CHAPITRE VI

52. Méthodes et instrtiments servant à relever la forme des courbes des grandaurs alternatives. — La méthode classique utilisée pour relever la forme des grandeurs électriques alternatives est celle de M. Joubert dite méthode par points.

FiG. 50.

Un disque isolant en ébonite ou en fibre {fig. 50) porte sur sa périphérie un contact métallique m qui, une fois par tour,, vient toucher, pendant un temps très court, un balai C relié à Tune des bornes A d'un alternateur ou de Tappareil récepteur sur lequel on veut relever la courbe de tension. Le contact m, par Tintermédiaire de la chape métallique g et du balai s, est en communication avec une des armatures d'un condensateur,

FORME DES COURBES DES GRANDEURS ALTERNATIVES 9i

Tautre armature étant reliée à la borne B deralternaleur. Un électromètre sensible ou un voltmètre électrostatique est mis en dérivation sur le condensateur.

Si le disque tourne avec une fréquence identique à celle du courant) le contact m rencontre le balai G toujours au mêm e moment d'une période. Le condensateur se charge alors et Taiguille indicatrice de Tinstrument dévie d'une façon permanente; sa déviation est proportionnelle à la différence de potentiel existant entre les points A et B à Tinstant où se produit le contact. L'appareil étant ainsi réglé, on peut procéder à la détermination des valeurs successives de la différence de potentiel en déplaçant, à l'aide d'une vis raici-ométrique, le balai C le long d*un arc de cercle divisé et en notant, pour chaque nouvelle position, la déviation de l'aiguille indicatrice de l'instrument de mesure.

En reportant les diverses valeurs des déviations sur un diagramme et en reliant les divers points par une courbe, on obtient la courbe de la tension.

Mais, si la tension à relever est élevée et l'échelle du voltmètre ou de l'électromètre suffisante pour indiquer le maximum de la différence de potentiel, la détermination des faibles valeurs est incertaine. On peut alors modifier la méthode en utilisant un galvanomètre balistique dont on peut faire varier à volonté la sensibilité à l'aide d'un shunt.

Pour chaque position donnée au balai C, il faut charger le condensateur au moins pendant une dizaine de secondes, afin d'être certain qu'il existe entre les armatures la même différence de potentiel que celle qu'il y a entre A et B au moment où se produit le contact. Cela fait, on décharge le condensateur à travers le galvanomètre {fiff. 51). La dé- no^. viation obtenue est proportionnelle à la différence de potentiel existant entre les armatures du condensateur et, par suite, à celle qu'il y a entre les points A et B.

Si on veut relever la courbe de l'intensité, il suffit de relover la courbe de la tension aux bornes d'une résistance connue, ordinairement assez faible et complètement dépourvue de self-induclion. Les valeurs de la tension obtenues sont ensuite divisées par la valeur de la résistance connue et Ton obtient ainsi les valeurs successives de l'intensité.

53. Lorsqu'on dispose d'un rhéostat approprié, on peut employer une méthode de réduction à zéro, en employant un dispositif potentiométriquc qui est h recommander tout particulièrement lorsqu'on veut relever la courbe de Tintensité comme on l'a indiqué précédemment. A l'aide d'une source de force

tB

Fio. 52.

électroniotrice, on produit le long d'un fil calibré AB {/ig, 52) une chute de potentiel. En déplaçant le contact P, on trouve par tâtonnement la différence de potentiel AP qui équilibre exactement celle qui existe entre les armatures du condensateur. On se sert ensuite d'un voltmètre de précision ou d'un galvanomètre étalonné pour mesurer exactement la différence de potentiel entre A et P. A l'aide d'un inverseur I, on renverse le sens du courant dans le fil calibré AB lorsque la tension change de signe.

Il est entendu que les valeurs successives s'obtiennent en

FORME DES COfRBEïS DES (ÎRANDEURS ALTERNATIVES 93

déplaçant le balai G de quantités égales chaque fois. Pour que ces intervalles soient relativement grands, afin qu'il soit possible de relever un grand nombre de points, il faut que la course du balai C, correspondant à une période T, soit très grande. On peut, à cet effet, monter le contact m sur la périphérie de Torgane mobile de Talternateur et placer sur l'organe fixe la règle divisée circulaire qui porte le balai C. Mais ce dispositif n'est pas toujours commode à réaliser, ni toujours possible.

Il est alors préférable de faire tourner le disque portant le contact m h. l'aide d'un moteur synchrone ayant un petit nombre de pôles afin que sa vitesse angulaire soit grande et que le déplacement de w pendant une périodesoit, par exemple, le 1/4 ou la 1/2 de la circonférence. En utilisant un petit moteur synchrone, on peut également relever les courbes sans qu'il soit nécessaire d'avoir l'alternateur à sa disposition.

