CHAPITRE XVIII

224. Instruments et appareils nécessairei» pour effectuer des mesures de rendement. — Dans le chapitre y du tome I, on a dt^jà indiqué sommairement quels étaient les instruments ordinairement employés pour effectuer des mesures d'intensité, de tension et de puissance des courants alternatifs. 11 y a lien de compléter maintenant ces indications en ce qui concerne Femploi de ces instruments pour effectuer des mesures de rendement.

Lorsque la chose est possible, on peut utiliser, pour effectuer ces essais, les instruments placés sur le tableau de distribution et servant normalement à relever les indications nécessaires pour le service ; mais, dans ce cas, il est indispensable, avant de procéder à une mesure, d'étalonner les instruments dont on veut se servir. Le plus simple consiste alors à envoyer les instruments à vérifier à un laboratoire d'étalonnement, à moins que Ton ne dispose d'instruments étalons pour faire soi-même les vérifications utiles.

Le nombre d'instruments de mesure placés sur le tableau de distribution est assez grand et il est inutile ici de les examiner successivement; il est beaucoup plus simple et plus rapide, puisqu'on a eu, à plusieurs reprises, Toccasiou d'étudier ces instruments dans le cours de cet ouvrage, d'indiquer les conditions qu'ils doivent remplir pour permettre d'effectuer des mesures précises.

Pour mesurer des tensions allant jusqu'à 500 volts, les instruments fondés sur le principe de réiectrodynamomètre (Voir t. I, § 33) sont ceux qui conviennent le mieux, parce qu'ils sont pratiquement indépendants de la fréquence des courants. La Société Siemens et Halske et la Compagnie Weston en construisent d'excellents. Lorsqu'on se sert de ces instruments, il ne faut pas oublier qu'il est indispensable de les installer à une certaine distance des inducteurs des alternateurs si Ton veut obtenir des indications exactes.

Pour mesurer des tensions supérieures à 500 volts, on peut utiliser des instruments fondés sur le principe de Télectromètre, parce qu'ils permettent d'effectuer les mesures quelle que soit la fréquence des courants. Il y a lieu de mentionner tout particulièrement le voltmètre électrostatique multicellulaire de lord Kelvin. Pour de très hautes tensions, de plusieurs dizaines de milliers de volts, il convient d'employer la balance électrostatique constituée par deux plateaux horizontaux et parallèles dont l'un, en bronze, est fixe, et l'autre, en aluminium, mobile et suspendu au fléau de la balance. En reliant respectivement les deux plateaux aux points entre lesquels on veut mesurer la différence de potentiel, le disque mobile se déplace par rapport au disque fixe par suite d'une action électrostatique, et Ton atteint l'équilibre lorsque la force attractive produite par l'action électrique est équilibrée par l'action de la pesanteur agissant sur l'aiguille indicatrice et sur un poids disposé en dehors de l'axe de suspension. En utilisant des poids de valeur différente, on change la constante de l'instrument. Ainsi, dans la balance électrostatique de lord Kelvin, la graduation comporte 50 divisions et, suivant les différents poids utilisés, la valeur de chaque division correspond à 250, 500 ou 1 000 volts.

Un électromètre de construction spéciale, à quadrants fixes pouvant être déplacés et à aiguille suspendue par un fil de bronze, peut être disposé pour effectuer des lectures par réflexion et servir comme instrument universel à la mesure des courants alternatifs en lui adjoignant une pile étalon et une série de

MÉTIIODKS INDUSTKIKLLES DE MESURE DU RENDEMENT 517

résistances convenables. Ce genre d'instrument est susceptible de rendre les mômes services que ceux que Ton obtient avec le galvanomètre d'Arsonval pour les courants continus.

En effet, en rapprochant convenablement les quadrants de laiguille mobile, on peut obtenir une déviation de 100 mm sur une échelle placée à 2 mètres de distance avec une différence de potentiel de 1 volt. En utilisant des résistances non inductives, on peut mesurer des tensions quelconques avec grande précision; il suffit de monter en série avec Télectromètre des résistances de valeur déterminée. On peut aussi arriver à régler l'instrument pour que chaque division de l'échelle corresponde à un nombre donné de volts et, à cet effet, il suffit d'éloigner ou de rapprocher les quadrants de Taiguille à Taide d'une vis micrométrique. La pile étalon sert à étalonner Tinslrument chaque fois que Ton doit s'en servir.

Cet électromctre, quoique d'un maniement délicat, peut rendre de grands services, parce qu'il peut fttre utilisé aussi bien comme voltmètre que comme ampèremètre.

Pour mesurer des tensions élevées, on a aussi recours parfois à un voltmètre pour basse tension mis en dérivation sur le circuit secondaire d'un petit transformateur établi spécialement pour les instruments de mesure. On peut également utiliser une bobine d'induction en mettant le voltmètre en dérivation sur un nombre déterminé de spires; mais, dans ce cas, il faut que le courant absorbé par le voltmètre soit négligeable ou bien il faut utiliser un voltmètre électrostatique.

