Brevet FR2534378A1 — publié le 19840413

La présente invention a pour objet un dispositif électrométrique pour la mesure de faibles charges électriques. De façon plus précise, il s'agit d'un dispositif sur lequel apparaissent des effets mécaniques lors de la collection de charges ou de courants électriques très faibles. De nombreux dispositifs existent: électromètres à quadrants, à fil, à lame d'or ou à fibres de quartz. Ces dispositifs plus ou moins sophistiqués nécessitent une grande précision dans leur fabrication et beaucoup de soins dans leur montage et leur utilisation. Ils exigent souvent aussi des dispositifs optiques annexes pour l'appréciation des faibles déplacements correspondant aux faibles charges électriques mises en jeu. Ils sont enfin particu lièrement sensibles aux chocs et aux vibrations. Il existe par ailleurs des électromètres électroniques: tubes électromètres, condensateurs vibrants, semi-conducteurs, etc... Mais leurs prix de revient sont particulièrement élevés. La présente invention a précisément pour objet un dispositif électrométrique de fabrication et de montage simples, robustes, économiques et d'exploitation facile. Il est aussi associé à de nombreux types de capteurs caractérisés par leur haute impédance. Le dispositif se caractérise essentiellement en ce qu'on associe sur un même support deux éléments conducteurs dont l'un est fixe, l'autre mobile puis en ce que l'on provoque le déplacement mécanique de l'un de ces éléments par rapport à l'autre sous l'effet-des charges électriques collectées. Il peut s'agir d'attraction ou de répulsion suivant les signes des charges collectées. L'élément mobile est maintenu à proximité de l'élément fixe en lui donnant la forme d'une rondelle enfilée sur un axe ou encore d'une bille maintenue dans un tube isolant coiffant l'élément fixe. On réalise ainsi une relation spatiale entre les deux éléments. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à la lecture des descriptions qui suivent les différents dispositifs dont les modes de réalisation sont donnés à titre d'exemples non limitatifs. Les descriptions se réfèrent aux figures annexées sur lesquelles on a représenté: - sur la figure 1, un électromètre à répulsion à rondelle - sur la figure 2, un électromètre à répulsion et à rondelle avec effet plus marqué - sur la figure 3, un électromètre à répulsion à bille - sur la figure 4, un électromètre à oscillations - sur la figure 5, un électromètre à répulsion pouvant provoquer une alarme - sur la figure 6, un électromètre à répulsion et à bille équipant une chambre d'ionisation pour la détection des radiations. Suivant la première version de la figure l, nous avons une tige 1 en matériau conducteur ou isolant montée sur une embase métallique 2 fixée sur un support isolant de très bonne qualité 3. Cette tige se prolonge de l'autre côté de l'isolant par un têton 4. Une rondelle 5 est enfilée avec un très grand jeu sur la tige 1. Cette rondelle est extrêmement légère. Elle peut être en métal ou en matériau isolant et rendue conductrice sur sa face inférieure 6. En absence de charges électriques, la face conductrice 6 est en contact avec l'embase métallique 2 sur laquelle elle repose par gravité. Lorsque sur le têton métallique 4 on applique des charges électriques, la face conductrice de la rondelle 5 se charge au potentiel de l'embase 2. Il y a alors répulsion et suivant l'importance de la charge appliquée, la rondelle 5 monte plus ou moins haut sur la tige 1.Au fur et à mesure que les charges diminuent, la rondelle 5 descend par gravité le long de la tige 1 et pour une charge résiduelle donnée la rondelle revient au contact de l'embase 2. La position de la rondelle 5 sur la tige 1 renseigne donc sur l'état électrique potentiel de l'ensemble 2-5. Une petite aspérité isolante 7 montée à la partie supérieure de la tige 1 évite le départ vers le haut de la rondelle lors de l'application des charges. Sur la figure 2 la tige l prend une forme conique, ce qui permet à la rondelle 5 de mieux se positionner sur cette tige suivant son potentiel. Suivant une autre version présentée en figure 3 nous disposons à l'intérieur d'un tube isolant 1 monté sur une embase conductrice 2 supportée par un isolant de très bonne qualité 3 une bille 5 conductrice ou rendue superficiellement conductrice. Cette bille est très légère. Comme dans le cas précédent, en absence de charges électriques déposées sur le têton 4 la bille 5 dans le tube 1 est en contact avec l'embase 2. Dès que l'on dépose des charges sur 4 la bille 5 se met au potentiel de 2 et est repoussée vers la partie supérieure du tube guide 1. Lorsque le potentiel décroit, la bille redescend par gravité et pour une charge résiduelle donnée revient en contact avec l'embase métallique 2. La position de la bille renseigne sur l'état électrique potentiel de l'ensemble 2-5. La figure 4 donne un montage utilisé par exemple pour la mesure de très faibles courants. L'électromètre est ici constitué par deux électromètres de la figure 3. Nous