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On connaît des appareils de mesure, communément appelés flux- mètres, dont l'équipage mobile, dépourvu de couple de torsion, est branché aux bornes d'une bobine exploratrice placée dans un champ magnétique. La variation du flux total dans la bobine provoque une déviation de l'aiguille mobile qui est proportionnelle à cette variation de flux, à la condition que l'équipage mobile parte du repos et revienne à un nouvel état de repos dans un mouvement apériodique. Cette condition nécessite que la résistance du circuit formé par le cadre mobile du fluxmètre,la bobine exploratrice et les cordons qui relient l'un à l'autre, ait une valeur assez faible.
Malheureusement, si on est obligé de placer la bobine explo- ratrice dans un endroit éloigné de l'appareil de mesure, la résistance des cordons peut avoir une valeur telle que la condition susindiquée n'est plus remplie et que, de ce fait, la déviation de l'équipage mobile du fluxmètre n'est plus proportionnelle à la variation du flux dans la bobine exploratrice
Il en est de même si, pour certaines conditions particulières d' emploi, la bobine exploratrice doit avoir un volume réduit qu'il est im- possible de dépasser, le fil de cette bobine doit être de très faible sec- tion, de sorte que la résistance de la bobine est trop forte. On est donc conduit à réduire le nombre de tours de la bobine et il est impassible de mesurer des champs très faibles avec une sensibilité et une précision suffi- santes.
En outre, ces appareils ont un couple très faible qui ne permet pas de les faire fonctionner correctement comme appareils enregistreurs.
La présente invention, système Pierre DOUCE, a pour but surtout de remédier aux inconvénients précités en permettant la réalisation d'un fluxmètre dont le fonctionnement est indépendant de la résistance de la bobine exploratrice, et qui assure en outre l'enregistrement des mesures sur un papier diagramme.
Le dispositif de mesure des variations d'un champ magnétique suivant l'invention est caractérisé en ce que la force électromotrice induite engendrée aux bornes de la bobine exploratrice par suite de la variation du flux total dans ladite bobine est transformée en un courant continu proportionnel dans un convertisseur de mesure de tout type connu, ce courant continu alimentant le cadre mobile d'un appareil de mesure magnéto-électrique, de préférence enregistreur, dont l'équipage est dépourvu de couple de torsion, et possède un couple d'amortissement excessivement élevé, indépendant du circuit de mesure.
La figure ci-jointe représente à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'invention.
Il est à noter que bien que le convertisseur de mesure entrant dans la constitution du dispositif de mesure suivant l'invention peut être de tout type connu, la description qui suit se réfère au convertisseur de mesure faisant l'objet du brevet belge No 453379 déposé le 30 Novembre 1943 au nom de la Compagnie Demanderesse.
Il est également à noter que bien que l'appareil de mesure dont l'équipage mobile est dépourvu de couple de torsion et possède un couple d'amortissement excessivement élevé peut être de tout type connu, la description qui suit se réfère à l'appareil de mesure faisant l'objet de la demande de brevet de perfectionnement déposée le 22 Avril 1954 sous le No 414378,, perfectionnement à la demande de brevet belge No 414339 déposée le 21 avril 1954 au nom de la Compagnie demanderesse
Sur la figure, 1 représente la bobine exploratrice qui est connectée aux bornes d'entrée 12-12' du convertisseur de mesure 10. Ces bornes d'entrée sont reliées à un circuit comprenant, d'une part, le cadre mobile 2 d'un galvanomètre, dépourvu de couple de torsion,
et dont l'aimant n'a pas été représenté par raison de simplicité, et, d'autre part, la résistance 3.
Sur l'arbre 4 du cadre mobile du galvanomètre est montée l'armature mobile 5 d'un condensateur ayant deux armatures fixes 6 et 7. L'armature fixe 6 est insérée dans le,circuit d'un oscillateur 8 qui produit entre cette arma-
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ture et la masse 9 une tension de haute fréquence. 13 est un amplifica- teur-détecteur, comportant une résistance 11 dont une extrémité est connectée à l'armature fixe 7 et l'autre extrémité, à la masse 9. Cet amplificateur-détecteur engendre un courant continu dont l'intensité est fonction du déplacement angulaire du cadre mobile 2, et dont le sens est tel que la différence de potentiel qu'il produit dans la résistance 3 se trouve en opposition avec la force électro-motrice engendrée dans la bobine 1.
Ce courant continu parcourt également le cadre mobile 21 de 1' appareilrécepteur 20.
Pour une certaine valeur de ce courant continu, la différence de potentiel qu'il produit dans la résistance 3 est égale et opposée à la force électromotrice engendrée dans la bobine 1. Dans ces conditions, le courant dans le cadre 2 s'annule, et le mouvement de rotation de celuici s'arrête.
