Brevet FR2175640A1 — publié le 19731026

La présente invention concerne les produits-électrotechniques et plus précisément les fils électriques et l'élément sensible d'un appareil électrique de mesure réalisé avec ce fil. On connaît bien les fils électriques, surtout pour la construction des éléments sensibles d'appareils électriques de mesure, qui possèdent une âmte conductrice en métal à susceptibilité paramagnétique. Parmi ces fils électriques, on connaît plus particulièrement des fils en aluminium avec un recouvrement isolant en vernis de polyvinylacétate, polytéréphtalate d'éthylène et polyamides. L'inconvénient de ces fils électriques réside dans la présence dtimpuretés paramagnétiques et ferromagnétiques, ce qui ne permet pas d'obtenir une haute précision et une bonne sensibilité des appareils de mesure avec des éléments sensibles réalisés avec lesdits fils On connait également des fils électriques en cuivre extrapur, comportant une quantité infime d'impuretés paramagnétiques et ferromagnétiques. L'inconvénient de ces fils réside dans leur forte masse et leur prix élevé. Par ailleurs à cause de sa faible résistance à la rupture, la réalisation d'un fil fin en cuivre est une opération technologique particulièrement compliquée. Par ailleurs, il n'existe point de matériaux conducteurs légers avec une susceptibilité magnétique pouvant assurer les qualités requises aux fils électriques prévus pour la préparation des éléments sensibles des appareils électrique-s de mesure. La présente invention a pour but de créer un fil électrique possédant une masse minimale et une susceptibilité magnétique assignée ou de valeur presque nulle. Le problème posé est résolu par le fait que, dans un fil électrique à âe en métal à susceptibSité paramagnétique selon l'invention, le fil comporte sur toute sa longueur au moins une couche de matériau à perméabilité diamagnétique, disposée,par rapport à l'amie conductrice,de manière que sa susceptibilité diamagnétique compense la susceptibllité-paramagnétique de l'amie conductrice. Il parait avantageux de prévoir une réalisation du fil électrique grâce à laquelle on peut compenser la susceptibilité paramagnétique de l'amie conductrice en choisissant la valeur de la susceptibilité diamatnétique et le volume de chaque couche, en partant de la relation suivante ou aR V est le produit de la susceptibilité magnétique par le volume de l'âme conductrice #i Vi le produit de la susceptibilité magnétique par le volume de la couche Il parait également avantageux de réaliser le fil électrique de manière que la couche de matériau à susceptibilité diamagnétique entoure l'âme conductrice. I1 est également utile de réaliser le fil électrique de manière que la couche du matériau à susceptibilité diamagnétique soit disposée à l'intérieur de l'âme conductrice. Il parait également avantageux de réaliser le fil électrique de manière que la couche de matériau à susceptibilité magndi- que et l'amie conductrice soient coaxiales. Il est également préférable de réaliser le fil électrique en utilisant, en qualité de matériau à susceptibilité diamagnétique, le vernis polyuréthane et, en qualité de métal à susceptibilité paramagnétique, l'aluminium à susceptibilité paramagnétique spécifique ne dépassant pas 0,6.10-6. Il est également avantageux de réaliser le fil électrique avec du vernis polyuréthane, comportant du monophényluréthane et du formal-polyvinylique dans le rapport de 1:1,5 Il parait également utile de réaliser le fil électrique avec du bismuth en qualité de matériau à susceptibilité diamagnétique. Il parait utile de prévoir une réalisation du fil électrique, dans laquelle l'amie conductrice en aluminium possède, sur toute sa longueur, deux couches de matériau à susceptibilité diamagnétique, dont la première, à laquelle- adhère l'amie conductrice , est réalisée en zinc et la seconde en bismuth I1 parait préférable de réaliser le fil électriqué en utilisant, en qualité de matériau à susceptibilité diamagnétique, une variété de carbone. I1 parait intéressant de construite, avec le fil électrique proposé, l'élément sensible d'un appareil électrique de