disposons deux masses métalliques 2 et 3 placées aux extrémités d'un tube 1. Une sphère 4 très légère, rendue conductrice se trouve dans le tube 1 en contact avec la masse métallique inférieure 3. Le circuit extérieur contient une source de tension 7, un interrupteur 6 et une résistance de charge 5 aux bornes de laquelle peut etre observé un signal. Nous avons aussi présenté un capteur 8 qui doit être à très haute impédance et qui peut être assimilé à une résistance variable pour la compréhension du fonctionnement. Lorsque l'on ferme l'interrupteur 6 suivant la valeur de la résistance 8, les charges arrivent plus ou moins lentement sur la masse 3. Pour une certaine charge arrivée sur 3, la bille 4 est repoussée par 3 et attirée par 2 qui-se trouve à un potentiel de signe opposé. La bille 4 entre en contact avec 2, elle perd sa charge et prend la charge de 2. Elle est alors repoussée par 2 et attirée à nouveau par 3. Elle va donc effectuer une série d'oscillations dans le tube entre 2 et 3. La fréquence de ces oscillations sera liée à la vitesse d'arrivée des charges électriques donc à la valeur de la résistance 8. Différents moyens permettent alors de connaître la valeur de 8 soit par la lecture optique des mouvements de la bille1 soit par détection des impulsions aux bornes de la résistance 5. Un montage à lecture optique de la position de la bille est d'ailleurs donné par la figure 5. Aux éléments classiques de la figure 3 on a joint une source de lumière 3 associée à un système de focalisation optique 2 et à un élément photosensible 1. Lors du passage de la bille 5 il y a occultation du faisceau lumineux et la cellule 1 donne un signal pouvant servir d'alarme. Tous les dispositifs dont il est question peuvent être utilisés pour la mesure des courants faibles ou la détection de faibles charges électriques. Un exemple en est donné dans la figure 6. On y a représenté un appareil permettant de mesurer la doce de ryonnemellt émise en un point par une source radioactive. Suivant ce modèle qui ne cons 'tue pas une limitation des réalisations possibles, nous disposons d'un électromètre identique à celui de La figur- 3 monté à l intérieur d'une chambre d'ionisation. Cette chambre d'ionisation est un volume d'air limité par les parois 8, le support isolant 3 et le chapeau 6. A l'avant et à l'arrière l'espace est fermé par une plaque transparente par laquelle on peut apprécier la position de la bille 5. Une métallisation 7 sous la forme d'un ruban est faite sur les bords latéraux du tube l et mise en contact avec 2. A l'origine on charge l'ensemble. Cela signifie que l'on applique une différence de potentiel entre 4 et 8.La bille 5 se met au potentiel de 4 et est repoussée par 2. Elle monte alors dans le tube 1 et reste ainsi meme après retrait de la source de tension. L'appareil est ensuite soumis à des rayonnements de source radioactive qui provoquent la formation d'ions de signe contraire à l'intérieur du volume de la chambre. Ces ions sont collectés et participent alors à l'abaissement de la différence de potentiel entre 4 et 8. Progressivement donc la bille 5 redescend et pour une charge résiduelle donnée revient en contact avec 2. Le retour de la bille à la position initiale correspond donc à une dose de rayonnement parfaitement déterminée, liée aussi au potentiel de charge de l'ensemble. Il s'agit là d'un dosimètre intégrateur dont la sensibilité est liée au volume de la chambre d'ionisation qui peut aller de quelques décimètres cube à quelques millimètres cubes dans le cas de dosimètres bague pour la radio-protection des mains d'utilisateurs de radioéléments. Tous ces exemples donnés ne sont en rien limitatifs des possibilités offertes par ce brevet. REVENDICATIONS l.Dispositif électrométrique pour la mesure de charges et de courants faibles caractérise en ce que l'on associe sur un même support (3) deux éléments,llun fixe (2),1'autre mobile (5),la position de l'élément mobile (5) par rapport à l'élé ment fixe (2) étant liée aux charges électriques appliquées entre les deux éléments. 2.Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'élément mobile (5) est une rondelle se déplacant sur une tige (1) conductrice ou non et qui peut être attirée ou repoussée par l'élément fixe (2) suivant les signes de charges appliquées sur les deux éléments. 3.Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'élément mobile (5) est une bille se déplacant à ltin- térieur d'un tube (1) coiffant l'élément fixe (2) et qui peut être attirée ou repoussée par l'élément fixe (2) suivant les signes des charges appliquées sur les deux éléments. 4,Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'on associe deux électromGkes a rondelles ou à billes pour la mesure des courants faibles.Les valeurs des courants étant liées à la fréquence des oscillations entre les élé ments mobiles (4) et fixes (2) et (3). 5.Dispositif selon les revendications 2 et 3 caractérisé par le fait que l'on mesure des doses de rayonnement émis par une source radioactive extérieure.