Brevet FR2502790A1 — publié le 19821001

La presente invention a pour objet un appareil de mesure de la resistance de constriction d'un contact électrique destiné en particulier, mais non exclusivement à la mesure de résistance de constriction de contacts difficilement accessibles. Lorsque deux pièces métalliques sont maintenues en contact par un moyen quelconque, la jonction physique ne s'effectue pas sur toute la surface apparente du contact, mais seulement sur une ou plusieurs zones où les deux matériaux sont effectivement en contact, le nombre de ces zones dépendant de divers paramètres tels que l'état de surface, la pression appliquée, etc.... Les lignes de courant convergent vers les zones réelles de contact, de sorte qu'elles subissent une sorte d'étranglement qui porte le nom de striction ou constriction. Ce phénomène entraîne l'apparition d'une résistance dite "de constriction" qui s'aoute à la résistance ohmique des conducteurs constitués par les deux pièces métalliques en contact. Les techniques conventionnelles de mesure de résistance de contact ou de constriction consistent à placer les sondes d'un voltmètre aussi près que possible de l'interface traversé par un courant. La tension ainsi mesurée comprend les effets de la résistance de contact (constriction) et de la résistance de tous les matériaux de contact placés entre les sondes. Le problème qui est résolu par l'invention est celui de la séparation de la résistance ohmique des conducteurs et de la résistance de constriction du contact. Plusieurs méthodes fondées sur la différence de comportement thermique entre la résistance de constriction et la résistance massique ont déja été proposées.Elles reposent sur le fait que l'échauffement de la zone de contact est plus élevé que celui des matériaux, la densité de courant étant plus forte compte tenu de la convergence des lignes de courant, l'inertie de cette zone étant par ailleurs moins importante, du point de vue thermique, que celle des matériaux massifs. La température de la zone de contact suit les variations rapides du courant alors que le matériau massif ne le peut pas. Sous certains types d'excitations alternatives, la non-linéarité de la résistance de contact peut-être observée, l'importance de cette non-linéarité étant directement liée à la résistance de constriction du contact. Dans un appareil connu, cet échauffement conduit à une destruction ou, tout au moins, à une transformation du contact par ramollissement de celui-ci. Un objet de la présente invention est un appareil qui permette une mesure non destructrice de la résistance de constriction. La différence de comportement,sous l'applica tion d'une tension alternative,entre la résistance massique et la résistance de constriction permet de mesurer celle-ci. Le principe de la mesure qui est effectuée par l'appareil selon la présente invention est connu et a été décrit dans un article intitulé: " A measurement of constriction resistance based on its non-linearity" dont l'Auteur est J.H. WHITLEY et qui a été publié dans les "Proceedings of the third research symposium on electric contacts1, en Juin 1966 (Universitv of Maine,U.S.A.) Dans cet article, l'Auteur rappelle que, si on injecte dans un contact électrique un courant d'intensité instantanée i , il apparaît aux bornes du contact une tension instantanée - R étant la valeur totale de la résistance du contact et R o la valeur de la résistance de constriction. Il propose d'injecter un courant alternatif dont la valeur moyenne est nulle mais dont la valeur efficace est différente d'une alternance à 11 autre, par exemple i = I0Lcost + cos La valeur moyenne de v n'est pas nulle et elle est donnée par 33 ec = K1 R I d'où l'on tire o o On peut ainsi, par une mesure de tension continue, obtenir une mesure de la résistance de constriction d'un contact électrique, la constante K1 dépendant de la forme de l'onde électrique qui est utilisée. Selon la présente invention, l'appareil de mesure de la résistance de constriction d'un contact électrique comprenant un générateur de tension d'un signal à valeur moyenne nulle sur une période et un détecteur de tension continue est caractérisé en ce que des sondes sont appliquées sur chaque borne du contact, lesdites sondes étant connectées d'une part au générateur par l'intermédiaire d'un amplificateur tensioncourant dont le coefficient d'amplification