Brevet FR2676304A1 — publié le 19921113

Condensateur à caPacité de valeur très faible et Précise. La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux condensateurs étalons de capacité de faible valeur et, de façon plus précise, elle concerne un condensateur à capacité de valeur très faible et précise, apte à servir de condensateur de référence, comportant - une première électrode plane raccordée à une première borne de connexion électrique, - une seconde électrode plane située en regard et à distance de la susdite première électrode et sensible ment parallèlement à celle-ci, cette seconde électrode étant raccordée à une deuxième borne de connexion électrique, et - un diélectrique entre ces deux électrodes. Les condensateurs étalon actuellement commercialisés ont des capacités qui sont difficilement inférieures à 10 pF et leur encombrement est souvent prohibitif. Or il existe, notamment dans le domaine des techniques de mesure, un besoin pour des condensateurs étalon ayant des capacités de valeur parfaitement définie et stable, qui, en outre, soient réalisables et commercialisables dans des conditions économiques acceptables et qui ne présentent pas un encombrement excessif de manière qu'ils soient aisément utilisables. En particulier, les techniques de mesure de capacité utilisant à la fois le principe dit "in situ" et des condensateurs de mesure ayant une électrode reliée à la masse électrique nécessitent l'emploi de condensateurs de référence ayant des capacités très faibles, notamment pour l'étalonnage direct de la chaîne de mesure ou pour constituer une référence dans des systèmes asservis. L'invention a donc pour objet essentiel de satisfaire ce besoin et de proposer une structure perfectionnée de condensateur apte à servir de condensateur étalon susceptible d'avoir une capacité très faible, de valeur précise et stable, d'encombrement réduit et de coût économiquement acceptable. A ces fins, un condensateur du type mentionné au préambule se caractérise essentiellement, étant agencé conformément à l'invention, en ce qu'il comporte en outre un écran électrostatique en un matériau électriquement conducteur qui est interposé entre les première et seconde électrodes, cet écran étant raccordé à une troisième borne de connexion électrique. Dans une première réalisation possible, l'écran électrostatique est plein : cet écran s'oppose au passage des lignes de champ électrique d'une électrode à l'autre et isole l'une de l'autre les deux électrodes. La capacité du condensateur est alors égale à zéro. Dans une seconde réalisation possible, l'écran électrostatique est perforé et présente au moins un trou de diamètre prédéterminé. Dans un tel condensateur, le ou les trous de l'écran électrostatique canalisent les lignes de champ : la valeur de la capacité du condensateur ainsi constitué dépend donc non seulement de la structure des électrodes et de l'espace les séparant, et en particulier de la surface et de l'écartement mutuel de ces électrodes, mais aussi du nombre et de la dimension du ou des trous pratiqués dans l'écran. Un ajustement précis de la dimension des trous, par exemple par un usinage de précision, permet d'obtenir une valeur précise souhaitée pour la capacité du condensateur. Pour obtenir une protection du condensateur contre les perturbations extérieures, il est possible de prévoir en outre un boîtier électriquement conducteur formant un blindage dont une paroi est constituée par la susdite seconde électrode. Dans un mode de réalisation simple (mais bien entendu non exclusif), l'écran électrostatique présente un seul trou de diamètre préétabli situé sensiblement au centre. Avantageusement, dans un exemple de réalisation pratique, on peut prévoir deux entretoises en matériau électriquement isolant entre l'écran électrostatique et respectivement la première et la seconde électrode ; de préférence, les deux entretoises sont des bagues annulaires sensiblement coaxiales aux électrodes. On peut également prévoir des cales en matériau électriquement isolant pour le blocage transversal des deux électrodes, de l'écran électrostatique et des entretoises à l'intérieur du boîtier et un ressort est prévu pour maintenir l'assemblage axial des deux électrodes, de l'écran électrostatique et des entretoises. De façon intéressante, l'écran électrostatique est constitué en un matériau électriquement conducteur qui est thermiquement stable et les entretoises sont constituées en un matériau électriquement isolant qui est thermiquement stable. Un condensateur agencé conformément à l'invention peut, dans un agencement simple, être un condensateur à air ; toutefois un diélectrique différent de l'air pourrait également être mis en place entre l'écran électrostatique et respectivement les deux électrodes, au prix toutefois d'une relative complication structurelle. Dans une architecture du condensateur permettant de simplifier son raccordement à un circuit électrique externe sous forme d'une liaison blindée protégée contre les influences électriques extérieures, on prévoit que la troisième borne entoure la première borne pour former une borne double de type coaxial ; il est en outre possible que la deuxième borne entoure la troisième borne. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit, dans laquelle on se réfère aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue en coupe d'un condensateur agencé conformément à l'invention ; et - la figure 2 est un schéma électrique illustrant une possibilité de montage du condensateur de la figure 1. Le condensateur montré à la figure 1, qui est désigné dans son ensemble par la référence numérique 1, comporte deux électrodes 2 et 3 constituées par deux plaques métalliques sensiblement parallèles l'une à l'autre et présentant respectivement deux surfaces parallèles disposées en regard l'une de l'autre. Dans l'exemple représenté, l'électrode 3 constitue une paroi d'un boîtier métallique 4 entourant la première électrode 2. Entre les deux électrodes 2 et 3 est disposée, étant écartée de l'une et de l'autre de celles-ci, une plaque en un matériau électriquement conducteur et thermiquement stable (par exemple celui commercialisé sous la dénomination INVAR), qui forme un écran électrostatique. Cette plaque 5 est percée d'un trou 6, qui peut être situé en position centrale (par exemple coaxialement aux électrodes), -ou de plusieurs trous- canalisant les lignes de champ entre les deux électrodes. Le choix du diamètre du trou 6, ainsi que le choix du nombre de trous et de leurs diamètres respectifs, permettent de définir avec précision la valeur de la capacité du condensateur ainsi constitué, toutes choses étant égales par ailleurs (c'est-à-dire pour une architecture donnée des électrodes 2 et 3, et en particulier pour une surface et un écartement donnés des électrodes). En particulier la capacité est nulle en l'absence de trou ( = O). Cet agencement offre le double avantage - de permettre l'emploi de pièces composantes standard, facilement disponibles dans le commerce, - de permettre un ajustement très précis de la valeur de la capacité à toute valeur souhaité par exemple par une reprise d'usinage du trou 6 pour ajuster son dia mètre après une prédétermination par le calcul. Par exemple, avec un trou de diamètre 4 mm obtenir une capacité de 2 x 10 3 pF. Dans l'exemple de réalisation représenté concrètement à la figure 1, deux bagues annulaires d'entretoisement 7 et 8 sont interposées entre la plaque 5 et respectivement les électrodes 2 et 3 ; ces bagues sont constituées en des matériaux électriquement isolants et thermiquement stables (par exemple ceux commercialisés sous les dénominations ZERODUR ou ULE) afin d'assurer conjointement avec la plaque 5, la constance d'écartement souhaitéé entre les électrodes. Une borne de connexion 9 est raccordée, par exemple par un fil 10, à l'électrode 2, tandis qu'un manchon métallique 11, reposant sur l'électrode 2 par l'intermédiaire d'une cale isolante 12, est raccordé électriquement, en 13, à la plaque 5 formant écran électrostatique ; le manchon Il entoure et protège électriquement la liaison 10 tandis qu a sa partie supérieure il entoure également la borne 9 sous forme d'une borne cylindrique 14, isolée électriquement de la borne 9, et formant avec celle-ci un connecteur de type coaxial. Des cales annulaires 15 et 16 assurent le maintien radial des pièces composantes dans le boitier 4, tandis qu'un ressort en hélice 17, entourant le manchon 11, assure le blocage axial de l'empilement des pièces composantes à l'intérieur du boîtier 4. Enfin, pour le passage des liaisons électriques, le boîtier 4 présente, au droit des bornes 9 et 14, une ouverture entourée par une jupe métallique 18 saillant vers l'extérieur qui, avec les bornes 9 et 14, peut former un organe de connexion de type triaxial pour le raccordement du condensateur à un circuit extérieur. La figure 2 montre un exemple de montage du condensateur de la figure 1 qui est utilisé comme référence. Le condensateur 1 (représenté de façon schématique) est relié par un câble tri-axial 19 à un circuit extérieur. Le conducteur central 20 du câble 19 relie l'électrode interne 2 du condensateur à une borne d'une source d'alimentation 21 ; le conducteur intermédiaire 22 du câble 19 relie l'écran électrostatique 5 du condensateur à l'autre borne de la source 21 à laquelle est raccordée également l'entrée d'une chaîne de mesure 23 ; le conducteur externe (blindage) 24 du câble 19 relie le boîtier 4 du condensateur à la masse générale. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Condensateur à capacité de valeur très faible et précise, apte à servir de condensateur de référence, comportant - une première électrode plane (2) raccordée à une première borne de connexion électrique (9), - une seconde électrode plane (3) située en regard et à distance de la susdite première électrode et sensible ment parallèlement à celle-ci, cette seconde électrode étant raccordée à une deuxième borne de connexion électrique (18), et - un diélectrique entre ces deux électrodes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un écran électrostatique (5), en un matériau électriquement conducteur, qui est interposé entre les première et seconde électrodes (2, 3), cet écran (5) étant raccordé à une troisième borne de connexion électrique (14). 2. Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écran électrostatique (5) est plein, ce grâce à quoi la capacité du condensateur est égale à zéro. 3. Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écran électrostatique (5) est perforé et présente au moins un trou (6) de diamètre prédéterminé, ce grâce à quoi la valeur de la capacité du condensateur dépend non seulement de la structure des électrodes et de l'espace les séparant, mais aussi du nombre et de la dimension du ou des trous de l'écran. 4. Condensateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'écran électrostatique (5) présente un seul trou (6) de diamètre préétabli situé sensiblement en son centre. 5. Condensateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un boîtier électriquement conducteur (4) formant un blindage dont une paroi est constituée par la susdite seconde électrode (3). 6. Condensateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que deux entretoises (7, 8) en matériau électriquement isolant sont prévues entre l'écran électrostatique (5) et respectivement la première et la seconde électrodes (2, 3). 7. Condensateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux entretoises (7, 8) sont des bagues annulaires sensiblement coaxiales aux électrodes. 8. Condensateur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte également des cales (15, 16) en matériau électriquement isolant pour le blocage transversal des deux électrodes, de l'écran électrostatique et des entretoises à l'intérieur du boîtier (4) et en ce qu'un ressort (17) est prévu pour maintenir l'assemblage axial des deux électrodes, de l'écran électrostatique et des entretoises. 9. Condensateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'écran électrostatique (5) est constitué en un matériau électriquement conducteur qui est thermiquement stable et en ce que les entretoises (7, 8) sont constituées en un matériau électriquement isolant qui est thermiquement stable. 10. Condensateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le diélectrique entre les surfaces centrales en regard de l'écran électrostatique (5) et des première et seconde électrodes (2, 3), respectivement, est de l'air. 11. Condensateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que la troisième borne (14) entoure la première borne (9) pour former une borne double de type coaxial. 12. Condensateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la deuxième borne (18) entoure la troisième borne (14).