mesure réalisé en forme de cadre. Le fil électrique proposé est prévu principalement pour la réalisation de l'élément sensible des appareils électriques de mesure et permet de réduire la masse des éléments sensibles et d'exclure complètement l'apparition d'un couple moteur parasite de l'élément sensible dû à l'interaction entre le fil et le champ magnétique de l'appareil électrique de mesure. Par ailleurs, on améliore ainsi la précision et la sensibilité de l'appareil, on élimine la dérive du zéro, on assure l'uniformité de l'échelle de l'appareil, on augmente sensiblement la période des oscillations propres de l'appareil et on élargit la gamme des fréquences. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins donnés en annexe qui représentent la fig. I l'image du fil électrique faisant l'objet de la présente demande de brevet (section transversale) la fig. 2 une variante de la fig. 1, avec une couche de bismuth entourant le fil (section transversale) la fig. 3 le fil électrique proposé avec une âme conductrice assemblée en brins séparés recouverts d'une couche de bismuth (section transversale) la fig. 4 le fil électrique proposé avec une couche de bismuth à l'intérieur de l'amie conductrice, sur son axe (section transversale) la fig. 5 une variante de la fig. 4, avec une couche de zinc et de bismuth entourant successivement l'amie conductrice (section transversale) ; la fig. 6 une variante de la fig. 4, avec une couche de carbone entourant l'amie conductrice (section transversale) la fig. 7 un fil électrique méplat selon l'invention, avec une couche de bismuth entourant l'âme conductrice la fig. 8 le cadre de l'appareil de mesure électrique réalisé avec le fil électrique selon l'invention, placé entre les pôles d'un aimant Le fil électrique selon les fig. 1 et 2 et 4 à 7 se compose d'une âme conductrice 1 en métal à susceptibilité paramagnétique. Le fil possède, sur toute sa longueur, au moins une couche de matériau à susceptibilité diamagnétique. Pour compenser la susceptibilité paramagnétique de l'amie conductrice 1, on choisit la valeur de la susceptibilité diamagnétique et le volume de chaque couche en se basant sur la rela tion suivante où 2 V- est le produit de la susceptibilité magnétique par le volume de l'âme conductrice XiVi - le produit de la susceptibilité magnétique par le volume de la couche Le fil électrique selon l'invention, représenté à la fig. 1, possède une âme conductrice ronde 1 en aluminium à susceptibilité paramagnétique spécifique ne dépassant pas 0,10'6, Sur toute la longueur de l'arme 1 est portée de façon uniforme une couche de vernis isolant 2 en polyuréthane à susceptibilité diamagnétique comportant du monophényluréthane et du formol polyvinylique en rapport pondéral de 1:1,5. Les âmes, sur lesquelles le vernis est apporté à l'aide de filières, sont chauffées jusqu'à 1800C pour former un polymère linéaire. On choisit le volume de la couche diamagnétique de vernis 2 en tenant compte de la relation susindiquée pour compenser la susceptibilité diamagnétique de l'amie conductrice 1 en aluminium. Le fil électrique représenté à la fig. 2 a une âme conductrice ronde 1, en fil de cuivre à susceptibilité paramagnétique. Sur l'amie 1 est apportée, par galvanisation, une couche 3 uniforme, sur toute sa longueur, en bismuth à partir d'un électrolyte ayant la composition suivante bismuthate de sodium 32 g/l acide chlorhydrique 130 gil colle animale 1,8 go . Par dessus la couche de bismuth, on apporte, au moyen de calibres, une couche 2 de vernis isolant à base de téréphtalatede polyéthylène. Pour obtenir le fil électrique souple représente ê la fig. 3, on procède à l'assemblage de l'amie conductrice 4 avec des fils en cuivre séparés à susceptibilité paramagnétique, recouverts au préalable par galvanisation d'une couche 3 de bismuth obtenue à partir de la composition électrolytique indiquée. Après l'assemblage des fils, on soumet le toron obtenu à un tréfilage à froid avec un taux de compression radiale atteignant 30 % et on le recouvre d'une couche isolante 5 en soie naturelle. Le fil électrique représenté sur la fig. 4 se compose d'une âme