FR2482730A1 - Dispositif de mesure de la frequence d'un courant electrique representative d'une grandeur variable - Google Patents

Abstract

DISPOSITIF DE MESURE DE LA FREQUENCE D'UN COURANT ELECTRIQUE REPRESENTATIVE D'UNE GRANDEUR VARIABLE. IL COMPORTE DEUX BOBINES FIXES 1 ET 2 DISPOSEES A 90, UN AIMANT 3 MONTE MOBILE EN ROTATION, AUTOUR D'UN AXE 4, AVEC LEQUEL COOPERE UN ROTOR 5 EN MATERIAU CONDUCTEUR. LES BOBINES SONT RELIEES A UN CIRCUIT DE RECEPTION ET DE DISTRIBUTION DES IMPULSIONS ISSUES DU DISPOSITIF EMETTEUR DE LA FREQUENCE A MESURER, AGISSANT SELON UN MODE DE REPARTITION CAPABLE DE CREER DANS L'AIMANT 3 UN CHAMP MAGNETIQUE D'ALLURE ROTATOIRE ET DE VALEUR CONSTANTE. APPLICATION A LA MESURE DE LA VITESSE DE ROTATION D'UN ARBRE TOURNANT OU DE L'ALLUMAGE DES CYLINDRES D'UN MOTEUR.

Description

Le dispositif, objet de la présente invention, concerne les appa-

reils de mesure de la fréquence d'un courant électrique, représentative d'une grandeur variable telle que, par exemple, la vitesse de rotation d'un

arbre tournant ou l'allumage des cylindres d'un moteur.

Un type d'appareil de mesure couramment utilisé dans ce cas,nota-

ment pour mesurer la vitesse et la distance parcourue par un véhicule auto-

mobile est dit "à aimant tournant". Il comporte en effet un aimant dont la rotation est fonction de la variable à mesurer et qui coopère avec un rotor

en matériau conducteur dans lequel naissent des courants de Foucault engen-

drés par la rotation de l'aimant. Ces courants étant eux-mêmes soumis à l'action du champ, déterminent un couple d'entratnement proportionnel à la vitesse de rotation. Ce type d'appareil présente de nombreux avantages: robustesse, linéarité de la graduation, entraînement direct.du totalisateur de distance parcourue par l'aimant, après démultiplication convenable. Le

point délicat de l'ensemble se situe au niveau de la transmission, à l'ai-

mant, du mouvement représentant l'information. La solution la plus classi-

que est une transmission par arbre flexible reliant l'arbre tournant dont

on veut mesurer la vitesse à l'axe de l'aimant de l'équipage mobile de me-

sure. Ce procédé présente des inconvénients, notamment des contraintes d'installation et d'entretien; de plus, il ne permet pas l'utilisation directe des signaux provenant du dispositif d'allumage. On a donc été amené

à remplacer la transmission mécanique par arbre flexible par une transmis-

lutilise d'une part un transmetteur qui sion électrique, laquelle'fournit un signal de fréquence proportionnelle à la variable à mesurer et d'autre part, par exemple, un moteur dont la vitesse moyenne de rotation est proportionnelle à la fréquence du courant qui l'alimente et qui entraîne à son tour, l'équipage mobile de l'appareil

de mesure. Cependant, le recours à un moteur pour l'entraînement de l'équi-

page mobile de mesure présente encore quelques inconvénients: les moteurs du type asynchrone-synchronisé ne démarrent que lorsque la tension fournie

par le transmetteur est suffisante, c'est-à-dire à partir d'une vitesse mi-

nimale; inversement, les moteurs pas à pas qui ont un couple élevé à très basse vitesse voient celui-ci diminuer lorsque la vitesse croit à cause de

l'augmentation de sa force contre-électromotrice.

La présente invention propose un nouveau moyen d'entraînement de

l'équipage mobile de mesure à l'aide d'un champ magnétique d'allure rota-

toire, fonction de la variable à mesurer et agissant sur le système aimant-

rotor de l'équipage mobile. Pour ce faire, le dispositif selon l'invention comporte un bobinage composé de n bobines fixes (dans lequel n est au moins égal à deux) faisant entre elles un angle prédéterminé et délimitant un

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espace interne dans lequel est disposé l'équipage mobile; les dites bobi-

nes étant reliées à un circuit de réception et de distribution des impul-

sions issues du dispositif émetteur de la fréquence à mesurer, agissant

selon un mode de répartition capable de créer dans l'aimant un champ magné-

tique d'allure rotatoire et de valeur constante. L'invention sera décrite plus en détail dans ce qui va suivre à l'aide des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels:

- la figure 1 représente un indicateur de mesure selon l'inven-

tion; - la figure 2 représente une vne de dessus de l'indicateur

- la figure 3 est un schéma synoptique d'un dispositif d'alimen-

tation des bobines; - la figure 4 est un schéma synoptique d'un second dispositif d'alimentation des bobines; - la figure 5 est un diagramme tension-champ magnétique créés par un dispositif conforme à la figure 3; la figure 6 est un diagramme tension-champ magnétique créés par une variante du dispositif d'alimentation conforme à la figure 8; - la figure 7 est un schéma électronique du dispositif selon la figure 3; - la figure 8 est une variante du même dispositif; - la figure 9 est un schéma électronique du dispositif selon la

figure 4.

Dans l'exemple représenté figure 1 et 2, le dispositif comporte mobile deux bobines fixes 1 et 2 disposées à 90 , un aimant-3 monté/en rotation, autour d'un axe 4, avec lequel coopère un rotor 5, en forme de cloche et réalisé en matériau conducteur. Le rotor 5 est solidaire d'un axe 6 lequel porte l'aiguille indicatrice.7 et le ressort spiral 8 de rappel, monté de

façon à exercer un couple antagoniste à la rotation du rotor 5. L'alimenta-

tion du bobinage polyphasé se fait à partir d'un capteur d'impulsions (non

représenté) branché, par exemple, sur la boîte de vitesse ou l'allumage -

d'un véhicule automobile et dont la fréquence du signal est proportionnelle

à une vitesse (celle du véhicule, celle du moteur...). Les impulsions déli-

vrées par le capteur sont appliquées (figure 3) à un compteur/suivi d'un décodeur 14 binaire-décimal dont les sorties sont branchées sur l'entrée d'un dispositif de distribution 9 des impulsions à deux inverseurs lOa et lOb alimentant respectivement les bobines 1 et 2 alternativement dans un sens ou dans l'autre. Dans la distribution réprésentée fig. 5 et dont le

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schéma du circuit électronique est donné figure 7, chaque impulsion issue du décodeur est distribuée alternativement à chaque bobine dans un sens puis dans l'autre, conformément au diagramme 5be correspondant à la bobine 1 et 5c, correspondant à la bobine 2. Chaque impulsion reçue par une bobine magnétise ainsi l'aimant dans une direction perpendiculaire à la précédente (figure 5d), il se trouve ainsi balayé radialement par un champ magnétique d'allure rotatoire et de valeur constante; il est donc soumis à un couple moteur dont la valeur moyenne, dans un temps donné, est proportionnelle au nombre d'impulsions reçues sur les bobinages. La rotation de l'aimant donne

naissance dans le rotor 5 à des courants de Foucault qui, étant soumis eux-

mêmes à l'action du champ, déterminent un couple d'entraînement proportion-

nel à la vitesse de rotation. Le rotor 5 tourned'un angle tel que le couple

de rappel du ressort spiral 8 soit égal au couple d'entraînement, l'aiguil-

le 7 indique donc la vitesse.

L'axe 4, solidaire de l'aimant entraîne. également (figure 1) un

totalisateur Il de distance parcourue au moyen d'un engrenage démultiplica-

teur 12 de rapport convenable.