225. Pour mesurer les intensités de courants alternatifs, on ne peut songer à employer la balance de lord Kelvin, qui est un instrument de laboratoire, et il faut avoir recours aux instruments thermiques ou bien électromagnétiques. Les premiers peuvent être utilisés avec n'importe quelle fréquence; il n'en est pas de môme pour les seconds (Voir la note, chap. v, t. I). Toutefois les ampèremètres électromagnétiques pour courant alternatif du système Siemens et Halske ne comportant qu'un petit nombre de spires et une très petite quantité

de fer (un très petit disque) donnent des indications toujours suffisantes, même lorsqu'il y a des variations notables de fréquence. Naturellement les électrodynamomètres peuvent être employés comme ampèremètres.

Les ampèremètres ne comportent qu'une seule échelle et ne peuvent, par suite, être utilisés que pour mesurer des intensités dans des limites assez restreintes par suite même de leur construction. En outre, dans les instruments thermiques et électromagnétiques, les indications ne sont bien lisibles que dans une portion assez limitée de Téchelle. On peut toutefois se servir du même instrument pour mesurer des intensités de courant très différentes en les montant sur des transformateurs convenables.

L 'électromètre à miroir, utilisé comme ampèremètre, peut

servir à mesurer des intensités quelconques lorsqu'il est

disposé de manière à donner la dilTérence de potentiel aux

bornes d'une résistance non inductive constituée par une

lame de nickeline d'un mètre de longueur et pliée en double.

Si l'instrument permet de mesurer 2 volts dans les conditions

de sensibilité maximum, en utilisant cinq résistances de 1,

F' ô^' FFï^ ^jrxi' ^^ P^***^ mesurer respectivement des intensités

alternatives jusqu*à 2, 10, 50, 100 et 500 ampères. Comme, dans chaque cas, la chute de tension produite par l'intercalalion de la résistance ne dépasse pas 2 volts, on peut être certain que Tintroduction de l'électromètre dans le circuit de l'installation ne modifie que d'une façon insignifiante les conditions de fonctionnement.

226. Sur les tableaux de distribution, ou généralise de plus en plus l'emploi des transformateurs spéciaux pour les instruments de mesure, voltmètres et vvattmètres. Grâce à cette disposition on peut utiliser des voltmètres à basse tension. En ce qui concerne les ampèremèlres, on emploie avec avantage des transformateurs lorsque l'iniensité du courant primaire atteint plusieurs centaines d'ampères, comme c'est le cas dans

les applications électrothermiques ; on peut aussi se servir d'ampèremètres directs. Dans tous les cas, Temploi de transformateurs permet, si Tinstallation est à haute tension, de mettre les instruments de mesure en dehors du circuit principal; c'est là un avantage considérable, parce que, en cas de décharges atmosphériques, les fortes tensions qu'elles produisent ne risquent pas de détériorer les instruments qui sont toujours très délicats, quoique construits pour des usages industriels; du reste leur enveloppe métallique peut être reliée à la terre.

Toutefois remploi de transformateurs avec les instruments de mesure n'est pas à recommander lorsqu'il s'agit d'effectuer des mesures de précision, comme celles qui sont nécessaires pour la détermination de rendements, parce que leur emploi introduit toujours une certaine cause d'erreurs. Lorsqu'il n'est pas possible de procéder autrement, il suffit de déterminer préalablement la valeur de l'erreur commise afin d'en tenir compte.

227, Pour mesurer les puissances électriques, on utilise généralement le wattmètre et l'on construit aujourd'hui d'excellents wattmètres de précision à lecture directe, entre autres ceux du système Siemens et Halske et du système Weston.

Les wattmètres utilisés dans l'industrie sont tous à lecture directe; mais, pour pouvoir s'en servir avec diverses tensions, bien entendu dans les limites du courant maximum qu'ils peuvent supporter, ils sont munis d'une résistance additionnelle à subdivisions égales que l'on intercale dans le circuit en fil fin lorsqu'on dépasse une certaine tension. L'insertion de celte résistance modifie la constante de l'instrument ; mais une table fournie avec le wattmètre fait connaître, pour chacune des valeurs de la résistance intercalée, le nombre de watts, d'hectowatts ou de kilowatts correspondant h chaque division de Téchelle graduée.

Cette résistance additionnelle subdivisée est ordinairement formée de bobines sans self-induction en fil fin de manganin

520 LA TKCHMQIK DKS COURANTS ALTERNATIFS

OU de platinoïde, ayant un coefficient de température presque négligeable. Mais, par économie, si Ton a h mesurer des tensions supérieures à la tension maximum que permet de déterminer l'instrument, même avec la totalité de ses résistances additionnelles, on peut utiliser des lampes à incandescence montées en série. Toutefois, si Ton veut eifcctuer des mesures précises, il est indispensable, au préalable, de déterminer la valeur exacte de la résistance de la série de lampes sous la tension deTinstallation. Dans ces conditions, ce dispositif n'est pas à recommander, d'autant plus que le prix d'achat d'une série de résistances sans induction n'est pas très élevé.

