Brevet FR2262309A1 — publié le 19750919

La présente invention, concernant la mesure de variables électriques, est plus spécifiquement relative à des instruments indicateurs ou de mesure, en particulier, mais non exclusivement, du type électrique à gammes multiples. L'invention peut être appliquée à ces instruments permettant une sélection de gamme par commutation, avec ou sans-sélection d'échelle. Habituellement les instruments de mesure multigammes nécessitent des commutateurs électriques pour choisir les shunts, éléments série ou autres modifications des circuits, qui sont nécessaires, en plus de fournir les éléments de circuits eux-memes. L'invention se rapporte à des instruments de ce genre. Dans le passé les commutateurs des instruments multigammes de ce genre ont été généralement du type classique, qui comporte un organe mobile et un organe stationnaire, avec des moyens de commande manuelle. Dans le but de faciliter la fabrication, certains de ces instruments multi-gammes ont utilisé des éléments dé circuits imprimés comme éléments commutés de l'instrument de mesure, tels que les résistances série pour les voltmètres à gammes multiples ou les shunts pour les instruments de mesure de courant à gammes multiples. l'invention est relative à des instruments à gammes multiples et a pour objet de réaliser un instrument à gammes multiples dans lequel on obtient les avantages d'une fabrication en circuits imprimés et en même temps on évite la complexité d'un commutateur classique à voies multiples. L'invention a également pour objet de réaliser un instrument à gammes multiples, qui comporte un organe mobile composite sur lequel des éléments de circuits sont établis par la technique des circuits imprimés, l'élément mobile fournissant également, avec des moyens d'établissement de contact stationnaires, le commutateur à plusieurs voies, et qui inclut en outre un système d'échelles interchangeables, appartenant à chaque gamme d' instrument sélectionnée. Des caractéristiques et objets de l'invention appa battront également d'après la description suivante de certains modes de réalisation, donnée à titre d'exemples non limitatifs, conjointement avec les dessins ci-annexEs sur lesquels la figure 1 est une vue en perspective schématique d'un instrument de mesure électrique multi-gammes, avec une sélection commutée de gamme et d'échelle, le capot étant enlevé ; la figure 2 est une vue en perspective schématique d'un autre instrument de mesure électrique multi-gammes, avec une sélection de gammes par commutation, le capot étant enlevé la figure 3 est une vue schématique fragmentaire en perspective éclatée d'une forme modifiée de tambour de commu tateur et de contact ; matique matique la figure 4 est une vue en perspective éclatée sché-/ d'une autre possibilité de construction du commutateur la figure 5 est une vue en perspective schématique éclatée d'un instrument multi-gammes, et la figure 6 est un schéma des circuits de l'instrument de la figure 5. Le mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 1 constitue un instrument de mesure électrique à gammes multiples en ce qui concerne la mesure de la tension, du courant et des résistances, mais on comprendra qu'on puisse faire d'autres mesures ou combinaisons de mesures. L'instrument comprend une base 10 qui est, de manière habituelle, en matériau isolant moulé, base sur laquelle est monté le moteur, transducteur ou mécanisme moteur qui est représenté, à titre d'exemple, par un équipage mobile 1 à cadre ou d'autre type approprié. L'équipage mobile actionne une aiguille 12. Un instrument multi-gammes du type indiqué exige, pour son fonctionnement, des résistances de chute de tension pour les gammes de tensions, des résistances shunt pour les gammes de courant, une source de tension, des résistances et une résistance variable pour les gammes de résistances et des moyens de commutation pour le choix. On a également besoin d'échelles séparées. On a ainsi réalisé une structure à cylindre tournant qui fournit la sélection de l'échelle, l'actionnement du commutateur et de la résistance variable et le support de certaines au moins des résistances, sinon de leur totalité. Cette structure inclut un cylindre 13 en matériau isolant, avantageusement en céramique, qui est monté sur un arbre 14, sou tenu dans des supports de palier 15, 16 fixés à la base 10 ou en faisant partie. L'aiguille 12 est positionnée de façon à se déplacer au-dessus d'une partie de la surface de cylindre et, dans cette partie, le cylindre porte des échelles telles que 17a, 17b et 17c En faisant tourner le cylindre, l'échelle désirée peut être amenée dans la position la plus haute. Les échelles peuvent autre imprimées directement sur le cylindre ou sur une feuille de matériau qui lui est fixée. La structure du cylindre porte également des éléments de contact qui coopèrent avec des doigts de contact stationnaires, de façon à opérer des commutations lorsque le cylindre tourne. Une combinaison de contacts électriques 18 est disposée autour de la périphérie du cylindre, au voisinage d'une extrémité ; les contacts sont disposés de façon à coopérer avec des doigts élastiques 19 montés dans un support isolant 20 > supporté par la base 10. Les contacts 18 sont avantageuse ment formés directement sur le cylindre isolant 13 et, Si celui-ci est en matériau céramique, comme il est