Brevet FR2251823A1 — publié le 19750613

La présente invention concerne un appareil de mesure électrique destiné à la mesure de signaux tels que tensions, courants, etc... Ces signaux, fixes ou variables peuvent être engendrés par des sondes ou détecteurs utilisés dans de nombreux secteurs de métrologie : Mesures de températures, de vitesses de mobiles, de résistances mécaniques, de viscosités, de déformations, de signaux en électricité et électronique, etc:.. L'appareil de l'invention comprend un indicateur de mesure et un amplificateur différentiel recevant, d'une part, le signal à mesurer et, d'autre part, une tension de référence variable par l'entremise d'un potentiomètre dont le curseur est entrai- né par un moteur électrique alimenté par la sortie dudit ampli, le tout agencé pour que, lors de la mesure, ledit moteur fasse tourner ledit curseur jusqu a ce que la tension variable devienne égale au signal à mesurer, la grandeur de celui-ci apparaissant alors sur ledit indicateur. L'indicateur des appareils usuels du type décrit cidessus, comporte un organe d'affichage, par exemple, une aiguille solidaire du curseur du potentiomètre se déplaçant en regard de l'échelle graduée d'un cadran concentrique à l'axe de celui-ci. La précision d'un tel indicateur est fonction de la qualité du potentiomètre utilise, c' est-à-dire de ses caracteristiques de construction et de la linéarité de sa résistance. Cependant, dans la pratique, ra précision de la mesure effectuée avec un tel appareil dé 'endra-également des moyens de lecture utilises, c'est-à-dire du cadran de l'indicateur, du nombre de subdivisions de l'échelle gra duée, de la forme de l'aiguille mobile, etc...De plus, si la lecture doit être faite par un observateur situé assez loin de l'appa- reil, des problemes d'optique pourront intervenir, tels que, par exemple, des difficultés de lecture dues à la distance, l'erreur de parallaxe, etc... En outre, la rapidité de la lecture peut jouer un rôle important.Par exemple, dans le domaine du nautisme, un navigateur doit pouvoir observer, pratiquement simultanément, plusieurs instruments lui fournissant les paramètres de navigation dont il a besoin,par exemple, vitesse du vent, vitesse de l'embarcation, dérive, cap, accélération, distance parcourue, etc.. En conséquence, en géneral, il lui faudra choisir un compromis entre un instrument de mesure donnant une lecture précise et fine (échec le de mesure présentant des graduations détaillées) mais difficile à lire rapidement et de loin, et un instrument gradué grossièrement, facile à lire mais ne donnant que des indications approximatives. L'appareil de mesure de la présente invention remedie à ces inconvenients. I1 est caractérisé par le'fait qu'il comporte au moins deux organes d'affichage et de lecture, un premier don- nant une mesure approximative du signal à mesurer (un ordre de grandeur) et un second, entraîné par le moteur actionnant le curseur du potentiomètre, permettant une lecture fine dans une plage de mesure située à proximité immédiate de la première mesure grossière, grâce à l'intenvention d'un dispositif de démultiplication dont le rapport détermine son mouvement relativement au premier organe, c'est-à-dire que le tout est agencé de façon que lorsque le second organe d'affichage balaye la totalité de sa plage de mesure, le premier organe ne parcourt qu'une fraction de la gamme de mesure correspondante. I1 est évident qu'on pourrait, pour réaliser le pré- sent appareil, modifier les appareils existant en intercalant ledit dispositif de démultiplication entre le curseur du potentiomètre et le deuxième organe d'affichage, de façon, par exemple, qu'à un tour dudit curseur corresponde plusieurs tours d'un composant mobile dudit second organe. Cependant, cette solution ne serait pas avantageuse car les erreurs d'affichage dues aux défauts éventuels du potentiomètre lui-même seraient alors amplifiées proportionnellement au taux de multiplication de son déplacement. Les indications du second organe de lecture seraient alors trop imprécises pour être utiles. On aura donc avantage, pour la réalisation du présent appareil à interposer ledit dispositif de démultiplication entre le curseur du potentiomètre et le moteur électrique d'entraînement et à relier le deuxième organe d'affichage directement à celui-ci. De cette manière, la totalité du mouvement dudit moteur pour entraîner ledit curseur du début à la fin de sa course étant parfaitement connue, on pourra calibrer l'organe de lecture qui lui est relié, en fonction de ce mouvement et de manière très prise. De manière pratique, ce dispositif de démultiplication peut être constitué par un engrenage intercalé entre l'axe du cur seur et