est incrémenté à partir d'une valeur faible, et d'autre part au détecteur, une sortie du détecteur étant connectée a l'étage d'incrémentation, ledit détecteur étant muni d'une mémoire incluant une valeur de seuil empêchant le ramollissement dès surfaces de contact. Au cours de l'application du courant périodique sur les pièces en contact, il se développe des forces électro notrices parasites dues,par exemple, à la présence d'une couche d'oxyde ou aux couples formés par contact de deux métaux différents. Selon une autre caractéristique de l'invention, le sens du courant est inversé périodiquement. Les f.e.m. parasites sont ainsi automatiquement compensées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation, donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins qui représentent - La Fig.1, un schéma par blocs d'un appareil selon l'invention: - Les Fig. 2 et 3, des formes de signaux qui peuvent être appliqués sur les contacts; - La Fig.4, un schéma électrique d'un appareil selon l'invention. Sur la Fig.1, le générateur 1 délivre un signal périodique dont la tension moyenne sur une période est nulle. Des exemples de tels signaux apparaissent sur les Figs. 2 et 3. Le signal généré est appliqué sur l'entrée d'un amplificateur tension-courant 3 par l'intermédiaire d'un atténuateur 2 commandé par un étage logique de traitement 8. Le courant de sortie de l'amplificateur 3 est appliqué par un transformateur 4, le contact 6 dont on veut mesurer la résistance étant connecté en parallèle sur les bornes de sortie dudit transformateur. IJn condensateur 5 élimine les composantes continues du courant et un amplificateur 7, connecté aux bornes du contact 6 détecte le courant continu développé par la résistance du contact 6 lors de l'application d'un courant de valeur moyenne nulle. Comme il a été vu précédemment, la lecture de la valeur de la résistance de constriction ne peut pas être directe puisque il faut extraire la racine cubique de la valeur de la tension continue développée.Cette lecture est avantageusement obtenue par traitement de la valeur de la tension dans un étage logique 8 dont une sortie peut être connectée à un dispositif d'affichage 9 quelconque, tel qu'un cadran ou un "display" à diodes electroluminescentes ou à cristaux liquides. L'étage logique 8 est par ailleurs relié par la connexion 11 à l'atténuateur 2 dont il augmente progressivement le coefficient de transmission du signal émis par le générateur 1, en fonction du signal détecté par l'amplificateur 7, jusqu'à ce que celui-ci atteigne une valeur de consigne qui évite tout ramollissement du contact 6. Enfin, un signal d'horloge transmis par la ligne 10, assure la synchronisation du fonctionnement de l'appareil. Comme celà sera décrit par la suite, différents types de signaux peuvent etre générés par le générateur 1,présentant une Veuf nulle sur une période en moyenne et dissymétrique. On a représenté sur les Figs 2 et 3 des exemples de signaux périodiques , la tension étant portée en ordonnée et une période en abscisse. Les signaux représentés sont symétriques par rapport au point central de valeur nulle de la période, mais toute autre forme d'onde peut 8tre utilisée. La Fig.4 représente un schéma électrique d'un appareil selon l'invention. On retrouve sur ce schéma des éléments référencés sur la Fig.1 et notamment l'atténuateur 2, l'amplificateur de courant 3, le contact à mesurer 6 et l'amplificateur de détection 7. Pour obtenir un signal stable, celui-ci est mis en mémoire dans une mémoire 12 de type EPRoe4, une période du signal étant inscrite dans les 512 preraiers mots de mémoire et une période du signel inverse est inscrite sur les 512 positions suivantes. Cette mémoire peut être, par exemple une mémoire 2.708 comprenant 1024 mots de 8 bits chacun. Deux compteurs 13 et 14 du type CD 4040 permettent d'obtenir des fréquences sous multiples de la fréquence du signal d'horloge H introduit sur l'appareil par la ligne 10. Le générateur de signal d'horloge n'a pas été représenté. Le premier compteur 13 commande l'adressage de la mémoire 12, un mot de mémoire étant lu à chaque changement d'état de la sortie 9 du compteur 13. Cette lecture se produit 512 fois entre les mots O et 511 et entre les mots 512 et 1023 à une fréquence sous-multiple de la fréquence d'horloge, cette fréquence sous-multiple étant obtenue par le compteur 14 