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Perfectionnements aux appareils de mesure électriques à plu- sieurs échelons.
Cette invention concerne des perfectionnements ap- portés aux appareils de mesure électriques à plusieurs éche.- lons, et son but principal est de fournir un appareil simple et efficace permettant la mesure aisée et rapide d'une grande gamme de valeurs d'intensité et de tension de courants alter- natifs. Etant donné qu'il est intéressant de pouvoir mesurer au moyen du même appareil les valeurs d'intensité et de ten- sion des courants continus, et éventuellement aussi des résis- lances, un autre but de la présente invention est de procurer
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un appareil de mesure électrique ne comportant qu'un seul indicateur qui puisse mesurer divers échelons de tension et d'intensité de courants, ces mesures pouvant s'effectuer en courant alternatif ou en courant continu, et qui pouvant aussi être utilisé pour la mesure des résistances.
Suivant la présente invention l'appareil de mesure est pourvu d'un redresseur pour le redressement des courants alternatifs à mesurer, ce redresseur étant de préférence un redresseur des deux demi-ondes, et les courants alternatifs à mesurer sont amenés à ce redresseur par un transformateur.
Il serait très avantageux d'avoir un appareil de mesure à plusieurs échelons dont l'indicateur ait la même forme d'échelle graduée pour les divers échelons les divi- sions de l'échelle pouvant alors être indiquées par des chiffres arbitraires à multiplier par une constante dépen- dant de l'échelon employé. L'obtention d'un appareil de me- sure à plusieurs échelons ayant la même forme d'échelle gra- duée pour tous les échelons, ne présente pas de difficultés pour les appareils destinés au courant continu, car le pro- blème de l'adaptation de l'appareil pour les lectures aux divers échelons est résolu simplement en intercalant des résistances appropriés en shunt et en série dans le circuit de l'indicateur.
Une réalisation très commode d'un appareil de mesure électrique à plusieurs échelons pouvant mesurer di- verses gammes de tension et d'intensité de courants et pou- vant aussi fournir une mesure directe des résistances au moyen d'un seul instrument à bobine mobile, est décrite dans le brevet belge n .310.693. La même forme de l'échelle gra- duée pour les lectures de tensions et d'intensités est réa- lisée dans cet appareil, et il faut donc simplement placer le commutateur dans la position correspondant à l'échelon appro-
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prié, et multiplier ensuite la lecture donnée par l'ai- guille par la constante caractéristique de l'échelon em- ployé. Mais par contre il n'est plus aussi simple d'obtenir la même forme d'échelle graduée pour les appareils de mesure employés dans les circuits à courants alternatifs.
Cela pro- vient du fait que la courbe des volts redressés en fonction des volts appliqués au redresseur, plus spécialement à un redresseur métallique, n'est pas une ligne droite dans le cas de tensions faibles. Notamment, les redresseurs métal- liques couramment fabriqués et employés actuellement exigent l'application de différences de potentiel d'au moins un demi-volt avant de commencer à redresser.
Cette caractéris- tique n'intervient pas lorsque l'appareil fonctionne sur des échelons donnant une déviation maximum de l'ordre de 120 ou de 1800 volts sur l'échelle, mais elle est d'un effet notable lorsque l'appareil fonctionne sur un échelon de faibles ten- sions pour lequel la déviation maximum serait de 1,2 volts par exemple, et elle empêche d'employer la même forme d'é- chelle graduée pour tous les échelons, à moins de prendre des précautions spéciales. Un appareil de mesure à plusieurs échelons muni d'un grand nombre d'échelles graduées prête à confusion et est nettement désavantageux.
Suivant la présen- te invention cet inconvénient est évité au moyen d'un trans- formateur amenant au redresseur les courants alternatifs à mesurer, de telle manière que le courant secondaire sortant fourni au redresseur soit constant pour une fraction donnée quelconque de la valeur maximum de l'échelle graduée de base, à chaque échelon donné.
La fourniture du courant au redresseur au moyen d'un ntransformateur présente encore l'avantage de permettre d'em-
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ployer l'instrument pour mesurer la valeur d'un courant al- ternatif superposé à un courant constant ou continu, car à la condition de ne pas atteindre le courant de saturation, la composante alternative seule sera transformée par le trans- formateur et mesurée par l'appareil.
Pour permettre une compréhension plus aisée et une exécution plus facile de l'invention, on la décrira en se référant aux dessins annexés qui représentent à titre d'exem- ple non limitatif une réalisation commode de l'invention ap- pliauée à un appareil de mesure à plusieurs échelons pour courants alternatifs et continus. Sur ces dessins:
La fig. 1 est une vue de face de l'appareil complet.
La fig. 2 est une vue de dos du même appareil avec son couvercle extérieur enlevé.
La fig. 3 est une vue en plan de l'appareil toujours sans son couvercle extérieur, et
La fig. 4 est une vue de détail montrant le fonction- nement de certains commutateurs, et
La Fig. 5 est une vue indiquant le fonctionnement d'autres commutateurs.
La Fig. 6 est un schéma des circuits d'un appareil de mesure à plusieurs échelons pour courants alternatifs sui- vant la présente invention, et
La fige 7 est un schéma des circuits de l'appareil représenté sur les figures 1 à 3.