Quand la force électromotrice engendrée dans la bobine 1 varie le cadre 2 est traversé par un courant de déséquilibre transitoire. Le cadre 2 dévie dans un sens ou dans l'autre et modifie la valeur du courant de sortie de l'amplificateur-détecteur 13 par suite du déplacement angulaire de l'armature mobile 5 devant les armatures fixes 6 et 7. La valeur de ce courant de sortie est modifiée jusqu'au complet rétablissement de l'égalité entre la force électromotrice engendrée dans la bobine 1 et la différence de potentiel produite par ce courant dans la résistance 3.
La force contre-électromotrice développée par la rotation du cadre 2 s'oppose au passage du courant de déséquilibre transitoire dans la résistance 3.
Pratiquement, à chaque instant, aussi bien en régime transitoire qu'en régime d'équilibre, le courant de sortie de l'amplificateur-détecteur 13 qui traverse la résistance 3 et le cadre mobile 21 de l'appareil récepteur 20 reste proportionnel à la tension engendrée dans la bobine 1, indépendamment de la valeur de la résistance 3, de la résistance du cadre mobile 21 et des connexions. Toute la puissance absorbée par le circuit 3-21 est fournie par le générateur 8.
L'appareil récepteur 20, qui est décrit dans la demande de brevet belge de perfectionnement déposée le 22 Avril 1954 perfectionnement à la demande de brevet belge No 414339 du 21 Avril 1954 comprend un cadre mobile 21 tournant entre les pôles d'un aimant permanent (non représenté). L'équipage mobile est dépourvu de couple torsion. Cet appareil possède un couple moteur et un couple d'amortissement de valeur considérable par rapport aux couples de frottement. En particulier, dans le cas d'un appareil enregistreur, le couple de frottement de la plume sur le papier peut être considéré comme négligeable.
Le couple d'amortissement est obtenu par un disque métallique 22, solidaire du cadre 21, qui se déplace dans les entrefers de plusieurs aimants permanents, comme cela a été indiqué dans la demande de brevet de perfectionnement susmentionnée.
On a également indiqué dans cette demande de brevet de perfectionnement que la déviation de l'équipage mobile est proportionnelle à la quantité d'électricité qui a traversé le cadre mobile pendant sa rotation.
On va montrer ci-après que la déviation angulaire de l'équipage mobile de cet appareil est proportionnelle à la variation de flux dans la bobine 1 (ou à la variation d'induction).
La bobine 1 de surface totale S, étant traversée par un flux orthogonal variable , il se produit aux bornes de cette bobine une force électromotrice induite qui satisfait à la relation
EMI2.1
A = - ai il) La force électromotrice à est appliquée aux bornes d'entrée 12,
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12' du convertisseur de mesure 10, et lorsque le cadre mobile 2 est dans sa position d'équilibre., un courant 1, fourni par l'amplificateur-détecteur
13 traverse la résistance 3 de valeur H, et le cadre mobile 21 de l'appa- reil récepteur 20.
La valeur de ce courant est telle que l'on a, à tout instant, e= R. 1 d'où, en tenant compte de l'égalité (1) i dt = - d
R
L'appareil récepteur 20, par suite de ses caractéristiques pré- cédemment énoncées, intègre le courant i; Ú i dt = - 1 Ú d R d'où ¯ Si!. = - ¯
R et l'angle de déviation de son équipage mobile est proportionnel à la quan- tité d'électricité - q.
Ó A q = K. ¯
II est à remarquer, que d'après cette dernière formule, la dé- viation est indépendante de la résistance de la bobine, de la résistance des connexions reliant la bobine au convertisseur et de la résistance du circuit dans lequel se trouve branché le récepteur.
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Measuring devices are known, commonly called flux meters, the moving part of which, devoid of torsion torque, is connected to the terminals of an exploration coil placed in a magnetic field. The variation of the total flux in the coil causes a deflection of the movable needle which is proportional to this variation of flux, on the condition that the movable assembly starts from rest and returns to a new state of rest in an aperiodic movement. This condition requires that the resistance of the circuit formed by the movable frame of the fluxmeter, the search coil and the cords which connect one to the other, have a fairly low value.
Unfortunately, if one is forced to place the exploration coil in a place far from the measuring device, the resistance of the leads may have a value such that the above-mentioned condition is no longer fulfilled and, therefore, the deviation of the moving assembly of the fluxmeter is no longer proportional to the variation of the flux in the search coil
It is the same if, for certain particular conditions of use, the scanning coil must have a reduced volume which it is impossible to exceed, the wire of this coil must be of very small section, so that the resistance of the coil is too high. We are therefore led to reduce the number of turns of the coil and it is impossible to measure very weak fields with sufficient sensitivity and precision.
In addition, these devices have a very low torque which does not allow them to function properly as recording devices.
The present invention, SOFTWARE system, aims above all to remedy the aforementioned drawbacks by allowing the production of a fluxmeter whose operation is independent of the resistance of the search coil, and which also ensures the recording of measurements on a diagram paper.