et le commutateur à 8 positions 18. Pendant un temps T déterminé par le commutateur 18, les 512 premiers mots de l'EPROTI sont lus. A la fin de ce temps, l'état de l'entrée 22 de la mémoire 12 est modifié et, pendant le ême temps T les 512 mots suivants sont lus. On notera que l'inversion est réalisée, dans le cas du signal représenté sur la Fig.2 alors que la variation du courant est nulle, ce qui permet d'éviter les phénomènes parasites de transition. Les signaux numériques émis à la sortie de la mémoire 12 sont transformés en un signal analogique tel que celui des Figs 2 et 3 par le convertisseur numérique/analogique 15 de type AD 558, par exemple. Le temps d'accès à un mot de mémoire étant de 450 nanosecondes, on utilise un monostablel7 (par exemple de type 74121) temporisé sur 500 ns. de sorte que l'on garde en mémoire l'information précédente avant l'arrivée de la suivante, ce qui évite d'avoir un signal passant à zéro après chaque lecture d'un mot, donc haché. Pour simplifier le schéma, certains conductedrs d'alimentation n'ont pas été représentés. Le convertisseur 15 étant alimenté en + 5 Volts et devant générer un signal analogique alternativement positif et négatif, un amplificateur 16 de type 1321 lui est associé pour d'une part mettre le signal en forme et, d'autre part,grâce à un décalage d'offset, permettre le réglage du signal O par rapport à la masse électrique de l'appareil. L'atténuateur 2 qui est connecté à la sortie de l'amplificateur 16 est un atténuateur programmable numérique du type AD 7110. Cet atténuateur permet des pas de 1,5 dB sur une plage de O à 88,5dB. Selon l'invention, l'atténuateur est commandé par le signal de sortie de l'amplificateur 7 ou plus exactement, son rapport d'atténuation augmente pas à pas jusqu'à ce que la valeur du signal de sortie de 7 ait atteint un certain seuil. Cette disposition permet de faire croître proressivement l'intensité du courant délivré par l'amplificateur de courant 3 dans le contact 6 à partir d'un courant faible jusqu'à une valeur où la lecture de la mesure de la résistance de constriction est possible. Ainsi, le contact n'est en aucun cas surchauffé. L'amplificateur de courant 3 est, par exemple,du type PA 112 et délivre à sa sortie un courant déterminé pour une tension d'entrée donnée. Cette tension est appliquée sur l'une des bornes d'entrée de l'amplificateur 3, à partir de la borne de sortie de l'atténuateur 2. Le courant de sortie de l'amplificateur 3 est appliqué sur l'une des bornes du primaire du transformateur 4 qui comprend, par exemple, 120 spires alors que le secondaire n'en compte que 4 ou 5. Comme celà a été décrit ci-dessus, le contact 6 est connecté en parallèle avec l'amplificateur 7 aux bornes du secondaire du transformateur 4. On n'a représenté sur les figures qu'un seul contact. L'appareil permet aussi, dans uns chaine de contacts de mesurer la résistance de constriction d'un seul contact ou d'une série de contacts selon le raccordement choisi. L'amplificateur de détection 7 est un amplificateur à bas niveau qui doit travailler avec un bruit très faible compte tenu de ce que les tensions de constriction sont ellesmêmes très faibles si les courants injectés ne sont pas trop intenses, Cet étage amplificateur comporte un filtre d'entrée, un modulateur utilisant une double porte analogique "C MOS" du type CA 4007 modulée par un signal synchrone du signal d'horloge principal, un amplificateur alternatif à faible bruit constitué par un circuit intégré LIt 308 A précédé d'une paire différentielle de transistors 2N 2484 à très faible bruit, un démodulateur du même type que le modulateur et un amplificateur de sortie du type différentiel faisant également appel à un circuit intégré LM 308 A. La phase du démodulateur est, de préférence inversée par rapport à celle du modulateur par deux portes "OU exclusif" de façon à inverser la phase de l'amplificateur, cette inversion étant commandée par le signal d'inversion du courant de mesure. La valeur moyenne est ainsi indépendante des forces électromotrices thernoélectriques apparaissant au niveau des différents contacts du circuit potentiel de mesure l'amplificateur étant périodiquement inverseur et non inverseur. Les liaisons avec le générateur de courant (horloge de modulation et signal d'inversion) sont de préférence assurées, avec isolation d'un point de vue purement électrique, par