En se référant en premier lieu à la Fig. 6 des des- sins annexés qui montre la partie à courant alternatif de l'appareil de mesure représenté sur ces dessins, on y voit un appareil conçu pour la mesure de quatre échelons de ten- sions alternatives (par exemple 1200 volts, 120 volts, 12 volts et 1,2 volts pour la déviation maximum à chaque échelon)
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et de trois échelons de courants alternatifs(par exemple 12 amp. 1,2 amp. et 0,12 amp. pour la déviation maximum à cha- que échelon). L'appareil est muni d'un commutateur a à sept contacts al, a2, a3, a4, a5, a6 et a7, dont chacun corres- pond à un échelon, le bras a8 du commutateur relié à l'une (b) des bornes d'entrée b et c de l'appareil de mesure étant agencé de manière à pouvoir être mis en contact avec l'un ou l'autre des plots al à a7.
L'indicateur ou équipage à bo- bine mobile d est connecté dans la diagonale d'un redresseur métallique e des deux demi-ondes disposé en pont et relié de la manière connue à l'enroulement secondaire f d'un trans- formateur fl. Une des extrémités de l'enroulement secondaire f est connectée à une des extrémités de l'enroulement primai- re, reliée elle à son tour à l'autre borne d'entrée c de l'appareil de mesure. Une des connexions entre le redresseur e et l'enroulement secondaire, de préférence celle entre le redresseur, et l'extrémité du secondaire non connectée direc- tement à l'enroulement primaire f2, comprend une résistance g pouvant être court-circuitée par un interrupteur h pour des raisons exposées ci-après.
L'enroulement primaire f2 du transformateur f1 a
2000 tours par exemple et comporte des branchements dérivés aux endroits correspondants aux nombres de tours suivants à partir de l'extrémité du primaire connectée au secondaire (qui a 1680 tours par exemple) : - 1, 10, 100 et 130, ces dérivations étants reliées respectivement aux plots de con- tacts a5, a6, a7 et (en passant par une résistance) au plot a4 du commutateur, ces plots correspondant respectivement aux échelons de 12 amp., de 1,2 amp., de 0,12 amp., et de
1,2 volts. Le contact a3 du commutateur pour l'échelon de
12 volts est connecté au branchement de 130 tours du pri- | maire f2 par une résistance , de 130 ohms par exemple.
L'au-
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tre extrémité du primaire est reliée au contact al de 1200 volts du commutateur en passant par une résistance j1 non- inductive de préférence portant la résistance du circuit à 200. 000 ohms par exemple, et le contact a2 de 120 volts du commutateur est connecté à un branchementsur cette résis- tance tel que l'impédance totale du circuit soit environ 20. 000 ohms, ou un peu moins.
L'interrupteur de court-circuit h shuntant la résis- tance g intercalée entre le secondaire f et le redresseur e est accouplé au commutateur principal a ou monté sur celui-ci de manière à court-circuiter cette résistance constamment, sauf lorsque le commutateur est en position pour l'échelon de 1,2 volts.
Le transformateur fonctionne comme transformateur de courant, et un courant secondaire et une lecture de l'aiguil- le bien définis correspondent à chaque valeur des ampères- tours primaires.
Lorsqu'on désire faire la lecture d'une différence de potentiel, on relie les connexions du circuit aux bornes d'entrée de l'appareil de mesure et on place le commutateur a sur l'échelon approprié. On suppose en premier lieu qu'il est placé sur l'échelon de 1200 volts, c'est-à-dire au plot al. Le courant circule alors à travers toute la résistance j1 et à travers tout le primaire f2. La résistance j1 en sé- rie avec le primaire f2 sert non seulement à limiter le courant circulant à travers l'enroulement primaire, mais aussi à amortir l'effet de la réactance de l'ensemble du transformateur sur l'impédance totale de l'appareil.
Il en résulte que les lectures seront sensiblement indépendantes de la fréquence d'alimentation, pour un transformateur bien conçu, aussi longtemps qu'il s'agit d'une fréquence indus-
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trielle ordinaire et pas d'une fréquence acoustique ou radio- électrique. Le courant circulant à travers le primaire se transforme en un courant circulant à travers le secondaire, et le rapport de transformation est choisi de façon que pour cet échelon comme pour les échelons de 120 volts, 12 volts et 1,2 volts, le courant circulant dans l'enroulement secondaire pour ces déviations maximum corresponde après rectification au courant nécessaire pour obtenir une déviation de l'indi- cateur à bobine mobile correspondant à toute l'échelle gra- duée.
Si .on suppose qu'il faut un courant de 6 millampères pour faire dévier au maximum l'indicateur, le courant circu- lant dans l'enroulement secondaire devrait valoir ce courant multiplié par le facteur de forme (1, 11 en admettant une onde sinusoïdale) c'est-à-dire 6,66 millampères.
Aux échelons de 1200 volts et de 120 volts les nom- bres de tours du primaire et du secondaire sont comparables et l'effet de la différence de potentiel secondaire est amor- ti du côté primaire par la grande résistance en série. Le courant et les ampères-tours primaires seront donc propor- tionnels à la tension appliquée.
A l'échelon de 120 volts, c'est-à-dire pour le plot a2, la source est branchée à la résistance j1, au point j2, en série avec l'enroulement primaire f2 et le courant circule aussi à travers tout l'enroulement primaire. L'impé- dance totale de l'appareil à cet échelon est réglée au dixième de l'impédance pour l'échelon de 1200 volts de maniè- re à faire circuler dans le circuit primaire le même courant que pour le cas précédent et à le transformer comme pécédem- ment dans le circuit secondaire f (6,66 milliampères dans le cas supposé). Puisque le courant primaire reste proportion- nel aux volts appliqués la même forme d'échelle graduée con- @
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vient pour ces deux échelons.