Le dispositif décrit utilise deux bobines montées perpendiculai-

rement l'une par rapport à l'autre, mais cette disposition n'est pas limi-

tative; on peut concevoir d'utiliser trois bobines disposées à 600 et ain-

si de suite... le but étant d'obtenir, toujours, une rotation de l'équipage

mobile d'un angle constant, pour une vitesse des impulsions constante..

Une autre possibilité pour obtenir un couple moteur est de dis-

tribuer les impulsions sur les deux bobines, non plus alternativementD mais selon la règle séquentielle suivante, dans laquelle U est la tension de crête des impulsions:

Tableau 1

(:) Séquences) (:) ( Bobine: 0: U:1: U:0:-OU:-U:-U)

(: : : :::)

(à-:à:à- --:-----:--à_:_-:à-_)

(:: : :: : ::)

( Bobine 2:-U :-U:0: U:U: U:0:-U)

(: : : :::: :)

(: : : :::: :)

Le diagramme des impulsions selon ce mode est donné figurez6, dans laquelle la figure 6a représente une séquence d'impulàions issues du décodeur 14, la figure 6b l'allure de la tension aus bornes de la bobine 1 2 li82730 et la figure 6c l'allure de la tension aux bornes de la bobine 2. On voit (figure 6d) que lorsque les deux bobines sont alimentées en même temps,

l'aimant est soumis à un champ magnétique résultant décalé de 450 par rap-

port à sa position précédente.

Si l'on veut s'affranchir de la nécessité du dispositif inverseur, on peut utiliser des bobines comportant chacune deux bobinages enroulés en sens inverse, l'alimentation de chacun de ces bobinages créant de ce fait,

deux champs de sens opposés. Dans ce cas (figure 4) le dispositif de com-

mande 9 alimente alternativement et séquentiellement les quatres bobinages la, lb, 2a et 2b de la façon suivante

Tableau 2

Séquences

(:.::)

(: Bobinage la O: O:O)

( Bobine 1: ------------.------i:-----

Bobinage lb. O O -U B(2 Bobinage 2a O U *O ( Bobine 2 -------------------) ( Bobinage 2b -U: 0 0 *0

A titre d'exemple, on va donner, ci-après, la description de

dispositifs électroniques permettant d'obtenir les distributions d'impul-

sions énoncées ci-dessus. Tels que représentés, ces dispositifs alimentent

deux bobines, leur adaptation à un plus grand nombre de bobine est évidente.

La figure 7 représente un dispositif de commande permettant d'ob-

tenir la distribution alternative des impulsions. La fréquence F à mesurer est appliquée un à compteur d'impulsions 13 dont deux sorties 13a' et 13b' l4 d'un converti seur 14 sont connectées respectivement aux entrées 14a et 14b'convertissant lse code binaire des impulsions reçues du compteur 13, en code décimal et délivrant lesdites impulsions sur quatre de ses sorties 14a', 14b', 14c' et 14d' à un adaptateur de puissance 15. Les niveaux des impulsions apparaissant sur les sorties du décodeur 14 correspondent aux combinaisons du niveau des impulsions d'entrée de la façon suivante Tableau 3 ( a b: a' b' c' d') (.)

( O 1 0 0 0

0 1: O 1 0 O

( 1 1 * O - 0 O)

(.)

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On voit d'après ce tableau, que chaque sortie du décodeur 14 est

alimentée à son tour, et, par conséquent, cahque entrée de l'adaptateur 15.

La bobine 2 est montée entre les points communs E1 des émetteurs de deux transistors NPN 20 et PNP 21 et E -des émetteurs de deux transistors NPN22 et PNP 23. De façon systématique, la bobine 1 est montée entre les points communs E3 des émetteurs de deux transistors NPN 24 et PNP 25 et E4 de deux transistors NPN 26 et PNP 27. La sortie 15a' de l'adaptateur 15 est reliée par la résistance 28, à la base d'un transistor 16 dont l'émetteur reçoit la tension d'alimentation du dispositif et le collecteur est relié

à la base des transistors 22 et 23, par la résistance 32. Lorsqu'une im-

pulsion apparaît sur la sortie 15a', le transistor 16 devient conducteur et la bobine 2 est alimentée dans le sens E2-ES, à travers les transistors

22 et 21.