conductrice creuse 1 en alliage d'aluminium avec du silicium, à teneur en silicium de I %. Sur toute sa longueur l'amie conductrice 1 comporte axialement, à l'intérieur, une couche 6 de bismuth, à section circulaire. Le procédé est réalisé de la façon suivante. On coule le bismuth fondu à l'intérieur de l'amie conductrice vide, chauffée jusqu'à 1200C, puis on la refroidit. Ensuite, l'ébauche est soumise au tréfilage à froid jusqu'à un diamètre de 0,05 mm et puis elle est recouverte, de la façon indiquée, d'une couche 2 de vernis isolant à base de polyvinylacétal. On peut prévoir (fig. 5) une variante de réalisation du fil électrique dans laquelle l'âme conductrice en aluminium possède sur toute sa longueur deux couches de matériau à susceptibilité diamagnétique. L'âme conductrice 1 adhère directement à la couche 7 de zinc portant une couche 8 de bismuth. Au point de vue technologique ceci est réalisé de la façon suivante : sur l'amie 1 en aluminium est appliquée la couche de zinc 7 selon un procédé de galvanisation à partir d'un électrolyte ayant la composition suivante oxyde de zinc 40 g/l soude caustique 70 g/l cyanure de sodium 75 g/l Sur la couche 7 de zinc est apportée une couche de bismuth 8 selon un procédé galvanique, à partir d'un électrolyte ayant la composition suivante chlorure de bismuth 100 g/l chlorure de sodium 18 g/l acide chlorhydrique 210 gZl Sur la couche de bismuth 8 est apportée, selon le procédé indiqué une couche 2 de vernis isolant à base de polyvinylacétal.Le fil électrique à rigidité diélectrique élevée, représenté à la fig. 6, a une âme conductrice en cuivre 1 sur laquelle est portée sur toute sa longueur une couche de carbone 9. La couche de carbone 9 est appliquée de la façon suivante. Sur l'amie conductrice 1 est apportée, à l'aide de filières, une couche de vernis isolant à base de polyvinylacétal qui est ensuite chauffée jusqu'à 400-C pour que se forme une couche de carbone. Par dessus la couche de carbone 9, ainsi obtenue, on apporte une couche 2 de vernis isolant à base de polyvinylacétal. Pour obtenir le fil électrique méplat représenté à la fig. 7, on applique, par vaporisation sous vide, sur l'amie conductrice 1 en aluminium, initialement ronde, une couche uniforme 3 de bismuth sur toute sa longueur. Puis on lamine l'ébauche ronde pour obtenir une forme méplat. Dans tous les modes de réalisation concrets du fil électrique, lorsqu'on détermine le volume du matériau à susceptibilité diamagnétique, on tient compte de la susceptibilité magnétique de la couche isolante Avec un fil électrique réalisé selon n'importe laquelle des constructions indiquées, on prépare le cadre mobile 10 (fig. 8) d'un appareil électrique de mesure. Le fil est enroulé sur un mandrin démontable et imprégné d'une solution à 20 % de vernis de "bakélite" dans de l'alcool éthylique, puis s'chié à une température de 1700C . Dans l'appareil de mesure électrique, le cadre prêt est installé, dans l'entrefer compris entre les pôles d'un aimant et autour d'un noyau 11, au moyen d'un dispositif de suspension. On obtient la haute sensibilité des appareils électriques de mesure par exemple des galvanomètres à miroir, à système électromagnétique en faisant croître l'induction magnétique dans l'entrefer indiqué et en diminuant le couple antagoniste de l'élément sensible, réalisé en forme de cadre mobile. La sensibilité du galvanomètre à miroir et d'autres appareils électriques de mesure dépend également du couple moteur parasite supplémentaire du cadre mobile, qui survient par suite de l'interaction du champ magnétique et du cadre. La valeur du couple dépend de la susceptibilité magnétique du fil électrique avec lequel est réalisé le cadre mobile. L'apparition d'un couple moteur parasite provoque également la dérive du zéro et l'inégalité de l'échelle de l'appareil de mesure. Le fil électrique proposé permet d'obtenir un cadre mobile avec un couple moteur parasite minimal. Le champ magnétique d'intensité H, en agissant sur le cadre mobile, provoque un couple moteur parasite P . t0 VoXH29 , , (I) où Cf - est l'angle entre la direction des lignes de force ma gnétiques et le plan du cadre V - le volume de l'amie conductrice , du recouvrement isolant o et du vernis d'imprégnation - la susceptibilité magnétique de l'âme conductrice, du recouvrement isolant et du vernis d'imprégnation En cas d'absence d'un couple moteur parasite, il faut réaliser l'équation #o . V0 . H.