La connexion de l'enroulement primaire pour l'éche- lon de 12 volts, c'est-à-dire pour le plot a3, comprend beau- coup moins de tours pour les mesures à cet échelon que pour les échelons de tensions plus élevées. La résistance j inter- calée dans le circuit suffit encore pour amortir l'effet ré- duit de la réactance de la partie employée du transformateur par rapport à l'impédance totale de l'appareil, et cet éche- lon sera donc aussi sensiblement indépendant de la fréquence d'alimentation. L'effet réduit de la force électromotrice se- condaire sur le côté primaire est également amorti par la ré- sistance primaire relativement élevée, et de cette manière le courant primaire et les ampères-tours sont encore proportion- nels au voltage appliqué.
Puisque le nombre de tours de la partie employée de l'enroulement primaire est beaucoup moin- dre, il sera nécessaire de faire passer un plus grand courant dans le primaire. Le courant qui passe est pourtant choisi de manière à maintenir la même valeur de la constante des am- pères tours que pour les échelons précédemment mentionnés, de manière à obtenir de nouveau un courant secondaire de 6,66 milliampères pour la déviation maximum admise de l'indicateur, et la même réduction proportionnelle de la déviation pour des valeurs inférieures à 12 volts que celle des autres échelons considérés.
Cette disposition donnera donc encore la même forme d'échelle graduée pour l'échelon de 12 volts, Tandis que le transformateur fonctionnait en élévateur de tension pour les échelons de 1200 volts et de 120 volts, il agit comme réducteur pour l'échelon de 12 volts à cause du nombre de tours relativement petit compris dans la partie en circuit de l'enroulement primaire.
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Pour l'échelon de'1,2 volts la source est connectée du plot a4 au branchement de 130 tours de l'enroulement pri- maire en passant par une petite résistance j3 de 0,5 ohms par exemple, comme on l'a décrit, car il importe de maintenir la chute de tension IR primaire faible ce qui s'obtient dans un transformateur de faibles dimensions en réduisant le nom- bre de tours primaires, quoique l'avantage qui en résulte soit partiellement contre-balancé par l'augmentation de la consommation de courant du primaire.
Le courant secondaire de déviation maximum de 6,66 milliampères circule à travers une résistance g de 700 ohms environ et par le redresseur e, par conséquent le secondaire du transformateur doit fournir environ 6 volts à cet échelon, ce qui correspond à environ un demi-volt au primaire à la sui- te du rapport élévateur primaire-secondaire du transformateur.
Comme la différence de potentiel aux bornes à courants alternatifs du redresseur varie d'un demi-volt à un volt entre un douzième de la charge et la pleine charge, les différences de potentiel secondaires et primaires doivent varier pour cette raison et empêcher l'emploi de la même forme d'échelle graduée à moins de pouvoir éliminer cet effet non- linéaire.
Ce résultat est obtenu en faisant passer le courant secondaire par la résistance g de manière à le rendre sensi- blement proportionnel au voltage secondaire. La petite résis- tance j3 sert à ajuster la chute de tension primaire IR qui ajoutée à celle mentionnée dans le secondaire, doit réaliser l'effet voulu.
Comme précédemment le nombre de tours primaires et la résistance secondaire ajoutée sont choisis pour donner la déviation maximum pour 1,2 volts et la même forme de gradua- # -
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tion que pour le: autres échelons. On prévoit donc à cet effet la résista.nce g dans la connexion secondaire spécifié précé- demment, et l'interrupteur de court circuit h de cette résis- tance fermé de manière à court-circuiter la résistance g pour tous les échelons sauf pour celui de 1,2 volts. Quand le commutateur principal a est placé sur l'échelon de 1,2 volts, c'est-à-dire sur le plot a4, l'interrupteur h est ou- vert et la résistance g est intercalée dans le circuit.
On a donc la même forme d'échelle graduée pour tous les échelons de tension et il suffit donc d'indiquer des chiffres arbitraires sur l'échelle graduée k (Fig. 1) et de multiplier ceux-ci par la constante caractéristique de l'é- chelon auquel se fait la mesure.
La même échelle peut également s'employer pour les lectures de courants et les branchements reliés aux plots a5, a6 et a7 pour les lectures de courants sont disposés de manière à obtenir le même nombre d'ampères-tours pour la dé- viation maximum à tous les échelons. Un courant de 6,66 milli- ampères circule donc dans le circuit secondaire pour la dé- viation maximum, permettant d'employer la même forme d'échel- le graduée.
Le transformateur fonctionne comme transformateur de courant et les légères variations de l'impédance et de la force électromotrice secondaire en fonction de la fréquence n'ont pas d'effet appréciable pour les mesures de courants.
On voit donc que l'appareil décrit ci-dessus peut desservir un grand nombre d'échelons d'intensité et de ten- sion de courants alternatifs, et qu'il est en outre d'un em- ploi et d'une lecture aisée, ne présentant pas la confusion résultant d'une multiplicité d'échelles graduées.
Les valeurs des diverses résistances et branchements au primaire du transformateur indiquées ci-dessus ne sont nullement limitatives et ont uniquement été données à titre
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d'exemple pour un instrument, et avec l'intention de simpli- fier l'explication de la présente invention. Ces valeurs seraient évidemment changées pour convenir à d'autres indica- teurs ou mesureurs à bobine mobile ou à d'autres échelons de tension et d'intensité de courants suivant les besoins.
