résulte qu'une tension est induite dans l'enroulement secondaire 8 et il est transmis au dispositif indicateur 14 au moyen des bornes lia et 11b. Le dispositif indicateur 14 comporte un redresseur 12 pour rectifier le courant alternatif induit, en un courant continu permettant sa mesure. H est aussi possible de remplacer le dispositif de mesure 14 par un voltmètre à cornant alternatif.
Un organe rotatif 9 comportant un axe 15 supporté par les paliers 16 et 17 est monté dans le boîtier 1, et il porte un s
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disque 18 en un matériau non magnétique tel que du cuivre ou une matière isolante, et dont le diamètre est D. Ce disque comporte un moyeu qui est fixé sur l'axe 15 au moyen d'une vis 20. L'axe 15 se prolonge par sa partie 15a et par un levier 15b, ce dernier se terminant par une manivelle 15c qui porte une poulie à gorge 26a servant de guide au fil Y. La manivelle 15c est soumise à un ressort 21 lui-même accroché à une vis 22 qui permet au moyen des écrous 23 d'ajuster la tension du fil à mesurer. Cette vis 22 est fixée à une console 24 elle-même fixée par les vis 25 sur le boîtier 1. Il résulte de cette disposition que l'axe 15 est mis en rotation d'un angle plus ou moins grand en fonction de la tension du fil Y agissant sur le guide de fil 26, et le disque 18 tourne d'un angle correspondant 0 dans l'entrefer G.
Une armature 27 est fixée sur le disque au moyen de colle, soudure, vis ou rivets. L'armature 27 comporte une feuille de matériau magnétique mince de haute perméabilité tel que l'acier au silicium. Cette armature est en forme de croissant, voir la figure 2, constitué par ime disque 27a d'un grand diamètre D muni d'une ouverture circulaire 27b d'un plus petit diamètre d, le centre 02 de l'ouverture 27b est excentré par rapport au centre 01 du disque 27a, d'une distance e qui est égale à la moitié de la différence entre le diamètre D et le diamètre d, de telle sorte que la périphérie du disque 27a est tangente avec la périphérie de l'ouverture 27b. Dans certains cas la distance e peut être plus grande ou plus petite que la moitié de la différence entre le diamètreD et le diamètre d.
Lorsque l'armature 27 de dérivation du flux magnétique se trouve dans l'entrefer G comme représenté par la figure 3, le flux magnétique produit dans le noyau primaire 5 est partiellement dérivé par l'armature 27, et un circuit magnétique dérivé Ca est formé entre le noyau primaire et l'armature 27.
La rapport entre le flux dérivé par l'armature 27 et le flux primaire du noyau 5 varie lorsque le disque 18 avec l'armature 27 tournent en fonction de la tension du fil Y comme représenté aux figures 5a à 5e. H en résulte que la réluctance magnétique dans le circuit magnétique dérivé Ca varie en accord avec le changement de la tension du fil Y. Ce phénomène est expliqué par le circuit équivalent représenté à la figure 4. On y voit une source de courant alternatif 7 ' qui représente l'enroulement primaire 7 de la figure 3 et qui fournit un courant alternatif constant. Elle est connectée à une résistance G' qui correspond à l'entrefer G de là figure 3 et à une résistance 8' qui représente l'enroulement secondaire 8 de la figure 3. La source T est également connectée à une résistance variable 27' qui représente l'armature 27 de dérivation de la figure 3. Comme on l'a dit plus haut, puisque la source de courant alternatif 7' fournit un courant constant, le courant passant dans la résistance 8' varie lorsque la valeur de la résistance 27' est modifiée. La chute de tension dans la résistance 8', indiquée par le voltmètre 16', est comparée par l'indicateur de sortie 16 de la figure 1, et varie lorsque la résistance 27' est modifiée. De même en considérant la figure 3, lorsque l'armature 27 de dérivation du flux magnétique tourne, le flux magnétique passant dans le circuit dérivé Ca et le voltage induit dans le bobinage secondaire 8 sont tous les deux modifiés.
Les différentes relations entre le circuit primaire 5 et le circuit dérivé par l'armature 27 est expliqué au moyen des figures 5a à 5e. Dans cette explication l'angle de rotation © est défini comme étant l'angle entre la ligne verticale V qui passe par le centre 01 du disque 27a et le rayon A qui passe par les centres 01 et 02. A noter que l'axe de rotation de l'organe 19 qui comprend l'axe 15 et le disque 18, voir la figure 1, passe par le centre 01 du disque 18 qui correspond au centre du disque 27a.
Considérons la figure 5a dans laquelle l'angle de rotation 0 est 0°, les faces 5a et 5a' du noyau primaire 5 étant en face de l'ouverture. En conséquence la réluctance du circuit magnétique dérivé par l'armature 27 est très élevée et le flux magnétique produit par l'enroulement primaire 7 de la figure 3 n'est pas dérivé dans le circuit Ca de la figure 3.
Considérons la figure 5b, dans laquelle l'armature 27 a tourné d'un angle 0 de 45°, la face inférieure 5a' du noyau 5 se trouve en face de l'armature 27, cependant que la partie supérieure 5a se trouve en face de l'ouverture 27b. En conséquence, la réluctance du circuit magnétique dérivé décroît et une partie du flux magnétique est dérivée dans le circuit Ca. H en résulte que la flux magnétique passant dans le circuit Cm, figure 3, décroît, et le voltmètre 16, figure 1, indique une valeur plus petite que précédemment.