# = O (II) (#V + #1V1 + #2V2) H.# = O où # .V - est le produit de la susceptibilité magnétique par le volume de l'âme conductrice #1V1 - le produit de la susceptibilité magnétique par le volume du recouvrement isolant t2V2 - le produit de la susceptibilité magnétique par le volume du vernis d'imprégnation L'expression (II) permet de trouver la condition nécessaire pour la construction d'un fil électrique avec une susceptibilité magnétique proche de zéro - - étant le produit de la susceptibilité magnétique par le volume de l'âme conductrice tiVi - le produit de la susceptibilité magnétique par le volume des recouvrements ou des couches isolantes i - le numéro d'ordre du recouvrement ou de la couche isolante La réalisation du fil électrique selon l'expression (III) assure l'absence du couple moteur parasite P du cadre mobile réalisé avec le fil proposé. Le fil électrique proposé est utilisé surtout pour la construction des éléments sensibles d'appareils électriques de mesure, permet d'éliminer la dérive du zéro de l'appareil, assure l'uniformité de son échelle, augmente la période des oscillations propres de l'appareil de mesure et élargit la gamme des fréquences REVENDICATIONS 1. Fil électrique avec une âme conductrice en métal à susceptibilité paramagnétique, caractérisé par le fait que le fil possède, sur toute sa longueur, au moins une couche de matériau à susceptibilité diamagnétique, disposée par rapport à l'âme conductrice de manière que sa susceptibilité diamagnétique compense la susceptibilité paramagnétique de l'amie conductrice. 2. Fil électrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que pour la compensation de la susceptibilité paramagnétique de l'amie conductrice, la valeur de la susceptibilité diamagnétique et le volume de chaque couche sont choisis en respectant la relation suivante où #,V - est le produit de la susceptibilité magnétique par le volume de l'âme conductrice - le produit de la susceptibilité magnétique par le vo il lume de la couche. 3. Fil électrique selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la couche de matériau à susceptibilité diamagnétique entoure l'amie conductrice. 4. Fil électrique selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la couche de matériau à susceptibilité diamagnétique se trouve à l'intérieur de l'amie conductrice. 5. Fil électrique selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la couche de matériau à susceptibilité diama gntiqU-e at l'amie gonductrice sont disposées coaxialment - 6. Fil électrique selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'en qualité de matériau à susceptibilité diamagnétique, on utilise du vernis polyuréthane et, en qualité de métal à susceptibilité paramagnétique, on utilise alors de l'aluminium à susceptibilité paramagnétique spécifique ne dépassant pas 0,6.10-6. 7. Fil électrique selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le vernis polyuréthane contient du monophényluréthane et du formal polyvinylique en rapport de 1:1,5 8. Fil électrique selon lune quelconque des revendications 3, 4 et 5, caractérisé par le fait qu'en qualité de matériau à susceptibilité diamagnétique on utilise du bismuth 9. Fil électrique selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'âme conductrice en aluminium possède, sur toute sa longueur, deux couches de matériaux à susceptibilité diamagnétique, dont la première, adhérant directement à l'âme conductrice, est en zinc, et la seconde en bismuth. 10. Fil électrique selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'en qualité de matériau à susceptibilité diamagnétique, on utilise une variété de carbone. 11. Elément sensible d'un appareil électrique de mesure en forme de cadre mobile, caractérisé par le fait qu'il est réalisé en fil électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes.