Brevet FR2472758A1 — publié le 19810703

-1- 2472758 La présente invention concerne d'une part un procédé de mesurage de la capacité spécifique d'un câble à l'aide d'une électrode de me- sure cylindrique entourée aux deux extrémités d'électrodes de pro- tection coaxiales dans l'axe desquelles on introduit le câble à mesurer. Après établissement d'une tension alternative entre les électrodes et le conducteur on mesure la capacité du courant qui circule entre l'électrode de mesure et le conducteur. L'objet de la présente invention est d'autre part le montage et le dispositif pour la réalisation dudit procédé. Plusieurs procédés de mesure pour déterminer la capacité spécifique d'un câble sur une longueur donnée existent déjà. Ils utilisent un bain-marie dans lequel sont disposées les électrodes et déterminent la capacité spécifique à l'aide d'un courant alternatif qui passe dans la ligne de raccordement vers l'électrode de mesure. Cette methode de mesure n'est cependant fiable et précise qu'à la condi- tion que le courant ne subisse aucune variation due aux qualités variables de l'eau utilisée et notamment en ce qui concerne la con- ductibilité de l'eau. Cela signifie que les électrodes de protection en particulier doi- vent être maintenue avec précision à la tension identique en niveau et en phases à celle de l'électrode de mesure ce qui se fait à 1' aide d'amplificateurs et de circuits subordonnés. Il en est de même pour tous les autres éléments de protection à l'intérieur du sy- stème de mesure qui doivent être maintenue à une tension donnée pour éviter des variations du courant capacitif qui pourraient survenir entre l'électrode de mesure et les parties extérieures du disposi- tif de mesure tel le récipient d'eau par exemple. Or il est rela- tivement difficile de réunir toutes ces conditions d'une façon sa- tisfaisante notamment lorsqu'on utilise une eau dont les propriétés électriques se modifient avec le temps. -2- 2472758 Le but que s'est fixé la présente invention est d'éviter les diffi- cultés citées ci-dessus. La solution à ces difficultés qu'elle pro- pose réside dans le fait que le courant dans le conducteur est capté entre une des extrémités de l'électrode de mesure et l'élec- trode de protection qui lui est accollée et que la différence des courants est utilisée pour déterminer la capacité spécifique. Par notre procédé on mesure la différence des courants qui circulent dans le conducteur dans un champ délimité par les deux extrémités de l'électrode de mesure, cette différence correspondant exacte- ment aux courant capacitif entre le conducteur et l'électrode de mesure. Il est à remarquer que l'on obtient ainsi la différence entre des courants qui ont cependant la même direction dans le conducteur. Le montage conforme à l'invention en vue de l'application du pro- cédé est articulé de la manière suivante: - un oscillateur est relié à l'électrode de mesure ainsi qu'aux électrodes de protection, - le conducteur est connecté sur un côté au moins à une impédance de masse et traverse deux transformateurs dont les circuits de sortie sont montés en opposition et raccordés à un dispositif de mesure. Ainsi qu'il sera exposé plus loin, cette articulation permet un montage d'une extrême simplicité. Nous partons de l'hypothèse que le montage conforme à l'invention est parfaitement symmétrique. Ceci signifie que d'éventuels cou- rants capacitifs supplémentaires qui traversent les transforma- teurs de courant induisant un flux magnétique dans ceux-ci sont parfaitement symmétriques si bien que leurs actions respectives s'équilibrent intégralement. Une éventuelle influence de tels, courants qui, par ailleurs, pour- raient présenter des valeurs ohmiques par suite de la conductibili- té de l'eau, est diminuée par le fait que chaque noyau toroidal porte une bobine de contre-réaction qui est elle-même reliée à la sortie d'un amplificateur de mesure. Le champs magnétique crée dans les noyaux toroidaux et les tensions ou courants induits dans -3- 2472758 le transformateur de mesure peuvent ainsi être réduits a un mini- mum, ce qui permet de diminuer davantage les éventuelles pertur- bations causées par les courants parasites et/ou aléatoires dont nous avons parlé ci-dessus. La solution proposée par la présente