Procédé de mesure continue d'une grandeur variable et dispositif pour sa mise en oeuvre.
De nombreux instruments de mesure continue d'une grandeur variable comportent au moins un organe mobile pouvant osciller et caractérisé par une période d'oscillation propre. Dans ces instruments, l'opérateur n'est pas maître de cette période d'oscillation, dont la valeur peut être gênante soit qu'elle ait une influence sur la mesure, soit qu'elle la rende longue et pénible.
On a constaté qu'en joignant à un tel organe à mouvement périodique un autre organe ayant rm mouvement également périodique, la période de l'ensemble des deux organes oscillants pouvait être différente de celle de chacun de ces organes pris séparément. On a constaté en particulier que l'ensemble des organes oscillants pouvait généralement prendre deux mouvements périodiques oscillatoires, l'un de fréquence élevée, l'autre de fréquence plus faible. Ces deux mouvements correspondant sensiblement à l'oscillation des deux organes oscillant respectivement en concordance ou en opposition de phase.
Lorsque les deux organes oscillent en concordance de phase, ils se déplacent avec un mouvement périodique de la même manière que s'ils étaient liés par un dispositif mécanique rigide. Par exemple, si l'on considère une balance, il est possible de faire osciller le fléau, non plus seul avec sa période propre, mais en concordance de phase avec un second fléau de la même façon que si une des extrémités de chacun des fléaux était reliée à l'autre par une biellette. Une telle liaison peut permettre, par exemple, de soumettre un des fléaux à certaines servitudes, tout en laissant le second fléau relativement libre.
Lorsque les deux organes oscillent en opposition de phase, les deux organes oscillants sont animés d'un mouvement périodique à fréquence plus élevée que celle de chacun de ces deux organes oscillant isolément, et que celle de ces deux organes oscillant en concor dance de phase.
Par un choix judicieux des moyens de liaison reliant le premier et le second organe oscillant entre eux, il est donc possible de mo ditier la fréquence d'oscillation du premier, de façon à la rendre soit plus basse, soit plus élevée que sa fréquence propre. I1 est particulièrement avantageux dans certains cas de choisir la fréquence élevée, et comme ce choix est rendu possible par l'introduction d'une liaison élastique entre les deux organes oscillants, la présente invention a pour objet un procédé de mesure continue d'une grandeur variable au moyen d'un organe à mouvement périodique entretenu, associé à au moins un autre organe susceptible d'avoir également un mouvement périodique soit en concordance de phase, soit en opposition de phase avec le premier.
Ce procédé se distingue des procédés connus par le fait que pour effectuer la mesure on provoque, comme état d'oscillation, celui où les deux organes oscillent en oppo sition de phase, cet état étant maintenu pendant toute la durée de la mesure.
La liaison entre les organes mobiles peut être du type magnétique, réalisée par exemple au moyen de deux aimants disposés chacun sur un des organes mobiles, de telle sorte que les pôles en regard soient du même nom.
Dans ce cas, les moyens pour passer d'un des mouvements à l'autre peuvent être constitués par au u moins un champ magnétique, dont l'axe est situé sensiblement dans le plan de champ nul résultant de l'ensemble des moyens magnétiques.
Une disposition avantageuse d'un tel dispositif de mesure continue est que l'un des organes peut être isolé dans une enceinte complètement fermée, et ainsi soustrait à toute influence extérieure, à l'exception de l'asservissement magnétique à l'autre organe mobile.
Ce dispositif peut être appliqué d'une façon particulièrement intéressante à un dispositif connu dans lequel l'organe mobile de l'instrument de mesure est soumis à des oscillations constamment entretenues grâce à l'ac- tion commandée d'un servo-mécanisme.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention.
La fig. 1 représente le schéma de principe d'une balance équipée du dispositif connu précité.
La fig. 2 représente le schéma de principe de la même balance, équipée, d'une forme d'exécution du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention.
La - fig. 3 représente une courbe d'enregistrement de variations de poids, obtenue par l'appareillage de la fig. 1.
La fig. 4 représente une courbe semblable obtenue par l'appareillage de la fig. 2.
La fig. 5 représente, en coupe verticale, suivant V-V de la fig. 7, une réalisation pratique de l'appareillage de la fig. 2.
La fig. 6 représente une coupe vertieale suivant VI-VI de la fig. 7.
La fig. 7 représente une vue de dessus, le couvercle de l'enceinte étant à moitié arraché.
La fig. 8 est une section suivant VIIIVIII de la fig. 7.