préférable, les contacts peuvent autre obtenus par le procédé dit de la "couche épaisse ou par placage. Le cylindre porte également diverses résistances ces résistances peuvent autre des éléments distincts, ou bien formées directement sur le cylindre, comme on voit en 22, et reliées directement aux contacts appropriés 18. Des connexions entre les contacts 18 peuvent autre également formées directement à la surface du cylindre par le m8me procédé. La résistance variable nécessaire pour la mesure des résistances est fournie par deux autres pistes 23, 24 sur la surface du cylindre, et un organe de contact frotteur 25 à ressort qui est monté de façon tournante sur l'arbre 14. L'organe de contact 25 peut relier ensemble les deux pistes dont-l'une est résistante et l'autre peut être résistante ou conductrice, comme il convient. Une ou plusieurs cellules, nécessaires pour la mesure des résistances, sont montées sur la base en 26 dans un support convenable. Les bornes d'entrée 27 de l'instrument de mesure sont montées dans un bloc isolant 28 sur la base et des connexions 29 en fil ou bande ou des connexions en circuit imprimé sont utilisées pour compléter le circuit de l'instrument de mesure. Ce dernier est pourvu d'un capot convenable, non représenté, qui présente une îenê- tre à travers laquelle on peut voir l'échelle choisie et la désignation de la gammes qu'on voit en 17a, et des boutons de commande de l'arbre 14 et du contact frottant 25.Le bouton de commande de l'arbre 14 peut présenter des indications de gamme, ou bien ces indications peuvent être prévues sur le cylindre, comme on voit en 30a, 30b et 30c, à cEté de l'échelle appropriée. La figure 2 est une variante de la disposition de la figure 1, dans laquelle le cylindre est plus court et porte les résistances de commutation et les pistes résistantes comme sur la figure 1, mais les échelles de gamme 31 sont imprimées sur un plateau à échelles 32, supporté par la base 10 par l'intermédiaire de colonnettes ou saillies 33. La figure 3 représente une autre forme possible pour le cylindre et les contacts de commutation. Le cylindre 35 peut avoir une structure pressée moulée et porte des pistes 36, 37 dont l'une au moins est résistante, sur sa face d'extrémité. Comme pour les pistes 23, 24, les pistes 36, 37 sont en contact avec un frotteur, non représenté sur la figure 3, qui est monté sur l'arbre du cylindre. Le cylindre comporte des fentes 38, qui reçoivent des pièces de contact insérées 39 dont chacune est formée par une couche épaisse comprenant un substrat 40 avec des conducteurs 41 formés par dépttXqui mènent à des contacts de bord 42 à t8te. Les pié- ces insérées sont maintenues dans les fentes par de l'adhésif ou par un moyen mécanique de fixation convenable. Le mouvement relatif désiré du tambour et des contacts peut eAtre obtenu en déplaçant le tambour ou les contacts, ou tous les deux. L'organe commutateur peut être également constitué par une série de disques de la façon représentée sur la figure 4. Trois de ces disques, dont on peut utiliser un nombre convenable quelconque, sont représentés en 45, 46 et 47. Ces disques peuvent être en céramique ou autre matériau isolant et servir de substrats pour des contacts en couche épais se et des dépits résistants en 48 ou 49, de la façon décrite antérieurement, avec des conducteurs menant à des contacts de bord 50. Les contacts conjuguées peuvent être des doigts à ressort, comme sur les figures 1 et 2, ou un circuit imprimé ou un élément semblable, comme on voit sur la figure 3. Les disques peuvent être positionnés angulairement par des trous tels que 51 et une broche de localisation passant à travers les trous. Les disques sont montés sur un arbre approprié et la construction de l'instrument est complétée de manière convenable, par exemple comme dans les modes de réalisation décrits ci-dessus. La figure 5 montre un mode de réalisation pratique d'un instrument de mesure, capable de mesurer des tensions alternatives et continues et des résistances électriques, l'instrument ayant une construction semblable à celle décrite en se référant à la figure I. Le mécanisme -- équipage mobile 11, le cylindre 13 et une batterie sont inclus dans un boîtier isolant moulé qui comprend une base 53 électriquement isolante et un couvercle (non représenté). Le couvercle inclut une fenêtre pour laisser voir, une par une, les échelles imprimées sur le cylindre. Le cylindre est monté de façon à pouvoir tourner et supporté à une extrémité par un prolongement 54 de la base et un prolongement semblable du couvercle. L'autre extrémité du cylindre passe à travers un trou 55 dans le bottier et est équipée d'une pièce 56 formant bouton, permettant de faire tourner le cylindre. Le bouton comporte une bague moletée 57, coopérant avec une lame de ressort métallique 58 sur la base pour positionner le cylindre dans un certain nombre de positions de rotation, de façon que différentes échelles puissent apparattre à la fenêtre. Des circuits électriques sont formés dans la surface du cylindre par la technique des couches épaisses et ils sont reliés chacun à des organes de contact 59 formés à une ex- trémité du cylindre. Les organes 59 sont disposés suivant quatre anneaux coaxiaux parallèles, qui sont en contact avec des portions respectives parallèles de quatre fils métalli ques 60, 61, 62 et 6-3, supportés dans des