Afin d'amener au minimum la différence de potentiel entre la bobine fixe et la bobine mobile du wattmètre, il faut relier une des extrémités delà bobine mobile directement avec l'une des extrémités de la bobine fixe intercalée dans un des conducteurs de la ligne. L'autre extrémité de la bobine mobile est mise en communication avec la résistance additionnelle qui, à son tour, est reliée, d'autre part, avec le second conducteur.

Comme le wattmètre absorbe une certaine quantité d'énergie, si l'on veut réduire au minimum Terreur commise de ce chef, en prenant pour valeur de la puissance consommée dans le circuit d'utilisation celle qu'indique l'instrument, il faut procéder de la manière suivante : pour de hautes tensions et de faibles intensités, une des extrémités de la bobine mobile est reliée à la borne de la bobine fixe qui se trouve entre le wattmètre et le circuit d'utilisation; au contraire, pour de faibles tensions et des courants de grande intensité, cette connexion de la bobine mobile doit être établie sur l'autre borne, c'està-dire sur celle qui se trouve du côté de l'alternateur. Ce qui précède s'applique au cas où l'on veut mesurer la valeur de la puissance consommée dans le circuit d'utilisation; si, au contraire, c'est la puissance fournie par la génératrice que l'on veut mesurer, la même règle est applicable, mais en procédant en sens inverse.

II y a lieu encore de faire remarquer que le wattmètre indique non seulement la puissance utile fournie par la génératrice au

MÉTHODES INDUSTRIELLES DE NfESURE DU RENDEMENT 521

circuit d'utilisation, mais encore toutes les pertes, y compris celles provenant d'isolepients défectueux, par exemple entre la masse de fer de la génératrice et les bobines qui l'entourent. C'est ainsi que, lorsque Ton mesure successivement la puissance des trois circuits d'un transformateur triphasé, à noyaux symétriques et fonctionnant à vide, ou bien encore celle des circuits d'un moteur, il n'est pas rare de trouver de notables différences dans les lectures. L'auteur a eu l'occasion, lors de la vérification d'un transformateur à 3000 volts, de constater précisément des différences de ce genre, dues, ainsi qu'on a pu s'en assurer par un examen attentif, au mauvais isolement d'un boulon qui établissait un contact entre, le noyau et l'enroulement, défaut qui donnait lieu à une déviation anormale. Dans

un autre transformateur triphasé, l'auteur a eu également l'occasion de constater que la déviation anormale provenait de ce fait qu'une des vis servant à fixer la culasse sur les noyaux n'était pas suffisamment serrée et produisait un contact imparfait.

522 h\. TECHNIQUE DES COURANTS ALTERNATIFS

L'électromèlre peut être utilisé comme wattmètre'. Dans ce cas, il faut utiliser les quatre quadrants {fig. 257) au ïieu de deux, comme on le fait lorsque l'instrument sert simplement de voltmètre ou d'ampèremètre. L'électromètre est alors étalonné à l'aide d'un courant continu fourni par une batterie d'accumulateurs. Les indications obtenues doivent être multipliées par le nombre que donne le rapport—» U étant la tension du circuit d'alimentation et u celle indiquée par le voltmètre.

Lorsque les mesures doivent s'effectuer sur une canalisation à haute tension, il est utile de disposer les appareils sur une grande table en bois bien isolée. De plus, celui qui procède aux lectures doit se placer sur un tabouret en bois parfaitement isolé. Une simple table de bois placée sur un tapis en caoutchouc n'offre pas des garanties de sécurité suffisantes.

228. Dans tous les essais de rendement, on a à effectuer des mesures de- résistances, mesures qui exigent des précautions toutes spéciales lorsque les résistances à déterminer sont comprises entre des balais frottant sur des bagues ou sur un collecteur, la valeur de la résistance variant suivant la densité du courant et suivant la pression des balais, pression qui, à son tour, varie surtout avec la vitesse périphérique de l'organe mobile.

En pratique, il est assez rare que l'on ait recours au pont de Whcatstone ; en effet, presque toujours les résistances à mesurer sont très faibles et, dans ce cas, le pont ordinaire ne permet pas d'obtenir des résultats suffisamment précis. On emploie ordinairement la méthode de la chute de tension lorsque l'on dispose d'un voltmètre bien étalonné, ou bien la méthode de proportion si l'on peut disposer d'une résistance bien calibrée. La-première de ces méthodes nécessite l'emploi d'un ampèremètre de précision et la seconde celui d'un galva-