l'axe de prise de force du moteur Cou, dans certains cas, l'axe du rotor du moteur lui-même), ou par tout autre moyen prati que de liaison mecanique, poulie, bras, etc... Le second organe de lecture peut alors-être constitué d'une aiguille mobile, solidaire dudit axe, tournant en regard d'un cadran circulaire. Le tout pour ra être agencé pour que lorsque le premier organe d'affichage ba laye la totalite de son aire de mesure, l'aiguille du second orga ne accomplisse un nombre de déplacements correspondants (par exem ple de révolutions) plus grand que I (par exemple compris entre 2 et 100). Le dessin en annexe illustre, à titre d'Exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention. La Fig. 1 représente1 sous forme d'un schéma conven tionnel, un appareil de mesure utilise dans le domaine de la navi galion. La Fig. 2 represente schematiquement, en perspective, un détail de construction dudit appareil. L'appareil représenté est destiné à mesurer certains paramètres utiles dans le domaine de la navigation, l'un d'entre eux etant par exemple, la vitesse d'un bateau. I1 est donc relié à un détecteur de ce paramètre et reçoit des signaux électriques, sous forme, par exemple, de tensions variables que'il est chargé de mesurer. Le détecteur employé conjointement au présent appareil étant d'un type usuel, il n'a pas été représenté au dessin et n' est pas décrit ici. Le présent appareil comprend un amplificateur diffé rentiel 1 auquel parvient, par l'une de ses entrées 2, le signal à -mesurer et un potentiomètre linéaire 3 dont le curseur 4 est relié électriquement à la seconde entrée 5 de l'ampli 1, de maniere à fournir à celui-ci une tension de référence variable selon une fonction linéaire. Dans des cas spéciaux, la résistance dudit po tentiomètre pourrait ne pas être linéaire mais suivre une fonction quelconque, logarithmique, exponentielle, etc.. La résistance potentiomètre est reliee à une source de tension de reference 6, que comprend l'appareil, par l'intermédiaire d'une résistance de tarage 7. L'appareil comprend encore un premier organe d'affichage 8 constitué par un galvanomètre à cadre mobile relié a 1' entrée 2 de l'amplificateur 1. Le cadran de ce galvanomètre, gra dué en noeuds, permet de.lire-approximativement, c'est- -dire le premier chiffre significatif, du paramètre cherché, c'est-à-dire, dans ce cas, la vitesse de l'embarcation. Le présent appareil comprend encore un moteur électrique 9 entraînant, gracie aux pignons 10 et il solidaires respecti- vement de l'arbre 12 du moteur et de celui, 13, du potentiomètre, le curseur 4 de celui-ci. Une aiguille 14, fixée a l'arbre 12 du moteur, se déplace en regard d'un cadran 15, cet ensemble constituant un second-organe d'affichage dont les indications sont fonction du rapport n de deultiplication des pignons 10 et 11. Ce rapport peut être quelconque, par exemple compris entre 2 et 100. Dans le présent Exemple, le cadran de l'organe 8 est divisé en 12 noeuds et n vaut 12. En d'autres termes, si le pignon 10 a neuf dents, le pignon li en aura 108 et pour chaque déplacement de 1' aiguille du galvanomètre 8 d'une division, l'aiguille 14 du second organe de lecture accomplit un tour du cadran 15.L'échelle de celui-ci, étalee sur 3600, peut être quelconque ; pour une bonne lecture elle est, dans ce cas, de dix et permet de lire la décimale de la grandeur du signal mesurer. I1 est à noter ici, que la résistance 3 du present potentiomètre occupe une plage utile de 3600. Tl est évident quion pourrait utiliser également des potentiomètres de construction plus traditionnelle dont la résistance est bobinée sur un arc inférieur à 3600, par exemple 3200. Dans un tel cas, il faudrait, pour obtenir des effets similaires à ceux décrits ci-dessus, utiliser un rapport de démultiplication d'environ 10-12% supérieur. La tension fournie par la source 6 doit, bien entendu, être constante ; celle-ci peut être une source du type usuel, par exemple une pile ou un accumulateur rechargeable. Comme sources de tension stables, on peut citer la pile au fig et l'accu au Cd-Ni. Tous les éléments du présent appareil sont des composants connus de l'homme de métier et disponibles dans le commerce. Par exemple, l'ampli 1 peut' être réalise grâce à l'élément type CA-3078 (Radio Corporation of America) De même, le galvanomètre 8 peut être quelconque, à condition, bien entendu, que sa sensibilité soit telle que sa déviation totale coïncide avec la tension de référence disponible lorsque le curseur 4 arrive en fin de course (et compte tenu du réglage du tarage 7). Lorsqu'on effectue une mesure, on applique le signal à mesurer à l'entrée 2 de l'ampli differentiel 1. Le galvanomètre donne alors l'ordre de grandeur de ce