Conformément au tableau 3, la deuxième impulsion de niveau 1 ap-

paratt à la sortie 15b' de l'adaptateur, c'est donc la base du transistor 17 qui est alimentée par la résistance 29, ledit transistor devient donc conducteur, son collecteur étant relié par la résistance 34 à la base des transistors 24 et 25, le bobinage 1 se trouve, à son tour, alimenté dans

le sens E3-E4 à travers les transistors 24 et 27. De la même façon, l'ap-

parition de la troisième impulsion de niveau 1 sur la sortie 15c' rendra conducteur le transistor 18, par la résistance 30. Celui-ci étant branché, à travers la résistance 33 à la base des transistors 20 et 21, le bobinage 2 est alimenté dans le sens E1-E2, à travers les transistors 20 et 23. La quatrième impulsion provoque ensuite la conduction du transistor 19 et l'alimentation de la bobine 1 dans le sens E4-E3, à travers les transistors

26 et 25.

Bien entendu, ce schéma est donné à titre indicatif, et l'on pour-

ra concevoir tout autre dispositif de reproduction des séquences d2alimen-

tation des deux bobinages sans sortir du cadre de la présente invention.

La figure 8 illustre un mode d'alimentation des bobinages permet-

tant d'obtenir une distribution des impulsions conforme au tableau 1. Pour ce faire, ce sont trois sorties du compteur 13 qui sont reliées à trois entrées du décodeur 14 dont on utilise huit sorties sélectionnées l'une après l'autre pour laisser apparaître une impulsion de niveau 1 à partir du code binaire délivré par le compteur 13, de la façon suivante: 6 2 i 82730

Tableau 4

(:) ( Entrées du décodeur 14: Sorties du décodeur 14) (--:) (:) ( a b c: a' b' c' d' e' f' g h') ()

(..... 0:1........................)

(:)

( O 10: 1 O O O O 0 O)

(:)

( O 0 1: 0 1 0 0 0 0 0 0)

(:) ( O 1 1:0 o0 1 0 o 0 0) (:)

( O 1 1:0 0 0 1 0 00 0)

(:)

( 1 0 O-: 0 0 0 0 1 0 0 0)

(:)

( 1 0 1:0 0 0 0 0 1 0 0)

(:)

( 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0)

(:)

( 1 1 1: 0 0 0 0 0 0 0 1)

(:) (:) Chacune des sorties paires du décodeur 14 est connectée à une entrée de l'adaptateur 15 et à une seule alors que chaque sortie impaire est reliée aux sorties paires immédiatement précédente et suivante. La sortie de poids le plus élevé étant rebouclée sur la sortie de poids le plus faible, de façon à obtenir la distribution suivante:

Tableau 5

(: )

( Sorties du décodeur 14: Entrées de l'adaptateur 15) ()

(: )

( at b' c' d' e' f' g' h': a b c d)

---------------------(-------------:- - - ------

() 1 o o o o o o o: 1 o o o)

(: )

(o 1 o o o o o o: 1 1 0 o)

(: )

(0 o 1 o o o o 0:0 1 0 o)

(: )

( o o o 1 o o 0 o:0 1 1 o)

(: )

( 0 -O 0 o 1 0-o o: 0 0 1 o)

(: )

( O O O 0 O 1 0 O 1 1)

(: )

( O 0 O O O O 1 0: O O' O 1)

(: )

(0 O O O 0o' O O 1: 1 o 0 1)

(: )

(: )

7 24827 0

Les mimes séquences se retrouvent en sortie de l'adaptateur 15 et

donc sur la base des transistors 16,17, 18 et 19 qui commandent l'alimenta-

tion des bobinages 1 et 2 selon le mode prévu au tableau 1 et illustré fi-

gure 6.

