Brevet FR2131898A1 — publié le 19721117

La présente invention concerne le domaine de la technique des mesures électriques et, plus particulièrement, les mesureurs de deux paramètres d'une impédance complexe dont l'un est fondamental et l'autre auxiliaire, se traduisant par le rapport entre les composantes active et réactive de l'impédance. I1 existe un mesureur de deux paramètres d'une impédance complexe dont l'un est fondamental (par exemple l'inductance) et l'autre auxiliaire se traduisant par le rapport des composantes active et réactive de l'impédance (par exemple la tangente de l'angle de pertes), et qui représente un pont à courant alternatif aux bras de rapport en couplage inductif ; dans ledit pont, les courants passant par la résistance à mesurer et celle de référence sont produits par des tensions appliquées auxdites résistances et dont l'une, invariable, sert de référence, et l'autre, réglable en module et en phase au moyen de deux organes d'équilibrage, sert à la compensation, la différence desdits courants étant envoyée sur un détecteur final d'équilibre qui commande les organes d'équilibrage. I1 est de même connu que, pour produire les effets modulants sur le signal de déséquilibre, qui servent à déterminer le sens de réglage du module ou de la phase de la tension de compensation, afin de réduire au minimum le signal de déséquilibre, on emploie deux modulateurs montés en série avec les organes d'équilibrage et modulant la grandeur à régler. Lors de l'équilibrage du pont, les modulateurs interviennent à tour de rôle, ce qui provoque le réglage alterné des organes d'équilibrage respectifs. Chaque réglage prend fin dès que la valeur minimale du signal de déséquilibre est atteinte. Le pont étant entièrement équilibré, on fait la lecture des paramètres mesurés suivant les positions des organes d'équilibrage. Le mesureur de deux paramètres de l'impédance complexe, de type connu, présente ce désavantage que, pour réaliser l'équilibre, il nécessite généralement des réglages alternés multiples des organes d'équilibrage, étant donné que le réglage de l'un d'eux influence la position de minimum du signal de déséquilibre au réglage du second et inversement, c'est-à-dire que les circuits d'équilibrage par deux paramètres mesurés se trouvent couplés.Cela tient au fait que, lors du réglage des organes d'équilibrage, les vecteurs des signaux de modulation cotncident avec les hodographes du vecteur de courant dans la résistance mesurer. Ces hodographes, lors de la mesure de deux paramètres de l'impédance complexe, dont l'un se traduit par le rapport des composantes, active et réactive de l'impédance, au lieu de former un réseau orthogonal de lignes, font entre eux des angles autres qu'un angle droit. Le processus d'équilibrage s'en trouve fortement allongé et parfois même irréalisable. Le but de la présente invention est de remédier à l'incon- vénient ci-dessus. La présente invention se propose de réaliser un mesureur de deux paramètres de l'impédance complexe, qui ne demande pour son équilibrage que deux réglages, un par chaque organe d'équilibrage. Le but proposé est atteint par le fait que, dans le mesureur de deux paramètres de l'impédance complexe, au moins un des modulateurs servant à produire les effets modulants approximatifs (d'essai) lors de l'équilibrage du pont par un des paramètres est monté de façon que le vecteur du courant de modulation qu'il produit à la sortie du pont soit orthogonal i l'hodographe du vecteur du courant dû å la tension de compensation, et parcourant la résistance i mesurer lors de l'équilibrage du pont par l'autre paramètre. Il est avantageux que la sortie du modulateur intervenant en équilibrage du pont par le paramètre fondamental et fournissant une tension de modulation, en phase ou en opposition avec celle d'alimentation de la résistance de référence, soit en série avec la résistance à mesurer0 I1 est aussi utile que la sortie du modulateur intervenant en équilibrage du pont par le paramètre auxiliaire et fournissant une tension de modulation, en phase ou en opposition avec celle d'alimentation de la résistance de référence, soit raccordée d travers une résistance à l'entrée d'un détecteur d'équilibre. Le mesureur selon l'invention permet d'équilibrer le pont en deux