signal tandis que le moteur 9 fait tourner le curseur 4 jusqu'à ce que la tension de référence appliquée en 5 soit egale audit signal ; l'aiguille 14, entrainée simultanément, donne alors, sur le cadran 15, le deuxième chiffre significatif de la mesure désirée. En variante, le présent appareil pourrait comporter un indicateur à cadran unique muni de deux aiguilles. Dans un tel cas, le galvanomètre pourrait être omis et l'aiguille de l'organe de lecture grossière rendue solidaire de l'axe 13 du curseur 4. L'engrenage de démultiplication pourrait être alors semblable à ceux, utilisés dans l'horlogerie, pour démultiplier le mouvement de l'aiguille des heures relativement à celui de l'aiguille des minutes. Les axes de ces aiguilles seraient alors concentriques. Dans un tel cas toujours, on pourrait n'utiliser qu'une échelle de mesure unique, par exemple à n divisions (n étant, par exemple, 10) et les aiguilles1 réalisées de manière bien distinctes l'une de 'autre, indiquant l'une les noeuds jusqu'à 10 et l'autre les dixièmes de noeuds. On remarquera que les organes de lecture du présent appareil pourraient fonctionner autrement qu'avec des aiguilles se déplaçant sur des cadrans. On pourrait avoir, en lieu et place, par exemple, des organes d'affichage à guichets ou des organes electroniques à chiffres lumineux (diodes électroluminescentes, cristaux liquides, etc...). D'autre part, on notera que le présent appareil pourrait être utilisé dans d'autres secteurs que celui du nautisme. En fait, il pourrait être utilisé dans tous les secteurs de la métrologie où la lecture de la grandeur d'un signal électrique doit être faite rapidement et avec précision. REVENDICATIONS 1. Appareil de mesure électrique comprenant un indicateur de mesure, un ampli différentiel recevant, d'une part, le signal à mesurer et, d'autre part, une tesnion de référence variable par l'entremise d'un potentiomètre dont le curseur est entraîné par un moteur électrique alimenté par la sortie dudit ampli, le tout agencé pour que, lors de la mesure, ledit moteur fasse tourner ledit curseur jusqu ' à ce que la tension variable devienne égaleau signal à mesurer, la grandeur de celui-ci étant alors lisilie sur ledit indicateur, caractérisé en ce que celui-ci comporte au moins deux organes d'arfichage, le premier pour une lecture de l'ordre de grandeur approximatif du signal à mesurer et un second, entraîné par ledit moteur, permettant une lecture fine grâce à l'intervention d'un dispositif de démultiplication dont le rapport détermine son mouvement relativement au premier organe d'affichage, le tout étant agencé de façon que lorsque le second organe d'affichage balaye la totalité de sa plage de mesure, le premier organe ne parcourt qu'une fraction de la gamme de mesure correspondante. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dit dispositif de démultiplication est interposé entre le curseur du potentiomètre et le moteur électrique le mettant en mouvement, le deuxième organe d'affichage étant relié directement à celui-ci. 3. Appareil selon revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ce dispositif de démultiplication est constitué par un engrenage intercalé entre le curseur et l'axe de prise de force du moteur et que le second organe de lecture est constitué par une aiguille solidaire dudit axe se déplaçant en regard d'un cadran circulaire, le tout étant agencé de façon que lorsque le premier organe de lecture balaye la totalité de son aire de mesure, l'aiguille du second organe accomplisse un nombre entier de déplacements cor respondants plus grand que 1. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications i à 3, caractérisé en ce que le premier organe de lecture de l'indicateur est constitué par un galvanomètre à cadre mobile auquel on applique le signal à mesurer. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce que l'indicateur est agencé pour qu'un déplacement de l'aiguille du galvanomètre d'une division de son échelle corresponde à un tour de cadran de l'aiguille du second organe de lecture. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'indicateur comporte un cadran unique, que le premier organe d'affichage est constitué par une première aiguille solidaire du curseur du potentiomètre, l'axe de l'ai guille du second organe étant concentrique avec celui dette première aiguille. 7. Appareil selon les revendications 1 et 6, caractérisé en ce que le cadran comporte n divisions, le rapport de démultiplica- -tion entre le mouvement du curseur et celui du moteur vaut net n est un nombre entier de 2 à 100. 8. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'. il constitue un appareil pour la détermination de la vitesse d'une embarcation.