Puisque plusieurs des parties constitutives pour la mesure des tensions et intensités de courant alternatif ou de courant continu sont communes à ces deux genres de me- sures le mesureur décrit ci-dessus peut aisément être com- biné avec l'appareil requis pour les mesures de courant con- tinu. Un tel appareil est montré sur les figures 1 à 3 des dessins annexés et le schéma de son circuit est donné par la figure 7. On a employé les mêmes lettres pour désigner les parties communes aux figures 6 et 7. La gamme mesurée en cou- rant continu peut être plus étendue et peut comprendre par exemple les échelons de tension et d'intensité suivants : 1200 volts, 120 volts, 12 volts, 1,2 volts et 0,12 volts et 12 amp. 1,2 amp., 0,12 amp. et 12 milli-ampères.
Un appareil de mesure combiné pour courants alternatifs et pour courants continus possède outre le commutateur pour les changements d'échelons de courant alternatif a mentionné ci-dessus, un commutateur 1 pour les changements d'échelons de courant con- tinu d'une construction analogue au commutateur à courant alternatif all et muni de plots 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 et 19 respectivement pour chacun des échelons mentionnés et d'un bras 110 pour fermer ces contacts.
On peut employer des bornes d'entrée communes b et c, et dans ce cas une des bornes d'entrée b est connectée à un plot supplémentaire a9 du commutateur des échelons de courant alternatif désigné par Lectures D.C." (c'est-à-dire en courant continu) au lieu d'être reliée au bras a8 de ce commutateur a, et cette même
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borne b est aussi connectée à un contact supplémentaire 111 du commutateur des échelons de courant continu désigné par "Lectures A.C." (c'est-à-dire en courant alternatif). Les deux bras a8 et 110 des commutateurs sont ensuite reliés élec- triquement et on'voit donc que les lectures en C.C. (courant continu) ne peuvent s'obtenir que quand le commutateur des échelons de C. A.
(courant alternatif) est placé dans la po- sition dite "Lectures D.C." et correspondant, au plot a9, et que les lectures en C.A. ne peuvent s'obtenir que quand le commutateur des échelles de C.C. 1 est placé dans la posi- tion dite "lectures A.C." correspondant au plat 111. Le transformateur et le redresseur sont inutiles pour les lec- tures en C.
C. et le commutateur de changement des échelons de C.A. est donc muni de certains commutateurs supplémen- taires m, n et o de préférence actionnés par une came sur l'arbre du commutateur a, comme décrit plus bas, et servant premièrement à déconnecter le redresseur du transformateur, deuxièmement à déconnecter l'indicateur à bobine mobile d du redresseur e et troisièmement à connecter en série avec l'indicateur à bobine mobile, la résistance en série avec le primaire du transformateur.
Dispositifs de Commutation pour passer des Mesures de C. A. aux mesures de C.C.
Comme on l'a dit ces dispositifs comprennent les commutateurs m, n et o. Les commutateurs m et n sont dispo- sés l'un au-dessus, et l'autre au-dessous de l'arbre a10 du commutateur à C. A. (voir à la figure 4), et chacun d'eux comporte quatre lames ml, m2, m3 et m4 et n1, n2, n3 et n4
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une lame (m3 et n3) de chacune de ces séries étant prolongée de manière à venir en prise au moment voulu de la rotation du commutateur à C.A. a avec les saillies all d'une came sur l'arbre a10 du commutateur à C.A. Les deux commutateurs m et n sont identiques et disposés de telle manière que lorsque les lames de contact m3 et n3 ne sont pas en prise avec les saillies all de la came, les lames de contact ml et m2 sont électriquement connectées ainsi que les lames de contact m3 et m4.
Par contre quand la saillie de la came est en prise avec la lame m3 les connexions entre ml et m2, et entre m3 et m4 sont rompues (voir figures 4) et la lame m3 est déplacée pour venir en contact avec la lame ml. Le commutateur n fonc- tionne de la même manière, et la position des saillies a" de la came sur l'arbre a10 est choisie pour ne déplacer les la- mes a3 et n3 que lorsque le commutateur à C.A. a est mis à la position de "Lectures D.C.", c'est-à-dire quand l'appareil de mesure est réglé pour des mesures en C. C. Les commutateurs m et n sont employés pour déconnecter le redresseur e du trans- formateur et de l'instrument à bobine mobile, et aussi pour connecter convenablement l'instrument au circuit de mesures en C. C.
L'indicateur d est relié aux lames de contact m' et n' et les bornes de sortie du courant continu provenant du redres- seur e sont reliées aux lames de contact m2 et n2. La lame de contact m3 est reliée à une extrémité de l'enroulement secon- daire f du transformateur f' par un autre commutateur o dé- crit ci-après, et la lame n3 est reliée à la borne d'entrée c.
Les lames de contact m4 et n4 sont reliées aux bornes d'en- trée du courant alternatif au redresseur e, et le contact n4 est aussi connecté au point de jonction commun du primaire et du secondaire du transformateur. On voit donc que l'indica- nteur d est connecté de manière à fournir des lectures en cou-
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rant alternatif tant que le commutateur à C.A. n'est pas à la position dite "D.C.", et on voit aussi que quand ce com- mutateur à C.A. a est placé à la position D. C., l'indicateur d est déconnecté du redresseur et relié d'une part à la borne d'entrée c et d'autre part au commutateur o.