invention permet un montage extrêmement simple du dispositif de mesure puisque les électrodes de protection peuvent être directement raccordées à l'électrode de mesure à l'aide de conducteurs enserrant à l'extérieur le noyau toroidal voisin. Ainsi tous les amplificateurs et circuits sub- ordonnés que nous avons mentionnés ci-dessus et qui étaient néces- saires pour assurer un bon fonctionnement des électrodes de pro- tection qui, quant à elles, doivent présenter une tension identi- que à celle de l'électrode de mesure, peuvent être supprimés. Si besoin était, il est possible de simplifier encore le montage et de réduire l'influence d'éventuels courants de dispersion assymétriques. Les noyaux toroïdaux seront alors disposé à l'inté- rieur des électrodes entre celles-ci et le câble et non à l'extéri- eur. Quoique l'utilisation de transformateurs de courant à bobine de mesure représente une solution favorable, il y a d'autres façons de déterminer les courants. Il est par exemple possible de poser des plaques semi-conductrices dans les interstices des-noyaux toroidaux du transformateur et de monter leurs sorties en opposi- tion. Nous donnons ci-après une explication détaillée de l'invention à l'aide d'un exemple d'exécution illustré par les schémas: la figure 1 montre une coupe transversale du dispositif de mesure partiellement schématisée la figure 2 montre un schéma électrique équivalent du dispositif de mesure -4- 2472758 les figures 3 à 5 montrent les montages de mesure et de contre- réaction. La figure 1 représente le dispositif de mesure qui comprend un système de conducteurs et d'électrodes directement reliés entre eux et logé dans un coffret en plastique 1 qui est prolongé par une tubulure 2. La ligne de raccordement et d'alimentation qui fait simultanément office d'écran de protection, présente un élément cylindrique 3a correspondant à la forme du boîtier 1 et un élément 3b adapté à la forme de la tubulure. Aux extrémités de l'élément conducteur 3a se trouvent des anneaux conducteurs 4 ayant une coupe en forme de fer à cheval. La bride extérieure des anneaux est reliée à une électrode de protection de forme cylindrique 5, la bride intérieure étant raccordée à l'électrode de mesure centrale 6 également de forme cylindrique. Les électro- des 5 et 6 ont un même diamètre et sont disposées dans le même axe. Elles sont reliées entre elles par des anneaux 7 en matière isolante tout en étant séparées les unes des autres sur le plan électrique grâce à un espace 8 de même largeur ou de même longueur dans le sens axial, ménagés entre l'électrode de mesure et chacune des électrodes de protection 5. A l'extérieur des espaces 8 se trouvent disposés symmétriquement les noyaux toroïdaux 9 d'un transformateur de courant, chacun des noyaux toroidaux supportant à un endroit une bobine de mesure 10 présentant un nombre de spi- res adequat. Les lignes de raccordement des bobines de mesure 10 sont introduites dans une ouverture des anneaux 4 et reliées à un amplificateur de mesure 11 qui se trouve à l'intérieur du coffret. Les raccords et bobines représentés de façon schématisée pour- raient comprendre des conducteurs ainsi qu'une bobine de contre- réaction supplémentaires; nous y reviendrons plus loin. Le câble dont le conducteur 12 et son isolant 13 sont représentés, est introduit dans la direction de l'axe à travers les électrodes 5 et 6. Le conducteur 3a présente une option utile mais n'est pas abso- lument indispensable. -5- 2472758 La figure 2 représente le schéma de montage électrique explicitant le fonctionnement du dispositif de mesure conforme à la figure 1. Le montage est doté d'un oscillateur 14 qui, avec une fréquence de kHz p. e. applique une tension déterminée entre la masse et les parties électriques conductrices 3a, 3b, 4, 5 et 6 qui se trouvent dans le coffret 1, 2. La masse comprend notamment le récipient à eau conducteur dans lequel se trouve plongé le dispositif de la figure 1. La capacité C est la capacité entre l'électrode de mesure 6 et le conducteur 12 qu'il s'agit de déterminer. Le conducteur 12 représente un primaire 12 sur chacun des deux noyaux toroidaux 9 tandis que les deux bobines 10 représentent des bobines de mesure secondaires. Ces éléments sont branchés en oppo- sition sur le circuit de sortie à travers une impédance 15. La sortie est reliée à un amplificateur et à un dispositif de mesure pour l'évaluation du courant différentiel qui ne sont pas représen- tés sur la figure 2. Les anneaux conducteurs 4 représentent un se- condaire supplémentaire sur chacun des noyaux toroidaux 9. Zl et Zl' représentent les impédances entre l'électrode de mesure 6 et chac- une des deux électrodes de protection 5; Z2 et Z2' étant les impé- dances entre les électrodes de protection et le récipient extérieur du dispositif de mesure. Pour effectuer la mesure on applique une tension alternative d'une fréquence relativement élevée à l'électrode de mesure 6 ainsi qu' aux électrodes de protection 5 par l'intermédiaire des anneaux 4. Le rôle des électrodes de protection est de délimiter avec préci- sion le champ électrique créé entre l'électrode de mesure 6 et le conducteur 12 qui est relié au moins sur un côté à la masse par une impédance suffisamment petite, ce qui permet de déterminer avec précision la section à mesurer. Tous les courants capacitifs qui circulent entre les électrodes 5 et 6 et le conducteur aboutissent à l'extrémité du conducteur qui est à la terre. Ainsi le courant capacitif sortant de l'électrode de protection 5 à l'extrémité droite passe à travers le noyaux toroïdal 9 représenté à droite dans la figure 1. Par contre,-la totalité des courants capacitifs provenant de l'électrode de protection 5 de droite ainsi que de -6- 2472758 l'électrode de mesure 6 passe à travers le noyaux toroïdal 9 re- présenté à gauche dans la figure 1. Etant donné que le courant capacitif provenant de l'électrode-de protection droite passe ainsi dans les deux transformateurs de mesure, ces mêmes courants s'annulent mutuellement lors de la mesure, le courant de sortie correspondant donc au courant capacitif entre l'électrode de me- sure 6 et le conducteur 12. Les courants dans les impédances Z2 et Z2' n'ont aucune influence sur les transformateurs de mesure et partant sur la mesure même. Un problème est cependant posé par le fait que les anneaux 4 sont des secondaire avec une influence sur les impédances Z. et Zl'. En effet, ces impédances dépendent des propriétés électriques de l'eau, ce qui provoque une influence sur la mesure, influence qui est difficile à maintenir à une valeur constante. Il est donc nécessaire de maintenir l'impédance trans- formée de Zl et/ou Zl' aussi petite que possible, ce qui est fai- sable, ainsi qu'il ressort des figures 3, 4 et 5, lorsque les transformateurs de mesure sont munis de bobines de contre-réaction. Sur la figure 3 chaque secondaire 10 est relié à l'entrée d'un amplificateur 16 dont la sortie est raccordée à la sortie commune 18 à l'aide d'une bobine de contre-réaction 17. On obtient ainsi une impédance extrêmement minime à l'entrée de l'amplificateur et un faible flux magnétique dans les noyaux toroïdaux 9, ce qui per- met de diminuer à une valeur négligeable les influences des secon- daires 4 et des impédances Zl et Zl', tout en assurant une sensi- bilité de mesure correcte. La figure 4 représente une disposition correspondante avec un ampli- ficateur unique 16 qui reçoit le courant différentiel des secon- daires 10. La sortie de l'amplificateur est reliée à la sortie com- mune 18 par deux bobines de contre-réaction montées en série; la sortie commune 18 étant raccordée à un pont de mesure ou un dispo- sitif de mesure absolue du courant. La figure 5 montre une autre variante qui prévoit également un amplificateur 16 dont la sortie est reliée à la sortie commune 18 à l'aide de bobines de contre-réaction montées en parallèle. -7- 2472758 D'autres variantes sont concevables. Ainsi il serait possible de disposer les noyaux toroldaux des transformateurs de mesure à l'intérieur des électrodes 5 et 6, c'est-à-dire entre les électro- des et le câble. A la limite les électrodes 5 et 6 pourraient être remplacées par une seule électrode cylindrique creuse dans laquelle seraient placées des transformateurs de courant identiques, à une distance déterminée des deux extrémités. Dans ce cas les parties de l'électrode qui se trouvent dans l'axe à l'extérieur des trans- formateurs de courant feraient office d'électrodes de protection, étant entendu que ces parties doivent présenter une