The device for measuring the variations of a magnetic field according to the invention is characterized in that the induced electromotive force generated at the terminals of the search coil as a result of the variation of the total flux in said coil is transformed into a direct current proportional in a measurement converter of any known type, this direct current supplying the movable frame of a magneto-electric measuring device, preferably a recorder, the crew of which is devoid of torque, and has an excessively high damping torque , independent of the measuring circuit.
The attached figure represents by way of nonlimiting example an embodiment of the invention.
It should be noted that although the measurement converter forming part of the constitution of the measuring device according to the invention may be of any known type, the following description refers to the measurement converter which is the subject of Belgian patent No. 453379 filed. on November 30, 1943 in the name of the Claimant Company.
It should also be noted that although the measuring device, the moving part of which has no torsional torque and has an excessively high damping torque, may be of any known type, the following description refers to the device. of measurement forming the subject of the improvement patent application filed on April 22, 1954 under No. 414378, improvement to the Belgian patent application No. 414339 filed on April 21, 1954 in the name of the applicant Company
In the figure, 1 represents the search coil which is connected to the input terminals 12-12 'of the measurement converter 10. These input terminals are connected to a circuit comprising, on the one hand, the movable frame 2 of a galvanometer, devoid of torque,
and whose magnet has not been shown for reasons of simplicity, and, on the other hand, resistance 3.
On the shaft 4 of the mobile frame of the galvanometer is mounted the mobile armature 5 of a capacitor having two fixed armatures 6 and 7. The fixed armature 6 is inserted into the circuit of an oscillator 8 which produces between this arma -
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ture and ground 9 a high frequency voltage. 13 is an amplifier-detector, comprising a resistor 11, one end of which is connected to the fixed armature 7 and the other end to the ground 9. This amplifier-detector generates a direct current whose intensity is a function of the angular displacement of the mobile frame 2, and the direction of which is such that the potential difference which it produces in the resistor 3 is in opposition with the electro-motive force generated in the coil 1.
This direct current also passes through the movable frame 21 of the receiver device 20.
For a certain value of this direct current, the potential difference that it produces in resistor 3 is equal and opposite to the electromotive force generated in coil 1. Under these conditions, the current in frame 2 is canceled out, and the rotational movement of it stops.
When the electromotive force generated in coil 1 varies, frame 2 is traversed by a transient unbalance current. Frame 2 deviates in one direction or the other and modifies the value of the output current of amplifier-detector 13 as a result of the angular displacement of the movable armature 5 in front of the fixed armatures 6 and 7. The value of this output current is modified until complete re-establishment of equality between the electromotive force generated in coil 1 and the potential difference produced by this current in resistor 3.
The counter-electromotive force developed by the rotation of the frame 2 opposes the passage of the transient unbalance current in the resistor 3.
Practically, at any moment, both in transient state and in equilibrium state, the output current of the amplifier-detector 13 which crosses the resistor 3 and the movable frame 21 of the receiver apparatus 20 remains proportional to the voltage generated in coil 1, independently of the value of resistor 3, of the resistance of movable frame 21 and of the connections. All the power absorbed by circuit 3-21 is supplied by generator 8.
The receiving device 20, which is described in the Belgian patent application for improvement filed on April 22, 1954, improvement to Belgian patent application No. 414339 of April 21, 1954, comprises a movable frame 21 rotating between the poles of a permanent magnet ( not shown). The moving equipment is devoid of torque. This device has a motor torque and a damping torque of considerable value compared to the friction torques. In particular, in the case of a recording device, the friction torque of the pen on the paper can be considered negligible.
The damping torque is obtained by a metal disc 22, integral with the frame 21, which moves in the air gaps of several permanent magnets, as was indicated in the aforementioned improvement patent application.
It has also been indicated in this improvement patent application that the deflection of the moving assembly is proportional to the quantity of electricity which has passed through the moving frame during its rotation.
It will be shown below that the angular deviation of the moving part of this device is proportional to the variation of flux in the coil 1 (or to the variation of induction).
The coil 1 of total area S, being crossed by a variable orthogonal flux, an induced electromotive force is produced at the terminals of this coil which satisfies the relation
EMI2.1
A = - ai il) The electromotive force to is applied to the input terminals 12,
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12 'of the measurement converter 10, and when the movable frame 2 is in its equilibrium position., A current 1, supplied by the amplifier-detector
13 passes through resistor 3 of value H, and the movable frame 21 of the receiving apparatus 20.
The value of this current is such that we have, at any time, e = R. 1 hence, taking into account the equality (1) i dt = - d
R
The receiving apparatus 20, as a result of its previously stated characteristics, integrates the current i; Ú i dt = - 1 Ú d R hence ¯ Si !. = - ¯
R and the deflection angle of its mobile unit is proportional to the quantity of electricity - q.
Ó A q = K. ¯
It should be noted that according to this last formula, the deviation is independent of the resistance of the coil, of the resistance of the connections connecting the coil to the converter and of the resistance of the circuit in which the receiver is connected.