des photodiodes ou des phototransistors. La sortie de l'amplificateur 7 est connectée à un dispositif d'affichage 9 qui pourrait être un simple voltmètre portant une échelle spéciale indiquant la valeur de la résistance de constriction mesurée. Toutefois, l'un des avantages de l'appareil qui vient d'être décrit provient de ce qu'il est possible de modifier le signal généré dans l'étage 1 en changeant simplement la mémoire 12. On peut ainsi adapter la forme du signal et, par là, la valeur de la constante K en fonction de la valeur présumée de la résistance de constriction ce qui permet de gagner du temps dans la mesure. Dans ce cas, un micro-circuit de calcul est avantageusement intégré dans l'étage de sortie 9, permettant de calculer la résistance à partir de la tension continue développée. Ce circuit de calcul peut avantageusement ètre constitué par un microprocesseur permettant en outre de commander la progression de l'atténuateur en fonction de la tension continue détectée au niveau du contact. Outre l'intérêt théorique qui existe dans le fait de pouvoir connattre exactement la composante de constriction dans la résistance globale d'un contact ou d'une série de contacts,l'appareil selon l'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans lecontr81e de la qualité des contacts électriques de toutes sortes (relais, connecteurs, interrupteurs, contacteurs, etc...) en particulier lorsqu'ils sont inclus dans des ensembles d'accès difficile tels que les centraux de commutation téléphoniques, par exemple, où leurs mesures doivent être effectuées pour les opérations de maintenance. Comme celà a été expliqué précédemment, la résistance de constriction dépend de la structure du contact et en particulier de la surface réelle par laquelle deux pièces massiques portent l'une sur l'autre. A contrario, la connaissance de la résistance de constriction permet de déterminer la surface réelle de contact entre deux pièces qui, d'une manière générale ne sont pas appelées à assurer un contact électrique. En particulier, la mesure de la résistance de constriction constitue un moyen pour contrer la qualité d'une soudure ou d'une liaison quelconque entre deux pièces.La présente invention trouve donc un large champ d'applications tant dans la circuiterie électrique que dans de nombreux domaines de montage et d'assemblage. I1 va de soi que de nombreuses variantes peuvent être introduites, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de mesure de la résistance de constriction d'un contact électrique, comprenant un générateur de signaux périodiques dont la valeur moyenne est nulle sur une période et dont la valeur efficace varie selon l'alternance, lesdits signaux étant appliqués aux bornes du contact, et un détecteur de tension continue connecté aux bornes dudit contact, caractérisé en ce que lesdits signaux périodiques sont appliqués sur le contact par l'intermédiaire d'un atténuateur programmable dont une entrée est connectée à la sortie dudit détecteur de façon à ce que le courant circulant dans ledit contact soit d'intensité progressivement croissante sans dépasser une valeur de seuil inférieure aux valeurs d'intensité provoquant une modification physique du contact. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur précité comprend une mémoire dans laquelle est inscrite le signal et son opposé, des moyens d'adressage de la mémoire, un convertisseur numérique/analogique et un amplificateur de mise en forme du signal. 3. Appareil selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le détecteur précité est constitué par un amplificateur-découpeur à très faible bruit dont la phase est périodiquement inversée en synchronisme avec le générateur précité. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'ensemble des étages est cadencé par un générateur de signaux d'horloge, le détecteur étant relié à la base de temps au moyen de photocoupleurs. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un générayeur de signaux, couplé à un atténuateur programmable dont la sortie est connectée à un amplificateur de courant couplé au circuit de contact par un transformateur, le détecteur étant connecté aux bornes du contact, une sortie dudit détecteur étant connectée par l'intermédiaire d'un circuit logique incluant un microprocesseur d'une part à l'atténuateur et, d'autre part, à un dispositif d'affichage.