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: " APPAREIL DE DETECTION BT DE MESURE DES VARIA*
TIONS D'AU MOINS UN CARACTERE D'UN OBJET, PAR
LA MESURE DES VARIATIONS D'UNE CAPACITE ".-
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La présenta demande de brevet est relative à un appareil de détection et de mesure des variations d'au moins un caractère d'un objet par la mesure des variations de la capacité d'un condensateur dont les armatures sont placées de part et d'autre de l'objet et qui a été décrit dans le brevet belge No, 607,455. Cet appareil comporte un pont formé de deux branches dans l'une desquelles est introduit le condan- , sateur de mesure,
et dans l'autre desquelles est introduit un condensateur de comparaison, deux extrémités des branches étant reliées à un point commun, tandis que les extrémités opposées des branches sont reliées aux extrémités d'un enrou- lement à prisa médiane;
l'appareil comporte en outre un premier circuit extérieur établi entre le point commun et la prise médiane et contenant un générateur de tension alternative à haute fréquence, et un second circuit extérieur couplé à l'en- roulement à prise médiane et contenant un appareil de mesure de tension, le condensateur de mesure et le condensateur de comparaison étant montée dans la même téta de mesure l'un à côté de l'autre et ayant deux . armatures portées par un méme support isolant et reliées aux extrémités de l'enroulement à prise médiane, tandis qu'en face sont disposées les deux autres armatures ( éventuellement réunies en une seule)
des condensateurs, portées aussi par un support isolant et réunies au point commun.
Suivant l'une des particularités de la présente
Invention$ les armatures portées par un même support isolant sont dans un plan commun.
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Suivant une autre particularité de l'invention.. dans ttne forme de réalisation préférée, les armatures portées par des supports isolants sont réalisées par la technique des circuits imprimés
Suivant une autre particularité de la présente in- vention., les surfaces des armatures des deux condensateurs., Qui sont indépendantes, sont d'égale étendue.
La présente invention envisage également, en combi- naison avec les particularités précédentes, un dispositif de réglage de zéro connu déjà par le brevet principal et compor- tant un dispositif d'équilibrage des condensateurs formé: de deux éléments mobiles engageables entre les armatures du con- densateur de comparaison, l'un des éléments étant une tige métallique reliée à la prise médiane, et l'autre, une tige de matière isolante dont les propriétés diélectriques sont voisiner de celles de l'objet à mesurer et éventuellement de sen suppert.
D'autres particularités avantageuses falant l'objet, de présenta perfectionnaient , ressortiront de la descripion suivante d'une forme de réalisation proférée, décrite de ma- nière non limitative en s'aidant des dosai*}* joints au présent mémoire et dans lesquels :
Figure 1 est une vue en perspective de l'ensemble des condensateur de mesure et de comparaison*
Figure 2 est un achéma de montage del'appareil.
Figure 3 est un schéma du détecteur de déséquilibrais utilisé dans une forme'de réalisation préférée du diapoaitif Suivant l'invention.
Figures 1 représente les éléments essentiels de la tête de mesure. Elle comprend deux plaques rectangulaires de matière isolante, 1 et 2, d'une épaisseur suffisante pour assurer une bonne rigidité mécanique, maintenues à distance fixe l'une de l'autre par des entretoises 21. Sur cos plaques, sont appliquées des électrodes conductrices de très faible épaisseur,
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intimement liées au support isolant (5,6 sur la plaque 2, et 3 sur la plaque 1 ). Bien qu'il puisse s'agir de feuilles métalliques très minces, collées aux supports, ou d'un dép4t de métal par évaporation sous vide, en encore d'une peinture au moyen d'une laque métallique, on réalise de préférence les armatures par la technique des circuits imprimée.
L'une des plaques isolantes 1 est entièrement recouverte sur une face par la pellicule métallique formant l'électrode 3 ,commune aux deux condensateurs. Sur l'autre plaque isolante 2,la pellicule métallique recouvrant le support a été enlevée en partie ( dans le bain d'attaque chimique habituel à la techni, que des circuits imprimés), à l'endroit, des surfaces non ha- churées 7 et 3, afin de former deux électrodes séparées 5 et 6, isolées électriquement du reste de la surface métallique 4 qui formera les plages de garde déjà décrites au brevet princi- pal, mais toujours intimement liées mécaniquement au support isolant 2.
L'électrode S forme avec l'électrode 3 qui lui fait, face le condensateur de mesure, tandis que l'électrode 6 forme. avec la même électrode 3, le condensateur de comparaison, Pour homogène obtenir un champ électrique qui es l'une des conditions d'un bon fonctionnement de l'appareil de mesure, lés électrodes de garde 4 qui entourent l'électrode 5 du condensateur de me- sure ont une largeur c plusieurs fois supérieure ( au moins deux fois) à la largeur à de l'électrode de mesure, et à la distance entre électrodes.
En outre, il n'existe dans la zone de mesure qu'un seul champ électrique dû au potentiel E existant entre les électrodes de mesure 3 et 5 (voir schéma de montage de la figure 2), En effet, en l'absence de l'objet à mesurer dans le condensateur, on équilibre le système de mesure de telle sorte qu'il n'y ait pas de tension entre les électrodes 5 et 6; ensuite
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on Ibero"4t l'objet dans ho condensateur et la très potin-e vari..tton de capacité A C ainsi produite amené un léger dé41- équilibre du système de melure, provoquant l'apparition d'une petite tension .± entre les électrodes S et 6, tension extre=,"- Ment faible vis-11-vi 3 de 8 ( de l'ordre de 10" J\ 10-3±).
Par conséquent, le champ tangentiel entre les électrode 5 et 6 est absolument négligeable devant le champ principal dû
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la tension foi et ne perturbe paelhomogenéité du champ.
Cette circonstance est due au fait que, danp la foras do réali* Ration préférée, ici décrite et représentée à là figuro Zp dans laquelle ! 'appareil de mesure de tension est monté dans le circuit extérieur couplé à 1 'enroulement à prise rd3 xna (12), le générateur est monté entre le point commun 3 et la prise médiane de l'enroulement 12. Si le générateur était
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monté aux bornes de J.tenrouleiaont 14 et l'appareil de Mesure de tension en 11, il apparaîtrait entre les électrodes 5 et 6
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un champ tangentiel très important da à la tension 2E.
Ce champ parasite, dont l'intensité et la direction des lignes de fore* varient fortetaent7"Tauivant la position cie7. ab jet dans le domaine compris entre les électrodes 5 et 3, viendrait se superposer au champ de mesure, proprement dit et détruirait son homogénéité.
Suivant une particularité de l'invention, l'étendue
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des surfaces des électrodes indépendantes 5 et 6 est égale, de sorte que le, volume d'ait contenu dans le condensateur de 111e,Ou- re est égal à celui du condensateur de comparaison. Comme les deux condensateurs sont quasi adjacents, par construction même.de la tète de mesure, la composition de l'atmosphère dans le condensateur de mesure est identique à celle de l'at- mosphère du condensateur de comparaison,
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Comme dans l'appareil décrit au brevet j! ri ncip&l>5 on à prévu un dispositif d'équilibrage des condensateurs en intro- duisant entre les éle trodes 3 et 6 de condensateur de compa-
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raison deux éléments mobiles 9 et 10 qui permettent d'obtenir un réglage de zéro dans la partie électronique qui constitue l'appareil de mesure de tension,
On rappellera ci-après le fonctionnement du dispo- sitif d'équilibrage déjà décrit dans le brevet principal, et on montrera comment on peut obtenir un réglage de zéro, éven- tuellement automatique.
On désigne par réglage de zéro celui d'un système qui permet d'amener la tension de sortie de l'appareil à zéro (ou éventuellement à un autre niveau de référence) dans les conditions initiales, avant d'effectuer une mesure sur un objet.
Dans la forme de réalisation préférée décrite ici, on a prévu la possibilité d'introduire dans l'espace du condensa leur de comparaison, une tige métallique 9 taillée en pointe, reliée à la masse ( prise médiane), aini, qu'une tige 10 de matière isolante dont les propriétés diélectriques et spécia- lement l'angle de pertes à la fréquence du générateur sont . voisines de celles de l'objet à mesureret de son support au cas où la matière à mesurer doit être soutenue pour son pas- sage dans le condensateur/ En l'absence de toute matière (objet à mesurer ou support) dans le condensateur de mesure, on réalise d'abord l'équilibre des condensateurs de mesure et de comparaison,
par réglage de la pièce métallique 9, que l'on peut engage? plus uu moins entre les électrodes 6 et 3. Le support isolant de l'objet à mesurer étant ensuite introduit dans le condensateur de mesure, l'équilibre est rétabli par le réglage de la tige isolante 10 plus ou moins engagée dans le condensateur de comparaison* De cette manière, les deux condensateurs renfermant dun diélectrique possédant évidemment partout le même angle de pertes,
le vecteur représentant la tension de sortie aux bornes du bobinage détecteur de tension 13 garde la même direction quel que soit le sens du déséqui- libre entre les deux capacités, c'est-à-dire aussi bien lorsque
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la capacité de mesure l'emporte sur la capacité de comparai- son ( généralement à la suite de l'introduction de l'objet à mesurer) ,que lorsqu'il existe un excédent de la capacité de comparaison sur la capacité de mesure, par suite de petites variations résiduelles du système de compensation. De ce fait, la tension obtenue aux bornes de sortie 16, 17, d'un détec- teur normal à diode visible à la figure 3,
détectant le signal de déséquilibre amplifié par ,-le dispositif 15, garde la même amplitude pour une différence donnée de capacité entre le condensateur de mesure et le condensateur de comparaison, quel que soit le sens de cette différence. Grâce à cette particularité, il n'est pas nécessaire de prévoir un condensa- tour spécial d'équilibrage associé à :La tête de Mesure, conden. sateur qui devrait être nécessairement un appareil de grande précision permettant des modifications de capacité extrêmement ' falbins, de l'erdre du centiéme de picefaret, avec une grande stabilité.
Au contraire, on peut admettre sans inconvénients, un léger déséquilibre initial du circuit de mesure, et le compenser a la sortie de la détection, par simple introduction d'une tension de polarisation en série, comme suggéré par le potentiomètre 18 ( Pig.3) , la fraction convensele de la ten- *ion -U étant prélevée sur le potentiomètre 18, pièce robuste et peu coûteuse.
Le dispositif permettrait d'ailleurs une commande automatique du zéro ou du niveau de référence choisi, par l'injection d'une tension entre les points 19 et 20,
REVENDICATIONS
Appareil de détection et de mesure des variations d'au moins un caractère d'un objet par la mesure des varia tionade la capacité d'un condensateur dont les armatures sont placées de part et d'autru de l'objet, suivant le brevet belge No 607.455, comprenant un pont formé de deux branches dans l'une desquelles est introduit le condensateur de mesure et dans l'autre desquelles est introduit un condensateur de
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comparaison, doux extrémités des branches étant reliées à un point commun,
tandis que les extrémitésopposées des branchée vont reliées aux extrémités d'un enroulement à prise Médiane, un premier circuit, extérieur, établi entre le point commun et la prise médiane, et contenant un générateur de tension alternative à haute fréquence, un second circuit extérieur couplé à 1'enroulement à prise médiane et contenant un appareil do mesure de tension, et où le condensateur de mesure et le condensateur de comparaison montés dans la atome tête ce mesure l'un à cote de l'autre ont deux armatures portées par un même support isolant et reliées aux extrémités de l'enroulement à prise médiane, tandis qu'en face sont disposées les deux autres armatures ( éventuellement réunies en une seule) des condensateurs,
portées aussi par un support isolant et réunies au point commun, caractérisé en ce que les armatures portées par un même support isolant sont dans un plan commun.
2.- Appareil suivant la revendication 1. caractérisé en ce que les armatures portées par des supports isolants sont réalisées par la technique des circuits imprimés.
3.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les armatures des condensa- teurs reliées aux extrémités de l'enroulement à prise médiane sont entourées de plages de garde reliées à la prise médiane, 4.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les surfaces des armatures des deux condensateurs, qui sont indépendantes, sont d'égale étendue.
5.- Appareil suivant une quelconque des rêve dications précédentes, caractérisé en ce que la largeur des plages de garde autour du condensateur de mesure est Supérieure à la largeur de l'armature du condensateur de mesure* et de préférence égale à deux fois cette largeur.
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6.- Appareil suivant l'une quelconque des revendication* précédentes, caractérisé en ce que la largeur des plages de garde autour du condensateur de mesure est supérieure à la distance entre électrodes, opposées l'une à l'autre, des con- d"nsateurs, et de préférence au moins égale à deux fois cette distance.
7.- Appareil suivant l'une quelconque des revendication précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de réglage de ééro comprenant un dispositif d'équilibrage des condensateurs, formé de deux éléments mobiles engageables entre les armatures du condensateur de comparaison, ces éléments étant l'un, une tige métallique taillée en pointe, reliée à la masse, à savoir à la prise médiane, et l'autre, une tige de matière isolante dont les propriétés diélectriques et spécialement l'angle de pertes à la fréquence du générateur, sont voisines de celles de l'objet à mesurer et éventuelle- ment de son support* 8.- Appareil suivant la revendication 7,
caractérisé sn ce qu'il comporte un détecteur de signal de déséquilibrage comportant un amplificateur dont l'entrée est couplée à l'en* roulement a prise médiane et dont la sortie est reliée à l'appareil de mesure par un circuit comportant un potentio- mètre de polarisation permettant de compenser un déséquilibre initial du circuit de mesure.
9.- Appareil suivantes revendication 7 et la revendica- tion 8, caractérisé en ce qu'il comporte une commande automa- tique du niveau de référence choisi (éventuellement du zéro), par injection, aux bornes du potentiomètre , d'une tension adéquate.