Le commutateur o est du type inverseur simple. Il comprend des lames de contact ol, o2 et o3, la lame o2 étant disposé de manière à venir en prise avec une came al2 montée sur l'arbre a10 du commutateur à C. A. qui sert à couper le contact entre o2 et ol et à mettre la lame o2 en contact avec o3, Quand la lame o2 est en contact avec la lame ol (toutes les positions de C.A. sauf l'échelon de 1,2 volts) le re- dresseur e est relié au transformateur f, et quand la came met la lame o2 en contact avec la lame o3 le transformateur est déconnecté et la résistance 1 est mise en série avec l'indica- teur d.
Si on le désire, le commutateur n décrit ci-dessus peut être combiné avec le commutateur o en donnant à la came al2 une forme qui maintient le contact entre les lames ol et o2 pour toutes les positions de C.A. sauf l'échelon de 1,2 volts, qui laisse la lame o2 libre entre les lames o1 et o3 pour l'échelle de 1,2 volts dans le circuit, et qui établit le contact de la lame o2 avec la lame o3 pour la position de "Lectures D.C." comme on l'a expliqué ci-dessus.
La résistance j1 est pourvue de branchements reliés aux plots 11 à 15 du commutateur changeur d'échelon de C.C. de manière à introduire dans le circuit les résistances re- quises pour les divers échelons de tension et une résistance de shunt p est prévue et branchée convenablement sur les plots 16 à 19 du commutateur à C.C. de manière à obtenir la valeur correcte de la résistance dérivée, cette résistance de shunt étant dérivée sur l'indicateur ±1 au moyen d'un in-
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terrupteur g (voir figure 7) qui est actionné par le commu- tateur à C.C. et fermé quand ce commutateur est placé en po- sition pour des lectures de courant. Les parties de l'appareil pour les mesures en C.
C. ayant sensiblement les dispositions décrites dans le brevet mentionné précédemment, on peut se référer à ce dernier pour obtenir plus de détails. Des moyens tels qu'une batterie r et des résistances réglables s et t et des contacts 112, 113, 114 et 115 peuvent aussi être in- corporés dans la partie à C.C. de l'appareil pour permettre la lecture d'une ou de plusieurs gammes de résistances de la manière décrite dans ce brevet. Les plots de contact: 114 et 115 permettent la mesure de grandes résistances au moyen d'une batterie extérieure ou d'une source d'alimentation ayant une tension déterminée.
On peut prévoir un fusible u pour la pro- tection du redresseur et de l'indicateur à bobine mobile. w est un interrupteur dans le circuit de la batterie r, destinée à ouvrir ce circuit quand on ne mesure pas des résistances. sl et tl sont des vis pour le réglage des résistances s et t et z est la vis de réglage du zéro.
L'appareil suivant la présente invention présente de nombreux avantages parmi lesquels on peut mentionner les sui- vants : l'échelle pour le courant alternatif est graduée d'une façon presque uniforme pour tous les échelons et permet donc de desservir une gamme de mesures étendue avec moins d'éche- lons que lorsqu'on emploie une échelle ayant une forme con- tractée ou étendue; dé plus l'appareil a une très faible consommation de puissance.
On comprend que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux dispositions décrites ci-dessus sans sortir du cadre de la présente invention. Les détails indiqués con- cernent simplement certaines dispositions commodes décrites
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pour faciliter la compréhension de la présente invention.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Appareil de mesure à plusieurs échelons pour courants alternatifs, comprenant un seul indicateur à bobine mobile et un redresseur dont la sortie est reliée à l'indica- teur de mesure, les courants alternatifs à mesurer étant amenés au redresseur par un transformateur.
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Improvements to multi-scale electrical measuring devices.
This invention relates to improvements in multi-stage electrical measuring apparatus, and its main object is to provide a simple and efficient apparatus allowing easy and rapid measurement of a wide range of current and current values. voltage of alternating currents. Since it is advantageous to be able to measure by means of the same apparatus the values of intensity and voltage of the direct currents, and possibly also of the resistances, another object of the present invention is to provide
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an electrical measuring device comprising only one indicator which can measure various steps of voltage and intensity of currents, these measurements being able to be carried out in alternating current or in direct current, and which can also be used for the measurement of resistances.
According to the present invention, the measuring apparatus is provided with a rectifier for rectifying the alternating currents to be measured, this rectifier preferably being a rectifier of the two half-waves, and the alternating currents to be measured are fed to this rectifier by a transformer.
It would be very advantageous to have a multi-scale measuring device whose indicator has the same graduated scale form for the various steps, the divisions of the scale then being able to be indicated by arbitrary figures to be multiplied by one. constant depending on the level employed. Obtaining a multi-step measuring apparatus having the same graduated scale shape for all the steps does not present any difficulties for apparatus intended for direct current, since the problem of Adaptation of the device for readings at various stages is solved simply by inserting suitable resistors in shunt and in series in the circuit of the indicator.
A very convenient embodiment of a multistage electrical measuring device capable of measuring various ranges of voltage and intensity of currents and also capable of providing direct measurement of resistances by means of a single moving coil instrument, is described in Belgian patent n. 310,693. The same form of the graduated scale for voltage and current readings is carried out in this device, and therefore the switch simply needs to be placed in the position corresponding to the appropriate scale interval.
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required, and then multiply the reading given by the needle by the constant characteristic of the scale used. But on the other hand it is no longer so simple to obtain the same form of graduated scale for the measuring devices used in alternating current circuits.
This is because the curve of the rectified volts versus the volts applied to the rectifier, more especially to a metallic rectifier, is not a straight line in the case of low voltages. In particular, metal rectifiers commonly manufactured and used today require the application of potential differences of at least half a volt before starting to rectify.