Lorsque l'armature 27 continue à tourner comme représenté aux figures 5c et 5d, la surface de l'extrémité 5a du noyau primaire 5 se trouvant en face de l'armature magnétique de dérivation 27 augmente graduellement, cependant que la partie inférieure 5a du noyau 5 reste en face de l'armature 27. En conséquence, la réluctance du circuit magnétique dérivé Ca, figure 3, décroît graduellement, et une plus grande quantité de flux magnétique est dérivée dans le circuit Ca. Le degré de décroissance de la réluctance par rapport à l'angle © décroît donc graduellement lorsque cet angle 0 approche de 90°.
Lorsque l'armature 27 tourne d'un angle 0 plus grand que 135° (figures 5b et 5e), la face supérieure 5a de même que la face inférieure 5 a' du noyau 5 se trouve en face de l'armature de dérivation magnétique 27. En conséquence, la réluctance du circuit dérivé Ca atteint la valeur maximale qui reste constante lorsque l'armature 27 a dépassé un angle © = 135°.
L'exemple suivant illustre le fonctionnement du dispositif selon la présente invention, réalisé selon les figures 1 et 2. Les résultats obtenus sont présentés par le diagramme de la figure 6. L'angle de rotation © a été mesuré comme décrit ci-dessus et représenté par les figures 5a à 5e. Ces résultats ont été obtenus dans les conditions suivantes:
Epaisseur de l'entrefer G entre le noyau primaire 5 et le noyau secondaire 6:
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Surface des extrémités 5a et 5a',
respectivement 6a et 6b' des noyaux:
299
mm
Distance entre les extrémités 5a et 5a',
respectivement 6a et 6a' des noyaux 5 et 6:
20
mm
Epaisseur du disque de cuivre 18:
1
mm
Diamètre du disque de cuivre:
80
mm
Epaisseur du disque 27a en acier au silicium:
o,
4 mm
Diamètre D du disque 27a:
80
mm
Diamètre d de l'ouverture 27b:
50
mm
Nombre de spires primaires 7: 1500 Source de courant alimentant le primaire: courant alternatif: 12 V 60 Hertz
Nombre de spires secondaires 1500
En examinant le diagramme de la figure 6 on constate que le dispositif de mesure décrit donne une sortie de 23,2 mV/0 dans un domaine compris entre 15 et 90° (de même dans le domaine de 270 à 345°) avec une linéarité de ±2%.
Selon les observations faites dans des conditions identiques à celles mentionnées ci-dessus, on a constaté que l'épaisseur de l'entrefer peut varier de 2 à 5 mm tout en maintenant une caractéristique linéaire, mais le rapport de sortie mV/ô va décroissant.
Du fait que le dispositif décrit possède un grand domaine de linéarité, le dispositif peut être utilisé de multiples façons^, et du fait que le dispositif possède un rapport de sortie élevé, il peut être utilisé sans avoir à y adjoindre un amplificateur. La caractéristique linéaire et le domaine de linéarité de l'exemple décrit peuvent être modifiés en changeant le diamètre du disque 27a et de l'ouverture 27b, ainsi que les caractéristiques s
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du bobinage 7 secondaire. Il est clair que le dispositif décrit, et dont le résultat est illustré à la figure 6, est très favorable pour mesurer la tension d'un fil dans sa course, et que la construction d'un tel dispositif est très simple. En utilisant un disque 18 en matériau non magnétique et un disque en matériau magnétique de faible épaisseur, il est possible de bien équilibrer ce disque ce qui est favorable pour la mesure d'un fil à très faible tension. Ajoutons encore que du fait que la direction et la force d'attraction magnétique est perpendiculaire au disque, s cette force est sans action sur la rotation du dispositif.
B
2 feuilles dessins
Claims (7)
1. Dispositif pour mesurer la tension d'un fil (Y) dans sa course, comprenant un noyau primaire (5) en forme de U pourvu d'un bobinage primaire (7) disposé pour être excité par un courant alternatif, et un noyau secondaire (6) également en forme de U, disposé en face du noyau primaire (5) de façon à ménager entre eux un entrefer (G), constituant avec le noyau primaire un circuit magnétique (CM), et comportant un bobinage secondaire (8) englobant ledit circuit magnétique (CM), l'entrefer (G) étant muni d'un organe mobile (19) comportant ime armature (27) de façon à former un circuit magnétique de dérivation (CA), caractérisé par le fait que l'organe mobile de dérivation magnetique peut se déplacer par rapport à l'entrefer (G) en accord avec les changements de la tension du fil (Y), l'étendue de l'armature de dérivation (27) du flux magnétique, mesurée perpendiculairement à la direction de son mouvement, dans le plan dans lequel se meut cette armature, étant modifiée selon les changements de la tension du fil (Y).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit organe mobile (19) comporte une armature (27) supportée par un axe de rotation (15) perpendiculaire au plan de l'entrefer (G), et dont la rotation est en accord avec les changements dans la tension du fil (Y), l'étendue de l'armature de dérivation du flux magnétique, mesurée radialementpar rapport à l'axe (15), étant modifiée selon la rotation de l'armature (27) provoquée par le changement dans la tension du fil (Y).
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REVENDICATIONS
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit organe mobile (19) se prolonge par un axe (15a) qui supporte un levier (15b) lequel à son tour porte un guide (26) pour le fil (Y).
4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit axe de rotation (15) est supporté par des paliers (16, 17) et porte un disque (18) en matière non magnétique sur lequel est fixée l'armature magnétique (27).
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'armature magnétique (27) est constituée d'une feuille mince (27a) en matière ferro-magnétique, en forme de disque dans lequel est découpée une ouverture circulaire (27b) de diamètre inférieur à celui du disque.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la périphérie du disque (27a) est celle de l'ouverture (27b) présentant un point de tangence.
7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'armature (27) est en forme de triangle.
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---|---|---|---|
PL | Patent ceased |