construction satisfaisante pour assurer un champ homogène dans la zone des transformateurs de mesure. Les conditions de mesure sont invari- ables lorsque les tranformateurs de mesure et l'électrode dont monté fixe. Il n'est pas indispensable que chaque noyaux toroidal soit muni d'une bobine de contre-réaction. Il est suffisant de do- ter un seule noyau d'une telle bobine à condition de bien évaluer le courant de contre-réaction qui y circule. -8- 2472758 R e v e n d i c a t-i o n s 1. Procédé de mesurage de la capacité spécifique d'un câble à l'aide d'une électrode de mesure cylindrique encadrée aux deux extrémités par deux électrodes de protection coaxiales; on intro- duit le câble à travers les électrodes dans leur axe et établit une tension alternative entre les électrodes et le conducteur. Dans cette position on mesure la capacité du courant qui passe entre l'électrode de mesure et le conducteur. Ce procédé est caractérisé par le fait que l'on capte le courant qui circule dans le conducteur entre chacune des extrémités de l'électrode de mesure(6)et les électrodes de protection (5), la différence entre les courants étant utilisée pour déterminer la capacité spé- cifique. 2. Montage permettant l'application du procédé selon reven- dication 1 caractérisé d'une part par un oscillateur (14) relié à l'électrode de mesure (6) ainsi qu'aux électrodes de protection (5) et, d'autre part par le fait que le conducteur (12) est connec- té sur un côté au moins à la masse à travers une impédance et traverse deux transformateurs dont les circuits de sortie (10) sont montés en opposition et raccordés à un dispositif de mesure. 3. Montage conforme à la revendication 2 caractérisé par le fait que les secondaires (10) des transformateurs sont reliés à l'entrée d'un amplificateur (16) dont les- sorties passent à travers des bobines de contre-réaction '(17) vers une sortie commune-(18) (figure 3). 4. Montage conforme à la revendication 2 caractérisé par le fait que le courant différentiel des deux secondaires (10) du transformateur est amené vers l'entrée d'un amplificateur (16) dont la sortie est reliée à la sortie commune au moyen de deux bobines de contre-réaction branchées en série. 5. Montage conformé à la revendication 2 caractérisé par le fait que-le courant différentiel des secondaires (10) du transfor- mateur est amené à l'entrée d'un amplificateur (16) dont la sortie est reliée à la sortie commune par des bobines de contre-réaction (17) branchées en parallèle. 6. Dispositif pour l'application du procédé selon revendica- tion 1 caractérisé par l'utilisation de transformateur de courant dont les noyaux toroidaux (9) sont placés coaxialement par rap- port aux électrodes (5,6) dans le champ entre l'électrode de me- sure (6) et chacune des électrodes de protection (5), transfor- mateurs dont les sorties (10) sont branchées en opposition l'une par rapport à l'autre. 7. Dispositif conforme à la revendication 6 caractérisé par le fait que les électrodes de protection (5) sont reliées direc- tement à l'électrode de mesure (6) par un conducteur (4) enserrant à l'extérieur un des noyaux toroldaux voisins. 8. Dispositif conforme à la revendication 6 ou 7 caractérisé par le fait que le conducteur (4) entourant les électrodes (5,6) est conçu comme un conducteur circulaire à coupe transversale en forme de fer à cheval. 9. Dispositif conforme aux revendications 6 à 8 prises dans leur ensemble caractérisé par le fait qu'au moins un des noyaux toroïdaux est muni d'une bobine de contre-réaction (17) qui sera connectée à la sortie de l'amplificateur (16). 10. Dispositif conforme aux revendications 6 à 9 prises dans leur ensemble caractérisé par le fait que les noyaux toroïdaux (9) qui sont disposés entre les électrodes (5,6) se trouvent entre ces dernières et le câble (12,13). 11. Dispositif conforme aux revendications 6 à 10 prises dans leur ensemble caractérisé par le fait que les transformateurs de courant (9, 10) sont chacun munis d'une bobine de mesure (10). -10- 2472758 12. Dispositif conforme aux revendications 6 à 10 prises dans leur ensemble caractérisé par l'utilisation de transformateurs de courant dont le noyaux toroidal magnétisable est doté d'au moins une plaque semi-conductrice pour mesurer le flux magnétique. Mil