CHAPITRE V

ÉLECTROMÉTRIB

Instruments de mesures. — Ainsi que son nom Tindique, Vélectrométrîe a pour objet la mesure des grandeurs électriques. Elle est basée sur un petit nombre de principes scientifiques et réalisée au moyen d'instruments spéciaux extrêmement nombreux.

Les instruments sont de deux sortes : les uns, destinés aux recherches des savants, sont souvent très délicats, très compliqués, et exigent des soins minutieux aussi bien dans le service que dans Tentretien ; les autres, construits en vue d'applications courantes, sont simples, rustiques et peu sujets à des dérangements. Les premiers fournissent des indications précises, propres à déterminer des coe£Qcients, à établir de nouvelles lois et à étalonner les derniers, dont les indications moins rigoureuses sont cependant suffisamment exactes pour les installations industrielles.

Nous ne nous occuperons ici que des appareils employés dans les ateliers de construction et dans des éclairages électriques.

Les grandeurs à mesurer étant l'intensité, la force électromotrice, la différence de potentiel, la résistance et la quantité, nous examinerons successivement les instruments spéciaux à ces mesures, en suivant l'ordre que nous venons d'indiquer.

Galvanomètres. — Les galvanomètres, employés principalement pour indiquer la présence d'un courant dans un conducteur, sont basés sur Texpérience d'Œrstedt ainsi formulée par Arago : Un courant électrique tend toujours à faire dévier une aiguille aimantée de manière à la mettre en croix avec lui, en portant son

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pôle nord à la gfûuche du courant. (Nous avons dit précédemment que la droite ou la gauche d'un courant s'entendait de la droite ou de la gauche d'un observateur en supposant le courant entrant par les pieds et sortant par la tête de cet observateur couché le long du fil conducteur et regardant l'aiguille aimantée).

Au lieu d'un fil rectiligne unique, si Ton prend un conducteur disposé en rectangle et enveloppant presque entièrement l'aiguille, l'action du courant se trouve augmentée et sa présence se révèle à une plus grande distance verticale du galvanomètre. En enroulant un fil, isolé, plusieurs fois dans un même sens, sur un cadre rectangulaire, on obtient un instrument très sensible, car les différents tours de fil exercent des actions concordantes dont la résultante produit la déviation de l'aiguille. Ce galvanomètre (Fig. 58) est généralement appelé multiplicateur de Schweigger^ du nom de son inventeur.

Avec cet appareil, les angles de déviation de l'aiguille ne sont pas proportionnels à l'intensité du courant, car les positions relatives de

l'aiguille et du cadre gai vanométri- Fig. 58.— Multiplicateur Schweigger.

que varient à chaque instant; toutefois, lorsque les angles ne dépassent pas 12 degrés et que l'aiguille est très courte relativement aux dimensions du multiplicateur, on peut admettre que la proportionnalité existe entre les angles et les intensités. Le mieux est, d'ailleurs, d'établir une graduation à l'aide d'un instrument plus exact, tel que la boussole des sinus ou celle des tangentes.

Boussole des tangentes. — Cet appareil (Fig. 59) se compose d'un anneau métallique vertical, à jante creuse, dans laquelle s'enroule le multiplicateur. Au centre de cet anneau est suspendue une petite aiguille aimantée. L'anneau est orienté dans le plan du méridien magnétique, l'aiguille se trouve dans le même plan, et cette position est indiquée par un zéro sur un plateau horizontal gradué en degrés.

Si un courant vient à circuler dans le fil, l'aiguille est déviée

et s'arrête à un certain point en faisant avec sa position d'origine un angle a. En admettant que l'anneau soit assez grand et l'aiguille assez petite pour que la longueur de celle-ci soit négligeable par rapport aux dimensions du cadre, et en appelant h la composante horizontale de la force due à l'action terrestre H, et F, la force développée par le courant, on aF= A tg/i, ce qui montre

Fig. 59. — Boussole dc< tangentes.

que la force qui mesure le courant est proportionnelle à la tangente de l'angle de déviation.

L'intensité du courant I passant dans un cadre de rayon r est proportionnelle à la composante horizontale h de la force H et au rayon r, et l'on a, en supposant n tours de fil sur l'anneau :

I = Atg«2^^, ^^^^ I=Ktg/i, K étant une constante à déterminer une fois pour toutes.

Boussole des sinus. — La boussole des sinus ne diffère de la boussole des tangentes que par la dimension de l'aiguille aimantée

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qui est beaucoup plus grande dans la boussole des sinus. La manœuvre est également un peu modifiée.

L'anneau est orienté comme précédemment et le courant envoyé dans les fils; l'aiguille prend une certaine position. Au lieu de lire l'angle de déviation sur le plateau horizontal, on déplace l'anneau autour de son pivot vertical jusqu'à ce que l'aiguille et l'anneau soient dans un même plan. Le sinus de l'angle b décrit par l'anneau est proportionnel à l'intensité du courant et l'on obtient :

hr I = — X sin b\ d'où I = R sin b.