prolongements rainu- rés 64 et 65 de la base. les fils 60 et 62 sont reliés à la batterie qui est logée dans une enceinte 66 constituée-dans la base et les fils 61 et 63 sont reliés à équipage mobile 11. Dans ce mode de réalisation, le mécanisme à équipage 11 est du type à bobine ou cadre mobile et il est maintenu dans un prolongement cylindrique vertical moulé dans la base 53. Le fil 63 est en contact (et relié de ce fait) avec la partie inférieure de l'équipage mobile en passant par une fente 67 dans le cylindre et le fil 61 est relié à la partie supérieure de l'équipage en s'engageant dans des fentes 68 et 69 en forme de V dans une pièce métallique 70 reliée à l'équipage. Les fils 61 et 63 sont maintenus en place par des prolongements du couvercle qui pousse le fil 61 et le mécanisme à équipage 11 vers la base 53. Des sondes 71 et 72 sont reliées aux fils 60 et 61, lesquels comportent des portions 73 et 74 en forme de U renversé, de façon que les douilles des sondes puissent être insérées à travers des trous du couvercle pour s'embosser sur les portions 73 et 74. Le cylindre 13 inclut une résistance variable comprenant des bandes parallèles 75 et 76 en matériau conducteur et résistant et une bague tournante 77 en matériau isolant et de préférence plastigue, gui comprend une pièce conductrice 78 shuntant les bandes. La bague fait saillie hors d'une fente du couvercle du bottier et la rotation de la bague 77 fournit une commande du réglage de zéro pour la mesure de résistances électriques. La figure 6 montre un exemple des circuits inclus dans la surface de cylindre 13 représentée sur la figure 5. tes circuits comprennent une chaîne de résistances R1-R4 et R6 qui sont reliées sélectivement en série avec l'équipage mobile 11 par l'Stermédiaire des borneg.59Pour permettre la mesure des tensions alternatives, deux diodes D1 et D2 et des résistances R5 sont reliées aux bornes 59a et 59b, de façon que lorsque les connexions sont établies avec les fils 61 et 63, une tension redressée d'une alternance soit appliquée à l'équipage mobile 11 à partir des sondes 71 et 72. On obtient deux gammes de mesure des résistances par les bornes 59c et 59d, la résistance R7 complétant le circuit par l'intermédiaire des bornes 59d les plus sensibles. La bande résistante 75 et la bande conductrice 76 coopèrent avec la bague 77 pour fournir la commande du réglage de zéro pour la mesure de la résistance. Des échelles de tension et de résistances pour une gamme sélectionnée sont impriméas ou peintes sur la surface du cylindre 13 parallèlement à son axe et diamétralement à 1'op- posé des bornes 59 correspondant à la gamme sélectionnée. ainsi, lorsqu'un åeu de contacts est relié à l'équipage mobile 11, la gamme appropriée apparat dans la fenêtre du capot Les instruments décrits ci-dessus peuvent autre fabriqués plus facilement qu'un instrument assemblé de manière classique et fonctionnent de façon -;--- sûre avec un long usage REVENDICBIONS 1. Instrument électrique à gammes multiples comprenant un mécanisme mobile adapté à fournir une mesure d'un signal électrique, des moyens adaptés à appliquer un signal électrique audit mécanisme, un ensemble à circuits imprimés incluant une multiplicité de circuits de commande électriques pour régler la sensibilité de l'instrument, caractérisé en ce qu'il comprend des organes de contact inclus dans ledit ensemble de circuits imprimés et un système de contacts électriques adapté à établir une connexion électrique avec lesdits organes de contact, ledit ensemble à circuits imprimés étant déplaçable par rapport audit système de contacts électriques, de façon à relier sélectivement lesdits circuits au mécanis- me. 2. Instrument selon revendication 1, caractérisé en ce que ledit système de circuits imprimés comprend un organe cylindrique, incluant des circuits imprimés qui sont formés dans cet organe et reliés électriquement à des bornes sur sa surface, ledit organe cylindrique pouvant tourner autour d'un axe dans une multiplicité de positions. 3. Instrument selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit système de circuits imprimés inclut une multiplicité de différentes échelles pour des gammes de sensibilité différentes correspondantes de l'instrument. 4. Instrument selon revendication 2, caractérisé en ce que lesdites bornes sont disposées suivant des bandes circulaires dans la surface dudit organe cylindrique. 5. Instrument selon revendication 4, caractérisé en ce que ledit système de contacts électriques comprend une multiplicité d' éléments allongés, électriquement conducteurs, dont chacun est adapté à entrer en contact avec une portion desdites bandes. 6. Instrument selon revendication 2, caractérisé en ce que ledit organe cylindrique comprend des pièces cérani- que s discoidales en sandwich, dont chacune comprend un circuit imprimé formé dans sa surface. 7. Instrument selon revendication 1, caractérisé en ce que ledit système de circuits imprimés inclut une bande allongée en matériau électriquement résistant, une bande allongée adjacente en matériau électriquement conducteur et un dispositif de shunt pouvant coulisser le long desdites bandes de façon à produire entre elles une connexion électrique. 8. Instrument selon revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'entrée de l'instrument sont adaptés à relier des sondes audit système de contacts.