L'instrument de mesure représenté sehé matiquement sur la fig. 1 est une balance comportant un fléau a et deux plateaux b et c. Sur le plateau b, on place des poids représentés en e pour équilibrer le poids d'un corps d. Suivant un dispositif connu, le fléau a porte une chaînette f attachée en t et dont la longueur peut être modifiée à volonté; la chaînette est attachée à son autre extrémité g, à un cordonnet s'enroulant sur un ta.m- bour k monté sur un axe t, lequel peut être entraîné dans un sens m ou dans l'autre n, par l'un des deux moteurs o et p, les enroulements de ces moteurs étant de sens contraire.
Ces moteurs sont alimentés par une source q par l'intermédiaire d'un interrupteur r mettant en circuit soit l'un, soit l'gaufre de ces deux moteurs, selon qu'il est dans la position s ou la position t. Cet interrupteur est, au repos, maintenu dans la position s par un ressort u et est susceptible d'être placé dans la position t par l'attraction d'un électroaimant v quand celui-ci est excité par un courant qui le traverse. Le courant provenant de la même source q, abaissé par un transformateur w et redressé par la cellule k, traverse l'électro-aimant v quand un interrupteur constitué par deux contacts x et y est fermé.
Le contact x est fixe, et le contact y est porté par le fléau a de la balance. Enfin, l'axe 7 porte un tambour z sur lequel s'enroule un cordonnet aa relié à un stylet ab se déplaçant en contact avec un cylindre ac tournant autour d'un axe j.
Si l'on suppose dans ces conditions que le poids d est plus faible que le poids e, le fléau a s'abaissera du côté du poids e, et l'interrupteur xy se fermant, l'éleetro-aimant v sera excité, attirant la barrette de l'interrupteur r dans la position t.
Le moteur p est alors branché et entraîne l'axe t dans le sens m ainsi que le tambour k, de telle sorte qu'un poids additionnel de chaînette f vient progressivement s'ajouter au poids d. I1 s'ensuivra que le fléau a basculera en sens inverse, et viendra rompre le contact xy. L'électro-aimant v
De plus, les deux fléaux a'1 et a'2 portent chacun, au voisinage de leur extrémité, des aimants Ml et M2 respectivement, disposés de telle sorte que leurs pôles en regard soient de même nom. Un contrepoids réglable P permet de réaliser l'équilibre approché du fléau a'l avant la mise en route du dispositif d'entretien des oscillations.
On retrouve par ailleurs tous les autres éléments b à ac du dispositif de la fig. 1, désignés ici b' à a'c', et qui remplissent le même rôle.
Comme on l'a exposé dans la préambule, on a constaté que les oscillations simultanées des fléaux atl et a'2 peuvent se produire soit en phase, soit en opposition de phase, et les fréquences de ces oscillations sont très différentes.
Comme on l'a également indiqué, il est avantageux de choisir la fréquence la plus élevée et, par conséquent, de provoquer l'oscil- lation en opposition de phase. On a constaté que, d'une manière générale, les oscillations tendant à se produire spontanément sont celles qui sont en phase. Pour passer à l'autre mode d'oscillation, il suffit d'introduire des moyens provoquant l'écartement ou le rapprochement des fléaux, de façon que les aimants, au lieu de rester à une distance constante l'un de l'autre, se trouvent momentanément rapprochés ou éloignés l'un de l'autre, ce qui amorce le mouvement de fréquence élevée.
Dans la forme d'exécution représentée au dessin, ces moyens comportent un.solénoïde S disposé en un point quelconque de la longueur des fléaux, mais à une hauteur telle que l'axe de symétrie du champ magnétique auxiliaire soit situé sensiblement dans le plan du champ. résultant nul des aimants M1 et M2.
On envoie, par tout moyen connu, un courant d'excitation dans la bobine S, au moment où l'on veut changer la période des oscillations, c'est-à-dire quand on veut passer, pour une raison ou une autre, de l'une des fréquences à l'autre.
On peut utiliser, bien entendu, tout autre moyen magnétique équivalent à un solénoïde, n'étant plus excité, la barrette r sollicitée par le ressort u viendra dans la position s, et c'est le moteur r qui sera alors branché, entraînant l'axe t dans le sens n ainsi que le tambour k, de telle sorte que le poids compensateur de la chaînette f sera diminué et qu'un mouvement inverse se produira et ainsi de suite.
Les mouvements de l'axe t, correspondant aux oscillations du fléau a, sont transmis par l'intermédiaire du tambour z et du cordonnet aa au style ab qui les enregistre sur le cylindre ao.
Grâce à ce dispositif, le fléau a, constamment sollicité dans un sens ou dans l'autre, oscille constamment autour de sa position d'équilibre réelle. La courbe inscrite sur le cylindre ac, et qui correspond aux déplacements de la chaînette f, lesquels suivent ceux du fléau a, est pratiquement une sinusoïde très fine, c'est-à-dire dont l'amplitude n'est pas décelable à l'oeil nu. L'amplitude et la période de cette sinusoïde sont naturellement fonctions de l'inertie du dispositif électrique et de la finesse du contact xy. Par finesse de contact, les hommes du métier désignent la précision d'ouverture et de fermeture du contact, lorsque cette ouverture et cette fermeture s'effectuent de manière parfaitement franche et nette.
On améliore considérablement le fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit en le modifiant de la façon schématisée sur la fig. 2 et qui constitue une forme d'exécution du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention.
Comme on'le voit, ce schéma est semblable à celui de la fig. 1, aux différences suivantes près:
Au lieu d'un fléau a, le dispositif comporte deux fléaux superposés a'1 et a'2, situés sensiblement dans le même plan vertical. Le fléau supérieur a'1 porte le couple de contact x', y'et la chaînette f'lui est fixée à son extrémité i'. Le fléau a'2 supporte les plateaux b' et c' portant la charge d' et les poids e'.
Chacune de ces courbes représente l'enregistrement des déplacements du stylet ab pour des surcharges successives de 1, 2 et 3 dg, respectivement avec un appareillage du type de la fig. : 1 et un appareillage du type de la fig. 2. I1 en découle les constatations suivantes:
D'une part, chaque palier de courbe qui correspond à l'oscillation sans surcharge est parfaitement horizontal. Ceci montre que, dans les deux cas, le fonctionnement du dispositif est régulier. Cependant, l'épaisseur du trait des paliers de la fig. 1 est très supérieure à celle des traits des paliers de la fig. 2.
Cette différence provient de l'accroissement, dans le dispositif de la fig. 2, de la fréquence des oscillations, donc de la diminution d'amplitude des oscillations du stylet. La finesse de la courbe est donc un très important résultat dû au dispositif de la fig. 2.
D'autre part, on remarque que, pour chaque surcharge, le passage d'un palier à l'autre s'effectue beaucoup plus lentement sur la courbé de la fig. 3 que sur celle de la fig. 4.
On note en particulier une importante partie arrondie avant qu'on atteigne chaque palier.
Au contraire, le passage d'un palier à l'autre s'effectue pour la courbe de la fig. 4 suivant pratiquement une droite presque verticale, ce qui indique que la balance répond immédiatement à toute variation des forces appliquées à son fléau. Un autre résultat important dû au dispositif de la fig. 2 est donc une au- mentation considérable de la précision possible dans les mesures de masses variables.
En effet, avec le dispositif de la fig. 1, correspondant à la courbe de la fig. 3, si la charge varie trop rapidement, on n'a pas le temps d'arriver au palier qui indique la valeur exacte de cette charge. Ce résultat, dû à l'inertie plus faible de l'appareil, est donc particulièrement avantageux pour les mesures de variations faibles et continues, qui étaient si difficiles à effectuer jusqu'ici, même avec les meilleurs instruments connus. Grâce au dispositif de la fig. 2, on peut maintenant suivre des variations de l'ordre du milligramme, avec une balance normalement sensi ble au décigramme. par exemple un aimant permanent animé-d'w mouvement convenable.
Cette forme d'exécution des moyens d'amorçage est donc très importante, car ces moyens permettent de passer de l'une des fréquences à l'autre par des opérations très simples. Toutefois, il va sans dire que des moyens autres que des moyens électromagnétiques ou magnétiques peuvent être utilisés pour modifier le mouvement relatif des fléaux et pour passer d'une fréquence d'oscillation à l'autre.
I1 est avantageux pour les pesées de précision que les moyens utilisés pour réaliser la liaison des fléaux et le cqntrôle du mode de liaison, c'est-à-dire de la période d'oscillation commune, soient magnétiques et que soient évités ainsi toute liaison mécanique et les inconvénients inhérents. Cependant, on pourrait prévoir tout autre mode de liaison du type élastique, par exemple un ressort, au cas où l'on supprimerait l'enceinte close dans laquelle peut être enfermé l'un des fléaux. comme dans le cas de la forme d'exécution ci-dessons décrite en détail.
Comme on l'a indiqué, la fréquence d'oscillation en opposition de phase est beaucoup plus élevée que la fréquence d'oscillations en concordance de phase. Cette propriété permet d'obtenir une courbe d'enregistrement beaucoup plus fine, c'est-à-dire dont les amplitudes sont beaucoup plus faibles, puisque les déplacements du stylet d'enregistrement devant le tambour enregistreur proviennent non de l'amplitude des oscillations des fléaux, mais de leur fréquence.
En effet, pendant chaque oscillation, la poulie z tourne dans un sens, puis dans l'autre, indépendamment de l'amplitude de l'oscillation, et plus la fréquence de l'oscillation est élevée, plus l'angle de rotation de ladite poulie est faible, car plus cette rotation est de courte durée. I1 en résulte que le cordonnet aa s'enroule sur une plus faible longueur, ce qui entraîne un déplacement plus faible du stylet d'enregistrement. Cette différence apparaît clairement sur les courbes reproduites aux fig. 3 et 4. route du dispositif d'entretien des oscillations et t d'enregistrement de la balance.
L'ensemble est recouvert par un couvercle 26, reposant sur un rebord 27 disposé verticalement tout autour du carter 35.
A l'extrémité du fléau 2 situé au-delà de l'aimant 23 est accroché la chaînette 28 constituant l'élément sur lequel agit le servomoteur pour influer sur l'équilibre du fléau 2 et provoquer constamment les oscillations de ce dernier. C'est également le fléau 2 qui porte l'élément de contact provoquant le dé-' clenchement du relais commandant ce servomoteur, ledit servo-moteur agissant de façon connue sur un tambour 29, dans une rainure 30 duquel s'enroule l'autre extrémité de la chaînette 28 et dans une autre rainure 31 autour de laquelle s'enroule le cordonnet 32, lié au stylet de l'appareil enregistreur de façon également connue.
Comme on l'a expliqué ci-dessus, si le fléau 2 penche du côté de l'aimant 23, le contact qu'il porte commande le fonctionnement du servo-moteur, de telle sorte que celui-ci entraîne le tambour 29 dans un sens tel que la chaînette 28 s'enroule dans la rainure 30, le poids de chaînette 28 diminue donc à l'extrémité du fléau 2, qui tend ainsi à remonter, et inversement.
Dans une balance équipée en vue d'effectuer les mesures selon le procédé, objet de l'invention, l'équilibre du fléau 1 est constamment recherché grâce à l'interaction du fléau 2 sur le fléau 1 par la liaison magnétique décrite, le fléau 2 étant soumis, sans arrêt, à des oscillations autour de sa position d'équilibre.
Dans cette forme d'exécution, le moyen de passage d'une des périodes d'oscillation à l'autre est un solénoïde 33 que l'on voit sur la fig. 6 et dont le champ magnétique, au moment où il est traversé par un courant électrique, agit sur les aimants 16 et- 23 par rapport à leur plan horizontal de symétrie.
On a exposé plus haut, à propos des fig. 2 à 4, le fonctionnement et les avantages du dispositif qui vient d'être décrit en détail.
Enfin, le dispositif de la fig. 2, dans lequel les différents éléments extérieurs à la mesure tels que les contacts x', ' et la chaînette f' sont liés à un fléau séparé de celui auquel sont appliquées les forces intervenant dans la mesure proprement dite, permet l'isolement de ce second fléau, c'est-à-dire rend possible d'opérer cette mesure dans une enceinte com- plètement étanche.
On a ainsi représenté sur les fig. 5 à 8 une balance bénéficiant de cet avantage, et. on a représenté respectivement en 1 et 2 les fléaux inférieur et supérieur. Le fléau 1 oscille dans une enceinte complètement fermée, désignée par la référence générale 3, et réalisée par l'ensemble des éléments de la balance 4, un rebord vertical 5 et un couvercle amovible 6, disposé sur ce rebord 5, avec interposition d'un joint étanche 7. Une ouverture 8 est prévue dans le couvercle 6, au-dessus de l'extrémité du fléau 1 supportant la masse à peser, et une ouverture 9 est prévue dans le socle 4 pour permettre la suspension de la masse à peser à un crochet 34. Au cas où cette masse doit demeurer éloignée de la balance, on la suspend dans un tube vertical 10 de grande hauteur. Le fléau 1 porte un couteau 11 reposant sur une chape 12, et le fléau 2 porte un couteau 13 reposant sur une chape 14.
Les chapes 12 et 14 sont portées respectivement par le socle 4 et par un arceau 17 entourant l'enceinte 3, le fléau 1 porte, à une de ses extrémités, un aimant 18 et, à l'autre extrémité, un couteau 19 supportant un étrier 20 destiné au support des masses à mesurer. Le réglage de sensibilité est assuré par une masse réglable 21 vissée sur une tige filetée 22, de même le réglage de sensibilité du fléau 2 est assuré par une masse 21' vissée sur une tige filetée 22'.
Le fléau 2 porte, à une extrémité, un aimant 23 disposé au-dessus de l'aimant 18, de telle sorte que les pôles opposés soient de même nom, et à l'autre extrémité un contrepoids réglable 24 destiné, ainsi qu'un autre contrepoids réglable 24 du fléau 1, à réaliser un équilibre approximatif avant la mise en