Galvanomètre asiatique. — Pour soustraire en partie l'aiguille à l'action de la terre, Nobili a suspendu, dans un cadre multiplicateur, deux aiguilles aimantées solidaires l'une de l'autre, e^^ les disposant de telle sorte que leurs pôles contraires se trouvent superposés (Fig. 60). Si les aiguilles étaient identiques comme gran-

, , I / 1» . .. Fig. 60. — Aiguilles asiatiques.

deur et comme degré d aimantation,

l'action terrestre serait complètement neutralisée ; mais il suffit de la plus légère inégalité entre les aiguilles pour que l'influence du magnétisme terrestre se fasse senlir ; seulement son influence est considérablement diminuée.

D'autre part, l'action du cadre sur la double aiguille est beaucoup plus forte que celle qu'il exercerait sur une simple aiguille. Pour ces deux raisons, la combinaison de Nobili est excellente.

En pratique, l'appareil se présente souvent sous la forme d'une potence fixée sur un socle à trois pieds.

Le système des aiguilles est suspendu à un fil de cocon de ver à soie et renfermé sous une cloche de verre cylindrique.

Galvanomètre à réflexion de William Thomson. — Les déviations des galvanomètres astatiques ordinaires sont très difficiles à observer. Ce grave inconvénient a été complètement supprimé

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dans l'appareil imaginé par air William Thomson et connu sous le nom de galvanomètre à miroir ou ffoiwmomètre à réflexion.

Cet appareil se compose de deux cadres circulaires verticaux superposés. Au centre de chacun de ces cadres se trouve un système de 3 ou & petites aiguilles disposées astatiquement et suspendu par un même fil de cocon. L'un des systèmes est fixé au dos d'une petite plaque très légère de métal formant miroir. Un aimant courbe glissant sur une tige verticale et réglable à la main crée un méridien artificiel.

La sensibilité dépend delà position de cet aimant; on peut, grâce à luiv rendre l'appareil absolument astatique ou conserver une légère action directrice qui ramène au zéro.

On fait tomber sur le petit miroir un rayon lumineux qui va se réfléchir sur une échelle divisée placée à un mètre environ du galvanomètre. L'image se déplace suivant la déviation du miroir et indique l'intensité du courant qui traverse l'appareil. Les angles décrits étant toujours très petits, les arcs et les tangentes peuvent être considérés comme identiques.

Une lampe est placée devant une fente étroite ménagée au dessous de l'échelle et une lentille bi-convexe fait converger sur le miroir le faisceau lumineux qui traverse cette fente.

Cet appareil ne donne de bons résultats qu'à la condition d'être placé à l'abri de toute trépidation, sur une table de pierre ou sur un fort bâti en bois reposant sur des rondelles en caoutchouc.

Galvanomètre à réflexion Deprez et d'Arsonval. — Cet appareil (Fig. 01) est plus maniable et moins compliqué que le précédent, bien qu'il donne des indications sufTisarament rigoureuses.

L'aimant AA' est fixe et le cadre CC traversé par le courant est mobile. Cette disposition fait naître des courants d'induction dont l'effet est d'arrêter les oscillations du cadre et d'amener rapidement celui-ci à sa position d'équilibre.

Dans l'intérieur du cadre se trouve un tube en fer B qui augmente l'intensité du champ magnétique.

Le cadre CC supporté par la potence M, est maintenu en haut et en bas par deux fils d'argent très ténus DE et HJ ; ces

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fils servent en outre à amener le courant et à former un couple de torsion permettant de mesurer l'action réciproque du cadre et de Taimant.

Le courant est introduit dans l'appareil par les bornes Let K.

Les déviations produites par le courant étant très faibles, les lectures se font, comme dans l'appareil W. Thomson, au moyen

Fig. 61. — Galvanomètre apériodique Deprez et d'Arsonval.

d'un miroir J sur lequel on fait tomber un faisceau lumineux qui va se réfléchir sur une échelle graduée.

La vis supérieure I et celle agissant au milieu du levier inférieur EF servent à donner aux fils DE et HJ une tension convenable.

Shunt. — Au lieu d'envoyer tout le courant à mesurer dans les galvanomètres, on prend généralement une dérivation de ce

courant afin de ne pas modifier l'aimantation ou échauffer le fil des cadres d'une manière anormale. On se sert pour cela d'un conducteur d'une résistance déterminée appelé shunt^ expression anglaise consacrée par l'usage. Les shunts sont généralement établis par les constructeurs pour réduire l'intensité du courant à

leurs résistances sont, par suite, 9 fois, 99 fois et 999 fois celle du galvanomètre.