This characteristic does not intervene when the apparatus operates on steps giving a maximum deviation of the order of 120 or 1800 volts on the scale, but it is of a notable effect when the apparatus operates on a scale. low voltage step for which the maximum deviation would be 1.2 volts for example, and it prevents the use of the same form of graduated scale for all steps, unless special precautions are taken. A multistage measuring apparatus provided with a large number of graduated scales is confusing and clearly disadvantageous.
According to the present invention this drawback is avoided by means of a transformer bringing to the rectifier the alternating currents to be measured, in such a way that the outgoing secondary current supplied to the rectifier is constant for any given fraction of the maximum value of the basic graduated scale, at each given step.
The supply of current to the rectifier by means of a transformer has the further advantage of allowing
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bend the instrument to measure the value of an alternating current superimposed on a constant or direct current, because on condition of not reaching the saturation current, the alternating component alone will be transformed by the transformer and measured by the device.
In order to allow easier understanding and easier execution of the invention, it will be described with reference to the accompanying drawings which show, by way of non-limiting example, a convenient embodiment of the invention applied to a recording apparatus. multistage measurement for alternating and direct currents. On these drawings:
Fig. 1 is a front view of the complete apparatus.
Fig. 2 is a rear view of the same apparatus with its outer cover removed.
Fig. 3 is a plan view of the device still without its outer cover, and
Fig. 4 is a detail view showing the operation of certain switches, and
Fig. 5 is a view showing the operation of other switches.
Fig. 6 is a circuit diagram of a multistage alternating current meter according to the present invention, and
Figure 7 is a circuit diagram of the apparatus shown in Figures 1 to 3.
Referring first to FIG. 6 of the accompanying drawings which shows the alternating current part of the measuring apparatus shown in these drawings, there is seen an apparatus designed for the measurement of four steps of alternating voltages (for example 1200 volts, 120 volts, 12 volts and 1.2 volts for the maximum deviation at each step)
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and three steps of alternating currents (for example 12 amps. 1.2 amps. and 0.12 amps. for the maximum deviation at each step). The apparatus is provided with a switch a with seven contacts al, a2, a3, a4, a5, a6 and a7, each of which corresponds to a step, the arm a8 of the switch connected to one (b) of the input terminals b and c of the measuring device being arranged so as to be able to be brought into contact with one or the other of the pads a1 to a7.
The indicator or moving coil unit d is connected in the diagonal of a metal rectifier e of the two half-waves arranged in a bridge and connected in known manner to the secondary winding f of a transformer f1. One of the ends of the secondary winding f is connected to one of the ends of the primary winding, which in turn is connected to the other input terminal c of the measuring device. One of the connections between the rectifier e and the secondary winding, preferably the one between the rectifier, and the end of the secondary not directly connected to the primary winding f2, comprises a resistor g which can be short-circuited by a switch. h for reasons set out below.
The primary winding f2 of the transformer f1 has
2000 turns for example and includes branched branches at the places corresponding to the following numbers of turns from the end of the primary connected to the secondary (which has 1680 turns for example): - 1, 10, 100 and 130, these branches being connected respectively to contact pads a5, a6, a7 and (via a resistor) to pad a4 of the switch, these pads corresponding respectively to the steps of 12 amp., 1.2 amp., 0.12 amp. , and of
1.2 volts. Contact a3 of the switch for the
12 volts is connected to the 130 turn branch of the plug | mayor f2 by a resistor, 130 ohms for example.
The at-
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The end of the primary is connected to the 1200-volt contact a1 of the switch via a non-inductive resistor j1 preferably bringing the resistance of the circuit to 200,000 ohms for example, and the 120-volt contact a2 of the switch is connected to a connection to this resistor such that the total impedance of the circuit is about 20,000 ohms, or a little less.
The short-circuit switch h bypassing the resistor g interposed between the secondary f and the rectifier e is coupled to the main switch a or mounted on the latter so as to short-circuit this resistance constantly, except when the switch is in position for the 1.2 volt step.
The transformer operates as a current transformer, and a well-defined secondary current and needle reading correspond to each primary ampere-turns value.
When it is desired to read a potential difference, the connections of the circuit are connected to the input terminals of the measuring device and the switch a is placed on the appropriate scale. It is first assumed that it is placed on the 1200 volt step, that is to say at the al plot. The current then flows through the entire resistor j1 and through the entire primary f2. The resistor j1 in series with the primary f2 serves not only to limit the current flowing through the primary winding, but also to dampen the effect of the reactance of the entire transformer on the total impedance of the apparatus.
As a result, the readings will be substantially independent of the supply frequency, for a well-designed transformer, as long as it is an industrial frequency.
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ordinary and not of an acoustic or radio frequency. The current flowing through the primary is transformed into a current flowing through the secondary, and the transformation ratio is chosen so that for this step as for the steps of 120 volts, 12 volts and 1.2 volts, the current flowing in the secondary winding for these maximum deviations corresponds after rectification to the current necessary to obtain a deviation of the moving coil indicator corresponding to the entire graduated scale.
If we assume that a current of 6 millamps is required to deflect the indicator to the maximum, the current flowing in the secondary winding should be equal to this current multiplied by the form factor (1.11 assuming a wave sinusoidal) i.e. 6.66 millamps.
At the 1200 volt and 120 volt steps the number of turns of the primary and the secondary are comparable and the effect of the secondary potential difference is damped on the primary side by the large resistance in series. The primary current and ampere-turns will therefore be proportional to the applied voltage.