La figure 9 illustre un mode de réalisation de l'alimentation des

bobines, selon la figure 4 et le tableau 2, dans lequel chaque bobine com-

porte deux bobinages a et b, enroulés en sens inverse l'un de l'autre. La distribution des impulsions en sortie de l'adaptateur 15 est représentée

dans le cas du tableau 3, le transistor 36 qui est rendu conducteur en pre-

mier, alimente le bobinage 2b, le transistor 37 alimente le bobinage la, le transistor 38 le bobinage 2a et le transistor 39 le bobinage lb. Une distribution alternée simultanée telle que celle des tableaux

4 et 5 est également adaptable, sans difficulté, à ce cas.

Outre les avantages énoncés plus haut, le dispositif décrit offre

l'avantage d'être insensible aux variations de tension. En effet, la vites-

se de rotation de l'aimant mobile qui entraîne la totalisation ne dépend que de la fréquence du signal délivré tandis que la vitesse de rotation de la cloche qui entraîne l'indicateur de vitesse ne dépend que de l'induction

de l'aimant. Celui-ci est réglé en place, par désaimantation progressive.

8 2 ô282730

Claims (9)

REVENDICATIONS

1 - Dispositif de mesure de la fréquence d'un courant électrique

représentative d'une grandeur variable du type comportant un moyen électri-

que de transmission de ladite fréquence et un moyen d'indication de la me-

sure constitué d'un équipage mobile en rotation, composé d'un aimant en-

traîné par un dispositif capable d'assurer ladite rotation, coopérant d'une part avec un rotor en matériau conducteur solidaire d'un axe supportant une aiguille indicatrice et d'autre part avec un totalisateur entraîné après démultiplication convenable par un axe solidaire de l'aimant,

caractérisé en ce que le dispositif capable d'assurer l'entra"ne-

ment de l'aimant comporte un bobinage composé de n bobines fixes, dans le-

quel n est au moins égal à deux, faisant entre elles un angle prédéterminé et délimitant un espace interne dans lequel est disposé l'équipage mobile;

lesdites bobines étant reliées à un circuit de réception et de distributitn-

des impulsions issues du dispositif émetteur de la fréquence à mesurer, agissant selon un mode de répartition capable de créer dans l'aimant un

champ magnétique d'allure rotatoire et de valeur constante.

2 - Dispositif selon la revendication 1,

caractérisé en ce que chaque bobine est composée de deux bobina-

ges enroulés en sens inverse l'un de l'autre.

3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de distribuer les impulsions aux

bobines comporte un dispositif inverseur du courant dans lesdites bobines.

4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif inverseur est constitué de deux paires de transistors NPN et PNP montés en émetteur commun, dont le

point commun est branché à chaque borne d'une bobine.

- Dispositif selon l'une des revendications 1, 3 ou 4,

caractérisé en ce qu'il comporte un moyen'de commande du disposi-

tif inverseur de chacune des bobines activant alternativement celui-ci

dans un sens puis dans l'autre toutes les n impulsions.

6 - Dispositif selon la revendication 5,

caractérisé en ce qu'il comporte n moyen de distribution séquenI-

tiel alterné des impulsions audit moyen de commande, dont la séquence com-

prend 2n impulsions, chaque moyen étant activé toutes les n impulsions.

7 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de distribution séquentiel alterné

des impulsions à séquence 2", est branché aux bornes du dispositif d'ali-

mentation des bobines, et alimente une fois et une seule chaque bobinage

par séquence.

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8 - Dispositif selon la revendication 5,

caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de distribution séquen-

tiel des impulsions au moyen de commande distribuant alternativement puis

simultanément les impulsions audit moyen de commande.

9 - Dispositif selon la revendication 8,

caractérisé en ce que lorsque n = 2 la séquence du moyen de dis-

tribution est de huit impulsions, chaque moyen de commande étant activé dans le même sens durant trois impulsions successives et les deux moyens

étant activés simultanément toutes les deux impulsions.

10 - Dispositif selon la revendication 2,

caractérisé en ce que le moyen de distribution séquentiel des im-

pulsions distribue alternativement puis simultanément les impulsions au

dispositif d'alimentation des bobinages composant chaque bobine.