réglages seulement et, par li même, de réduire le temps de mesure des paramètres de l'impédance complexe. Dans ce qui suit, la présente invention est explicitée par un exemple concret de sa réalisation et par les dessins, dont la fig. 1 représente le schéma électrique de principe du mesureur selon l'invention la fig. 2 le diagramme vectoriel des courants et des tensions du mesureur selon l'invention. L'exemple ci-dessous traite d'un mesureur d'inductance et de tangente de l'angle de pertes de l'impédance complexe. Le mesureur de la fig. 1 comporte un générateur de tension sinusordale 1 raccordé au primaire 2 d'un transformateur 3. Tous les enroulements dudit transformateur ont entre eux un couplage inductif fort serré. Le secondaire à prises 4 du transformateur 3, qui constitue l'organe d'équilibrage par inductance du pont, est placé en série avec la sortie d'un amplificateur intégrateur 5 ou d'un autre dispositif similaire servant à déphaser la tension de 90" et dont l'entrée reçoit une partie de la tension du secondaire 4 à travers un transformateur 6 dont le secondaire à prises 7 fait fonction d'organe d'équilibrage par tangente de l'angle de pertes. La somme des tensions de l'enroulement 4 et de l'amplificateur 5, qui représente la tension de compensation, s'applique à travers un modulateur 8 å une inductance à mesurer 9, raccordée au mesureur par lintermédiai- re de bornes 10 et 11.Un autre secondaire 12 du transformateur 3 fournit une tension de référence à une inductance étalon 13. Les courants passant par l'inductance à mesurer 9 et l'inductance étalon 13 sont appliqués à l'entrée d'un détecteur final ou extrémal d'équilibre 14 à travers un comparateur inductif de courants 15 qui est un transformateur de fort courant à couplage serré entre les enroulements. Lesdits enroulements sont branchés de manière que l'entrée du détecteur extrémal d'équilibre 14 soit attaquée par la différence desdits courants. Le détecteur extrémal d'équilibre 14, qui représente un montage classique, comprend un amplificateur de courant alternatif à faible impédan- ce d'entrée, un démodulateur d'amplitude et des circuits logiques destinés à élaborer des ordres d'équilibrage à la réduction de l'amplitude du signal de déséquilibre lors du fonctionnement du modulateur. Ces ordres d'équilibrage à travers les circuits de liaison 16 et 17 viennent agir sur les organes d'équilibrage, enroulements 4 et 7. L'inductance à mesurer 9 est mise en série avec la sortie du modulateur 8. La sortie d'un autre modulateur 18 est raccor dde, soit à travers une résistance 19 à l'un des enroulements du comparateur inductif 15 (comme indiqué à la fig. 1), soit directement à l'entrée du détecteur extrémal d'équilibre 14. Les modulateurs 8 et 18sont d'une même conception : chacun comporte un enroulement de modulation à prise médiane et trois commutateurs dont deux sont connectés aux extrémités de l'enrou lement de modulation et le troisième, à la prise médiane de celui-ci. L'un des commutateurs est toujours ouvert, tandis que les deux autres sont fermés. Suivant le commutateur ouvert, le modulateur présente, à sa sortie, soit un signal nul, soit un signal en phase ou en opposition de phase avec la tension de référence. Au départ, c'est le commutateur lié à la prise médiane de l'enroulement de modulation qui est toujours ouvert, ce qui correspond au signal de modulation nul. La fig. 2 représente le diagramme des courants et des tensions du mesureur décrit, tracé en supposant l'égalité du nombre de spires de tous les enroulements du comparateur de courants 15. Le vecteur U est représentatif de la tension de l'enroule x ment 4 du pont, le vecteur Uy,de la tension à la sortie de l'am- plificateur 5, le vecteur Ux, de la tension de compensation appliquée à l'inductance à mesurer 9. Les vecteurs Io et Ix marquent respectivement les courants à travers les inductances de référence et à mesurer ; le vecteur 10x indique la position du vecteur Ix dans un cas particulier, pour U =0. L'angle ,? est l'angle de phase de l'impédance complexe y à mesurer. Le vecteur t U désigne la tension aux sorties des x modulateurs 8 et 18 en marche ; les vecteurs a IL et t ItgO représentent la modulation à la sortie du pont pendant le fonctionnement des courants des modulateurs 8 