At the 120 volt step, that is to say for the pad a2, the source is connected to resistor j1, at point j2, in series with the primary winding f2 and the current also flows through all l primary winding. The total impedance of the device at this stage is set to the tenth of the impedance for the 1200 volts stage so as to cause the same current to flow in the primary circuit as for the previous case and to transform as pécédement in the secondary circuit f (6.66 milliamperes in the assumed case). Since the primary current remains proportional to the volts applied the same form of graduated scale con- @
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comes for these two rungs.
The connection of the primary winding for the 12 volt step, that is to say for the a3 stud, has many fewer turns for measurements at this step than for the higher voltage steps. . The resistance j interposed in the circuit is still sufficient to dampen the reduced effect of the reactance of the used part of the transformer with respect to the total impedance of the apparatus, and this stage will therefore also be substantially independent. power supply frequency. The reduced effect of the secondary electromotive force on the primary side is also dampened by the relatively high primary resistance, and in this way the primary current and ampere-turns are still proportional to the applied voltage.
Since the number of turns of the used part of the primary winding is much less, it will be necessary to pass more current through the primary. The current flowing is however chosen so as to maintain the same value of the constant of the amperes turns as for the steps previously mentioned, so as to again obtain a secondary current of 6.66 milliamperes for the maximum allowed deviation of l 'indicator, and the same proportional reduction of the deviation for values below 12 volts as that of the other stages considered.
This arrangement will therefore still give the same form of graduated scale for the 12 volt step, While the transformer operated as a voltage step-up for the 1200 volt and 120 volt steps, it acts as a reducer for the 12 step. volts because of the relatively small number of turns included in the in-circuit portion of the primary winding.
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For the 1.2 volt step, the source is connected from pad a4 to the 130-turn connection of the primary winding, passing through a small resistor j3 of 0.5 ohms for example, as described above. , because it is important to keep the primary IR voltage drop low which is obtained in a small transformer by reducing the number of primary turns, although the resulting advantage is partially offset by the increase of the primary current consumption.
The maximum deflection secondary current of 6.66 milliamps flows through a resistor g of about 700 ohms and through the rectifier e, therefore the secondary of the transformer must provide about 6 volts at this step, which is about a half. volt at the primary following the primary-secondary step-up ratio of the transformer.
As the potential difference across the AC terminals of the rectifier varies from half a volt to one volt between one-twelfth of the load and full load, the secondary and primary potential differences must therefore vary and prevent use. of the same form of graduated scale unless this non-linear effect can be eliminated.
This is achieved by passing the secondary current through resistor g so as to make it substantially proportional to the secondary voltage. The small resistor j3 is used to adjust the primary voltage drop IR which, added to that mentioned in the secondary, should achieve the desired effect.
As before the number of primary turns and the added secondary resistance are chosen to give the maximum deviation for 1.2 volts and the same gradua- # - shape
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tion only for: other levels. For this purpose, therefore, resistor g is provided in the secondary connection specified above, and the short-circuit switch h of this resistor closed so as to short-circuit resistor g for all the steps except for the one. of 1.2 volts. When the main switch a is placed on the 1.2 volt step, that is to say on the pad a4, the switch h is open and the resistor g is inserted in the circuit.
We therefore have the same form of graduated scale for all voltage steps and it is therefore sufficient to indicate arbitrary figures on the graduated scale k (Fig. 1) and to multiply these by the characteristic constant of the level at which the measurement is made.
The same scale can also be used for the current readings and the connections connected to the pins a5, a6 and a7 for the current readings are arranged so as to obtain the same number of ampere-turns for the maximum deviation at all levels. A current of 6.66 milliamperes therefore circulates in the secondary circuit for the maximum deviation, making it possible to use the same form of graduated scale.
The transformer operates as a current transformer and the slight variations in impedance and secondary electromotive force as a function of frequency have no appreciable effect for current measurements.
It can therefore be seen that the apparatus described above can serve a large number of intensity and voltage steps of alternating currents, and that it is also easy to use and read. , not presenting the confusion resulting from a multiplicity of graduated scales.
The values of the various resistances and connections to the primary of the transformer indicated above are in no way limiting and have only been given as a
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example for an instrument, and with the intention of simplifying the explanation of the present invention. These values would of course be changed to suit other moving coil indicators or gauges or other voltage and current levels as required.
Since several of the constituent parts for the measurement of voltages and currents of alternating current or direct current are common to these two kinds of measurements, the measurer described above can easily be combined with the apparatus required for the measurements of direct current. Such an apparatus is shown in Figures 1 to 3 of the accompanying drawings and the diagram of its circuit is given in Figure 7. The same letters have been used to designate the parts common to Figures 6 and 7. The range measured in color. DC current may be more extensive and may include, for example, the following voltage and current steps: 1200 volts, 120 volts, 12 volts, 1.2 volts and 0.12 volts and 12 amps. 1.2 amp., 0.12 amp. and 12 milli-amps.
A combined measuring device for alternating currents and for direct currents has in addition to the switch for the changes of alternating current steps mentioned above, a switch 1 for the changes of direct current steps of similar construction. to the alternating current switch all and provided with pads 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 and 19 respectively for each of the steps mentioned and with an arm 110 for closing these contacts.
