Brevet FR2377118A1 — publié le 19780804

Le secteur technique de l'invention est celui des agencements considérés comme des résistances, que ce soit dans le domaine électrique ou dans le domaine mécanique. I1 est parfois souhaitable de disposer ae résistances dites négatives. I1 s'agit le plus souvent de compenser un effet d'amortissement en vue de produire des oscillations éleetriques ou mécaniques auto-entretenues. De telles résistances négatives sont des agencements non indépendants, toujours prévues avec le système auquel elles sont associées, sans constituer un dispositif autonome, pratique, simple, susceptible de calibrage, comme le sont par exemple les résistances électriques positives groupées en bottes de résistances. Le but de l'invention est de réaliser de telles résistances négatives, intéressantes chaque fois qu'il est question d'une introduction dans un système encore en cours d'étude, d'une présentation pédagogique de systèiesoscillants, et plus géntrale- ment de réduction dans une proportion déterminée, d'amortissements, de constantes de temps, d'impédances d'entrée ou de sortie et autres. Elle concerne à cet effet une résistance négative, notamment électrique ou dynamique caractérisée par le fait qu'elle comprend, sur une ligne, un convertisseur tensionJeourant où vitesse/force, d'action orientée, de réponse linéaire, ou sont conjugués un détecteur interposé sur ladite ligne et mesurant la valeur de ladite tension ou vitesse, une liaison de transmission de la mesure 9 un amplificateur alimentant ladite ligne d'un surcrott de courant ou force ainsi déterminé. Par ligne on entend 4videsment, dans le cas de 1'8ne gie électrique, un conducteur et, dans le cas dynamique, un lien tel qu'une courroie ou unie barre. I1 est ainsi permis de disposer de résistances négative ves, calibrées, indépendantes, aisément applicables à tout système donné, comme le sont les éléments dune botte de résistances classiques positives. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé représentent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes d'exéoutions de l'invention dans le domaine électrique et dans le domaine mécanique, permettra de bien comprendre comment peut s'en faire la mise enratique. La figure 1 montre un premier schéma électrique de principe de résistance négative. La figure 2 en montre une variante plus détaillée. La figure 3 montre un schéma de réalisation dans le domaine de la mécanique. La figure 4 en montre une variante en perspective. La figure 5 montre une variante applicable dans un système vibrant. La figure 6 montre une variante dans son application aux écoulements de fluides visqueux, Dans le cas du schéma de la figure 1, on rencontre, entre deux bornes I et 2, ctté de la borne 1, une résistance r, en amont et aval de laquelle sont réunies les bornes d'entrée 3 et 4 d'un amplificateur 5, le ctté de la borne 2 étant constitué. par une liaison directe de la borne de sortie 6 d'amplificateur 5 à ladite borne 2. Pour obtenir une tension qui soit opposée par le signe négatif au produit de la résistance ohmique par l'intensité du courant paissant, la résistance étant positive, il faut qonsidérer le système comme composé d'un détecteur associé à l'amplificateur en vue de faire fournir par ce dernier sur la ligne de Jonction des bornes 1 et 2 > -- une tension électrique proportionnelle au courant passant et de signe convenable. La résistance r, de valeur petite, négligeable en ots de besoin, ne produit pratiquement pas de chute de tension et agit comme détecteur de courant électrique, transmettant ses in- formations ou mesures aux bornes 3, 4 de l'amplificateur 5, lequel génère ainsi une tension électrique proportionnelle au courant en cause, et de sens voulu. La figure 2 montre un exemple simple d'exécution d'un tel système. Entre les bornes 7 et 8 d'une ligne électrique sont disposées trois résistances rl, r2 et r3 en sériez en amont de la première résistance rl est branchée une borne entrée 9 d'aspli- ficateur 10, l'autre borne d'entrée.il étant reliée entre les résistances r2 et r3. Une série de générateurs de tension 12 est branchée entre deux bornes d'alimentation 13 et 14 de l'amplifica- teur 10, avec réunion d'un point milieu 15 -ou à peu près- de cette série entre les résistances rl et r2. La borne de sortie 16 de l'amplificateur est reliée à la borne 8. La résistance t est assez petite en valeur ohmique pour pouvoir être négligée si besoin est. Le gain A élevé de l'amplificateur 10, lequel ne consomme qu'une puissance ou courant