et 18 respectivement. Il est évident que le vecteur r IL est toujours parallèle au vecteur I x, et que le vecteur#Itg o est toujours parallèle au vecteur U. et perpendiculaire au vecteur I . Le point C marque la fin du o vecteur T . Les points D1, D2 et D3 représentent trois positions o de départ quelconques de la fin du vecteur Ix, vecteur du cou- rant dans l'inductance à mesurer 9. Les points d'1, d"1, d'2, d"2, d '3' d"3 correspondent aux positions intermédiaires de la fin du vecteur Ix au cours de l'équilibrage du pont. Ainsi qu'il est apparent à la fig. 1, la modification du nombre de spires de l'enroulement 4 fait varier en proportion les tensions U0 et U , de manière que leur rapport reste cons x y tant. Il en résulte que la tension de compensation U ne varie x qu'en module, sa phase étant toujours la même. De ce fait, le courant I ne varie, lui aussi, qu'en module; x les hodographes du vecteur Ix sont constitués alors par les rayons passent par le point 0, origine des vecteurs Io et o Le changement du nombre de spires de l'enroulement 7 modifie seulement la tension U dont l'effet est le changement de phase y de la tension de compensation Ux et, respectivement, celui de phase du courant Ix. Les hodographes du vecteur I sont alors les x x droites orthogonales au vecteur Inox. L'équilibrage du mesureur consiste à faire corncider les points D1 (D2, D3) avec le point C. Le mesureur fonctionne de la façon suivante. Après avoir raccordé l'inductance à mesurer 9 aux bornes 10, 11 et appliqué la tension au générateur 1, on voit apparaître un signal (courant) de déséquilibre à la sortie du pont, c'est-àdire à l'entrée du détecteur extrémal d'équilibre 14. A la fig. 2, l'amplitude de ce courant de déséquilibre, suivant l'état initial des organes d'équilibrage (enroulements 4 et 7) et les valeurs de paramètres mesurés, correspond à la distance, soit entre les points D1 et C, soit entre D2 et C, soit entre D3 et C. Ensuite, on voit commencer l'équilibrage par l'un des paramètres, par exemple par inductance. Le modulateur 8 entre alors en action et le courant qu'il délivre t IL vient s'ajouter à la diffé rence de courants Io et I à la sortie du pont. Cela conduit à o x une modulation d'amplitude peu profonde du courant de déséquilibre. Au moment de la diminution de l'amplitude, le détecteur extrémal d'équilibre 14 produit un ordre qui, par le circuit de liaison 16, attaque l'organe d1équilibrage, enroulement 4.Le nombre de spires de l'enroulement varie de manière que le point D1 (D2, D3) se déplace le long d'un des rayons sortant du point 0 jusqu'à atteindre la perpendiculaire abaissée du point C'sur la ligne vectorielle EXIL, étant donné que seulement dans ce cas le signal de modulation n'aura pas pour effet la réduction d'amplitude du courant à la sortie du pont. Comme l'indique la fig. 2, quelle que soit la position de départ de la fin du vecteur Ix, celle-ci se trouve alors sur la ligne d'1-d'2 passant par point C et constituant l'hodographe du vecteur 1x en dquili- brage du pont par la tangente de l'angle de pertes. Ensuite, le modulateur 8 cesse de fonctionner et le modulateur 18 entre en action pour faire apparaître un courant de modulation b ItgO à la sortie du pont. D'une manière analogue, le détecteur extrémal d'équilibre 14 par le circuit de liaison 17 agit sur l'organe d'équilibrage, l'enroulement 7, ce qui a pour effet le déplacement de la fin du vecteur 1x le long de la ligne d1-d'2 jusqu'à la coincidence avec le point C.Ainsi, la trajectoire de la fin du vecteur Ix est représentée à la fig. 2, soit par la ligne Dl-d'1-C, soit par D2-d'2-C, soit par D3-d' 3-C, etc., en fonction de la position initiale dudit vecteur. Cette trajectoire se com- posant toujours de deux tronçons, il suffit d'ordre un seul réglage par chaque organe d'dquilibrage. Si ltéquilibrage débute par un autre paramètre, cest-i-dire tangente de l'angle de pertes, c'est le modulateur 18 qui est le premier à fonctionner pour produire un courant de modulation SItgg à la sortie du pont. Dans ce cas, le détecteur extrémal d'équilibre 14 sollicite, par le circuit de liaison 17, l'organe d'équilibrage, l'enroulement 7, dont le nombre de spires varie de façon que la fin du vecteur Ix se déplace le long de l'une des lignes orthogonales au vecteur IeX.Le mouvement cesse quand le x vecteur #Itg# devient perpendiculaire à la ligne réunissant les fins des vecteurs 1x et Io, du fait que, dans ce cas seulement, le signal de modulation ne donnera pas lieu à la diminution d'amplitude du courant de déséquilibre. Comme indiqué à la fig. 2, quelle que soit la position initiale de la fin du vecteur Ix, le résultat de ce réglage est qu'elle rejoint la ligne vectorielle Io (du point D1 au point du dupoint D2 au point d'2, du point D3 au point d" et ainsi de suite). Cela étant, le modulateur 18 cesse et le modulateur 8 commence à fonctionner. D'une manière identique, le détecteur extrémal d'équilibre 14 émet un ordre à l'organe d'équilibrage, l'enroulement 4, et par l'effet du réglage dudit organe d'équi- librage, la fin du vecteur I se déplace le long de la ligne x vectorielle I jusqu'd venir en coïncidence avec le point C. o Ainsi, dans ce cas aussi, l'équilibrage complet du pont s'effectue seulement en deux réglages (trajectoires Dl-d"1-C, D2-d"2 C, D-dt3-C, etc.). En autres versions, ledit mesureur peut s'utiliser pour mesurer la résistance active et la tangente de son angle de phase (tg t), la capacité et la tangente de l'angle de ses pertes. Pour pouvoir mesurer la résistance active et la tangente de son angle de phase, le montage, schématisé à la fig. 1, aura une résistance active de référence au lieu de l'inductance de référence 13, une réactance (capacitive ou inductive) au lieu de la résistance 19, le reste du montage n'étant sujet à aucun changement. Les mesures de la capacité et de la tangente de l'angle de pertes avec le montage, schématisé à la fig. 1, nécessiteront le remplacement de l'inductance de référence 13 par le condensateur à mesurer, de l'inductance à mesurer 9 par un condensateur de référence. Pour le reste, le montage ne subit aucun changement. L'avantage de la présente invention consiste dans le fait que le mesureur peut toujours être équilibré en deux réglages seulement. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Mesureur de deux paramètres de l'impédance complexe dont l'un est fondamental, et l'autre auxiliaire, étant traduit par le rapport des composantes active et réactive de l'impédance, qui représente un pont en courant alternatif aux bras de rapport en couplage inductif, dans lequel les courants passant par la résistance à mesurer et celle de référence sont dtls aux tensions appliquées auxdites résistances et dont lJune,invariable, sert de référence et l'autre, réglable en module et en phase au moyen de deux organes d'équilibrage, sert à la compensation, la différence desdits courants étant envoyée sur un détecteur extrémal d'équilibre commandant les organes d'équilibrage, et qui comporte de plus deux modulateurs fonctionnant à tour de rôle et servant à produire les effets modulants (d'essai) sur le signal de déséquilibre permettant de déterminer le sens de réglage du module ou de la phase de la tension de compensation pour réduire au minimum ledit signal de déséquilibre, caractérisé par le fait qu' au moins un des modulateurs (8,18) servant à produire les effets d'essai en équilibrage du pont par un des paramètres est monté de telle manière que le vecteur du courant de modulation qu'il produit à la sortie du pont soit orthogonal au hodographe du vecteur du courant dû à la tension de compensation et parcourant la résistance à mesurer (9) en équilibrage du pont par l'autre paramètre. 2. Mesureur selon la revendication 1, dans lequel le modulateur fonctionnant en équilibrage du pont par le paramètre auxiliaire est placé en série avec l'organe d'équilibrage, réglé lors de cet équilibrage, caractérisé par le fait que la sortie du second modulateur délivrant une tension de modulation, en phase ou en opposition avec celle de référence, est mise en série dans le circuit de la résistance à mesurer. 3. Mesureur selon la revendication 1, dans lequel le modulateur fonctionnant en équilibrage du pont par le paramètre fondamental est monté en série avec l'organe d'équilibrage, régulé lors de cet équilibrage, caractérisé par le fait que la sortie du second modulateur délivrant une tension de modulation, en phase ou en opposition avec celle de référence, est raccordée à travers la résistance à l'entrée du détecteur dw équilibre.