Common input terminals b and c can be used, and in this case one of the input terminals b is connected to an additional pad a9 of the alternating current steps switch denoted by DC readings "(i.e. say in direct current) instead of being connected to the arm a8 of this switch a, and this same
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terminal b is also connected to an additional contact 111 of the direct current step switch designated "A.C. readings". (i.e. alternating current). The two arms a8 and 110 of the switches are then electrically connected and it is therefore seen that the DC (direct current) readings can only be obtained when the switch of the AC steps A.
(alternating current) is placed in the position called "D.C. readings". and corresponding to pin a9, and that the AC readings can only be obtained when the DC scales switch 1 is placed in the position called "AC readings". corresponding to plate 111. The transformer and rectifier are unnecessary for C readings.
C. and the AC step change switch is therefore provided with some additional switches m, n and o preferably cam-actuated on the shaft of switch a, as described below, and serving firstly to disconnect the switch. transformer rectifier, secondly to disconnect the moving coil indicator d from the rectifier e and thirdly to connect in series with the moving coil indicator, the resistor in series with the primary of the transformer.
Switching devices for switching from AC measurements to DC measurements
As said these devices include the switches m, n and o. The switches m and n are arranged one above, and the other below the shaft a10 of the AC switch (see figure 4), and each of them has four blades ml, m2, m3 and m4 and n1, n2, n3 and n4
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a blade (m3 and n3) of each of these series being extended so as to engage at the desired moment of the rotation of the AC switch a with the protrusions all of a cam on the shaft a10 of the AC switch Both switches m and n are identical and arranged in such a way that when the contact blades m3 and n3 are not in engagement with the protrusions all of the cam, the contact blades ml and m2 are electrically connected as well as the contact blades m3 and m4.
On the other hand, when the projection of the cam engages with the blade m3, the connections between ml and m2, and between m3 and m4 are broken (see figures 4) and the blade m3 is moved to come into contact with the blade ml. Switch n operates in the same way, and the position of the protrusions a "of the cam on the shaft a10 is chosen to move the blades a3 and n3 only when the AC switch a is set to the position. of "DC readings", ie when the meter is set for DC measurements. The m and n switches are used to disconnect the rectifier e from the transformer and the moving coil instrument , and also to properly connect the instrument to the DC measurement circuit
The indicator d is connected to the contact blades m 'and n' and the direct current output terminals from the rectifier e are connected to the contact blades m2 and n2. The contact blade m3 is connected to one end of the secondary winding f of the transformer f 'by another switch o described below, and the blade n3 is connected to the input terminal c.
Contact blades m4 and n4 are connected to the alternating current input terminals at rectifier e, and contact n4 is also connected to the common junction point of the primary and secondary of the transformer. It can therefore be seen that the indicator d is connected so as to provide current readings.
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alternating current as long as the AC switch is not in the so-called "DC" position, and we also see that when this AC switch a is placed in the DC position, the indicator d is disconnected from the rectifier and connected on the one hand to the input terminal c and on the other hand to the switch o.
The switch o is of the simple reversing type. It comprises contact blades ol, o2 and o3, the blade o2 being arranged so as to engage with a cam al2 mounted on the shaft a10 of the AC switch which serves to cut off the contact between o2 and ol and to put the o2 blade in contact with o3, When the o2 blade is in contact with the ol blade (all AC positions except the 1.2 volt step) the rectifier e is connected to the transformer f, and when the cam puts the o2 blade in contact with the o3 blade the transformer is disconnected and resistor 1 is put in series with indicator d.
If desired, switch n described above can be combined with switch o by giving cam al2 a shape which maintains contact between blades ol and o2 for all CA positions except step 1, 2 volts, which leaves the o2 blade free between the o1 and o3 blades for the 1.2 volts scale in the circuit, and which establishes the contact of the o2 blade with the o3 blade for the "DC readings" position as explained above.
Resistor j1 is provided with connections connected to pads 11 to 15 of the DC step changer switch so as to introduce into the circuit the resistors required for the various voltage steps and a shunt resistor p is provided and connected properly. on pads 16 to 19 of the DC switch so as to obtain the correct value of the derivative resistance, this shunt resistance being derived on the indicator ± 1 by means of an in-
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switch g (see figure 7) which is actuated by the DC switch and closed when this switch is placed in the position for current readings. The parts of the apparatus for measurements in C.
C. having substantially the provisions described in the patent mentioned above, reference may be made to the latter for more details. Means such as a battery r and adjustable resistors s and t and contacts 112, 113, 114 and 115 can also be incorporated in the DC part of the apparatus to allow reading of one or more. ranges of resistors as described in this patent. The contact pads: 114 and 115 allow the measurement of large resistances by means of an external battery or a power source having a determined voltage.
A fuse u can be provided to protect the rectifier and the moving coil indicator. w is a switch in the battery circuit r, intended to open this circuit when resistances are not being measured. sl and tl are screws for adjusting the resistances s and t and z is the zero adjustment screw.
The apparatus according to the present invention has many advantages, among which the following can be mentioned: the scale for the alternating current is graduated in an almost uniform manner for all the steps and therefore makes it possible to serve a wide range of measurements with fewer rungs than when using a ladder having a contracted or extended shape; moreover the device has a very low power consumption.
It will be understood that numerous modifications can be made to the arrangements described above without departing from the scope of the present invention. The details given relate simply to certain convenient arrangements described.
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to facilitate understanding of the present invention.
CLAIMS ---------------------------
1.- Multi-stage measuring device for alternating currents, comprising a single moving coil indicator and a rectifier, the output of which is connected to the measurement indicator, the alternating currents to be measured being fed to the rectifier by a transformer.