négligeable à ses bornes d'entrée est positif vis-à-vis de la borne 9 et négatif vis-à-vis de sa borne 8. Les tensions des élé- ments de la série 12 de générateurs sont appliquées au fonctionnement de cet amplificateur. Le calcul montre que la différence entre les potentiels aux bornes 7 et 8 est égale au produit de la valeur ohmique de la résistance rl par l'intensité I du courant traversant, diminué du produit de la fraction ayant pour numérateur la somme des valeurs ohmiques des résistances r2 et r3 et pour dénominateur la somme de la valeur ohmique de la résistance rl et du quotient par le gain d'amplificateur de la somme des valeurs ohmiques des résistances rl et r2 avec le produit de la valeur ohmique de la -résis- tance rl par ledit courant I, ce qui peut s'exprimer par r2 + r3 V7-V8 = r1 I - r1 I r2+r3 r2 + et, si l'on considère dans cette relation que, de façon approchée, le gain élevé A est grand vis-à-vis de la fraction r2 et qui r2 est petit devant r3, on peut écrire r3 V7-V8 ~ - r1 I r2 Un tel montage peut titre réalisé au moyen d'un amplificateur différentiel intégré classique. I1 donne bien l'effet recherché de résistance électrique négative. Dans le cas du dispositif mécanique de la figure 3, une tige 17 déplaçable en translation axiale est en prise entre galets 18, 19 avec le mobile d'un tachymètre 20. Entre des galets 21 et 22, elle est emprise avec un rotor de moteur 23. Ce moteur 23 est commandé par un amplificateur 24,relidf -par sa sortie audit moteuX eapable ainsi de déterminer les variations de sa vitesse de rotation, sous l'influence des mesures pratiquées par le tachymètre 2C relié à une entrée de l'amplificateur 24. Dans le cas de la figure 4, les translations nécessairement alternées de tige 17 sont remplacées par le mouvement continc d'un lien bouclé 25 passant sur poulies de tachymètre 20a et de moteur 23a1 reliés par un amplificateur 24a, le tout ae façon analogue à ce qui se trouve sur la figure 3. Dans le cas de la figure 5, la tige 17a est äelSe directement à une bobine dynamique 26 placée dans ltentrefer d un pot magnétique 27 et une branche latérale de tige 17b porte un détecteur à bobine dynamique 28 mobile dans un pot magnétique 2g; les bobines 26 et 28 sont reliées, l'une aux bornes d'entrée d'un amplificateur 30, l'autre à ses bornes de sortie. Dans le cas de la figure 6, à l'intérieur d'un eonduit 31 où s'écoule un fluide visqueux 32, on dispose un aMbit-mètre 33 relié aux bornes d'entrée d'un amplificateur 35 qui commande une pompe 34 noyée dans le fluide, ayant son moteur relié aux bornes de sortie dudit amplificateur. Pour ce dernier système, le débitmètre 33 donne une mesure du débit ou de la vitesse de l'écoule- ment dans le conduit 31, la pompe est commandée par le signal am- plifié donné par le débit-mètre au travers de l'amplificateur et cette pompe produit ainsi une propulsion, ou pression ou force proportionnelle à ce signal de vitesse. L'intérêt de ces résistances négatives, pouvant autre considérées comme indépendantes du système où elles trouvent appli- cation, tant dans le domaine électrique que dans ceux de l'hydrau- l que - à peu près équivalent - ou de la mécanique, réside dans le fait qu'on peut avec leur aide déterminer tout mode propre d'oscil- lation du système.C'est ainsi qu'en mécanique, plus singulièrement en construction métallique > sur maquette notamment, l'utilisation d'un générateur de vibration à résistance négative de l'un des systèmes ci-aessus décrit révèle rapidement la fréquence propre ae cette construction ou maquette, permet de préciser l'abor- tissement relatif aux divers modes, au lieu de pratiquer l'essai fréquences variables, souvent très long d'exploration. Dans le domaine mécanique, il est également possible, le système étant auto-destructif, de pousser l'oscillation provoquée par la résistance négative jusqu'aux limites où la rupture se produit, ce qui -peut apporter des renseignements fort utiles et appréciés, tant à la rectification éventuelle de calculs de résistance des matériaux qu a la conception même dtun ouvrage. En hydraulique comme en-électricité, il est possible de faire utilisation de ces agencements soit en régime continu, soit en régime oscillant,pour toutes sortes d'études et constatations Qe résultats. I1 va de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, on peut apporter des modifications aux formes d'exécution et aux domaines d'application qui. ont été décrits. T1 convientde remarquer en effet que sur le plan électrique, on peut aussi constituer une résistance négative en faisant commander un courant par une tension et sur le plan mécanique, en faisant commander une vitesse par une force. Dans le domaine électrique, par exemple, on peut modifier le montage de la figure 1 précédeninent décrit en réunissant les bornes 1 et 2 par un élément potentiométrique ne consommant qu'un courant négligeable et en branchant l'amplificateur 5 par ses bornes d'entrée, l'une avec une résistance r en série sur la borne 1, l'autre sur le curseur correspondant dudit potentiomètre, déterminant ainsi une tension v entre ladite borne 1 et ledit curseur, la différence de potentiel V apparaissant aux extrémités dudit élément potentiométrique; avec les approximations Justifiées il est possible d'écrire :: v = k V v # -r -r I I étant le courant passant dans la résistance r précitée et r k Remarque doit store faite que les conditions de stabilité, dans le cas où le circuit est branché sur une résistance extérieurE sont différentes - dans le cas du circuit de la figure 1, la stabilité est acquise si la résistance extérieure est plus grande, en valeur absolue, que la résistance négative du circuit considéré, - dans le cas de la résistance négative du type ci-dessus -défini en dernier, la stabilité est acquise lorsque la résistance extérieure est petite, plus petite en valeur absolue que la résistance négative en question. Dans le domaine mécaniqueflcnunétecteur de force associé à un système moteur de façon que l'information force détectée commande une vitesse de moteur proportionnelle à ladite information et de sens voulu. Ici aussi, les conditions de stabilité sont changées. REVENDICATIONS 1.- Résistance négative, caractérisée par le fait qu'elle est formée, sur une ligne par un convertisseur d'action orientée de réponse, linéaire, comprenant un détecteur inberposé sur ladite ligne à faible consommation d'énergie en liaison avec un amplificateur alimentant ladite ligne d'un surcroît de ladite énergie. 2. - Résistance négative selon la revendication 1, earactérisée par le fait que la ligne est électrique, le détecteur étant un détecteur de tension fournissant un courant de mesure à un amplificateur qui fournit un surcrott de tension et courant à ladite ligne en fonction linéaire de ladite mesure. 3. - Résistance négative selon la revendication 1, e rac- térisée par le fait que la ligne est mécanique, le détecteur étant un détecteur de déplacement qui alimente un moteur conférant au déplacement de la ligne un surcrott d'énergie linéairement proportionnel aux déplacements mesurés, sous l'action dudit . 4.- Résistance négative selon la revendication 1, carao vériste par le fait que la ligne est hydraulique, le détecteur étant un débit-mètre et le moteur d'actionnement d'une pompe fournissant au liquide déplaeé un surcroît d'énergie de mouvement en correspondance linéaire avec la mesure du débit-mètre auquel ledit moteur est relié par ledit amplificateur. 5.- Résistance négative selon l'une quelconque des revendIcations 1 et 2, caractérisée par le fait que le courant électrique de ligne est un courant varié. 6.-Résistance négative selon l'une quelconque des re vendicRtions 1 et 3, caractérisée par le fait que le mouvement mécanique de ligne est Im mouvement uniforme ou varié, notamment vibratoire. 7.- Résistance négative selon l'une quelconque des revendications 1 et 4, caractérisée par le fait que l'écoulement ae liquide est uniforme ou varié. 8.- Résistance négative selon l'une quelconque des re vendications 1 à 7, caractérisée par le fait que dans le cas des actions électriques, un amplificateur est branché par ses bornes d'entrée d'un c8té et entre deux résistances série, puis par une borne d'entrée et sa borne de sortie en parallèle sur une troisième résistance, en sérine avec les deux premières sur la ligne en cause d'une valeur grange vis-à-vis de celle de la seconde alors que la somme des valeurs des deux premières est à considérer comme petite, deux sources alimentant en série lzamplificaseur t étant réunies par leurs bornes communes à un point commun situé entre les deux premières résistances. 9.- Résistance négative selon les revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que le détecteur comprend, sur la ligne, une résistance de valeur faible, susceptible d'être considérée comme négligeable en cas de besoin, associée par liaisons encadrant ladite résistance aux bornes d'entrée d'un amplificateu à comsommation de courant également négligeable, amplificateur réuni à la ligne par l'uoede ses bornes d'entrée et sa borne de sortie.