La durée du contact ne doit être ni trop courte ni trop longue; dans le premier cas, la charge du condensateur est incertaine; dans le second, les indications ne sont pas plus exactes, parce que, pendant la durée du contact, la tension peut subir un écart considérable. On obtient de bons résultats lorsque la durée du contact est d'environ 1/20 de la période. Les surfaces qui viennent en contact doivent être argentées, parce que, dans le cas où elles viendraient à s'oxyder, on aurait néanmoins une bonne communication, l'oxyde d'argent étant bon conducteur.

54. En étudiant le dispositif déjà indiqué (/îy. 50) pour l'emploi du galvanomètre balistique, il est facile de voir que le contact mobile peut aussi effectuer la charge du condensateur si, après le balai C, on en place un second Cj relié au galvanomètre.

Comme, dans ce cas, le condensateur se décharge avec une lenteur relative, à cause de la résistance du galvanomètre que le courant doit traverser, il faut que le contact de C, sur in soit prolongé. On peut alors, au lieu d'un disque, utiliser un tam-

Oi

bour métallique entaillé comme le montre la Tigure 53 et animé naturellement d'un mouvement synchrone. Avec cette disposition, le galvanomètre ne se trouve pas dans le circuit pendant la charge du condensateur et, pendant le reste de la rotation, il se trouve relié avec lui.

Fio. 33.

Pour obtenir les divers points successifs, il suffit de déplacer les balais ou, au moins, les deux balais G et C|.

Si le tambour fait n tours par seconde, il y aura n chargea suivies de n décharges identiques du condensateur. Le galvanomètre reçoit donc par seconde une quantité d'électricité

égale à

nCu,

C étant la capacité du condensateur et ii la différence de potentiel existant entre les bornes A et B au moment où se produit le contact. Si le nombre des décharges est suffisamment grand (au moins 15 par seconde si la période des oscillations de la partie mobile est de Tordre de la seconde), le galvanomètre dévie d'une manière permanente, identique à celle que produirait un courant continu qui débiterait, pendant le même temps, lam^me quantité d'électricité^ c'est-à-dire un courant

1. Ce fait a été mis en évidence pour la première fois par Pouillet (Comptes Rendus de VAcad. des Sciences^ tome IV, 18o7.

FORME DBS COURBES DES GRA?iDEUKS ALTERNATIVES 9:*»

eontinu

i = «Cm.

La déviation 3 de l'équipage mobile du galvanomètre est en rapport avec la différence de potentiel à mesurer par la relation

s z= knCu,

si la décharge passe entièrement dans le galvanomètre. Si, au contraire, le galvanomètre est shunté, on a

8 = A — f- nCw.

La sensibilité peut être modifiée en faisant varier .!( ou C, parce que n est d'ordinaire invariable. La co'nstante de temps du circuit de décharge doit avoir une valeur [telle qu'entre une décharge et celle qui la suit immédiatement le condensateur ait le temps de se décharger complètement. C'est pourquoi on doit vérifier expérimentalement si un changement de capacité a une influence perturbatrice sur la dilTérence de potentiel à mesurer. En faisant varier la capacité, la déviation du galvanomètre doit augmenter proportionnellement comme l'indique la formule; c'est pourquoi il faut employer des étalons de capacité, c'est-à-dire des condensateurs préalablement étalonnés.

hb. M. Hospitalier a dernièrement imaginé un instrument fondé sur la méthode qui vient d'être décrite ot auquel il a donné le nom A^ondographe. Avec cet instrument, on peut obtenir automatiquement l'inscription de la courbe sur une feaille de papier. Le dispositif employé est le suivant :

Le tambour, au lieu de tourner synchroniquement, retarde légèrement sur le mouvement synchrone du moteur qui l'actionne par rintermédiaire d'un train d'engrenages calculé à cet effet. En effet, ce tambour etfectuc un tour complet, non en un temps 7, mais en un temps T — t, t étant une fraction très petite de T. Les balais restent fixes, car il n'est plus

96 LA technique: des COrUANTS ALTERNATIFS

nécessaire de les faire participer au mouvement. Il est facile de comprendre que, dans ces conditions, le contact de charge du condensateur se produise à tous les instants successifs de la période et que l'équipage mobile du galvanomètre se déplace assez lentement pour pouvoir enregistrer la forme de la courbe sur un tambour animé d'un mouvement de rotation. Dans Tondographe de M. Hospitalier, il suffit de 15 secondes pour enregistrer la courbe complète d'une tension alternative ayant une fréquence d'environ 50 périodes.

On peut également enregistrer la courbe de la puissance en remplaçant le galvanomètre par un wattmètre dont l'enroulement en gros fil est intercalé dans le circuit principal, tandis que l'enroulement en fil fin est mis en dérivation entre les points C^ et F.

Ces diverses méthodes sont suffisamment pratiques et les mesures peuvent être effectuées par tout le monde. Mais elles présentent cet inconvénient que, pendant le temps nécessaire pour relever une courbe, cette dernière peut avoir subi des variations; les résultats peuvent, par suite, ne pas présenter une grande exactitude.

56. Il y a une autre catégorie d'instr-uments appelés oscillographes qui permettent d'obtenir sur un écran Timage lumineuse de la courbe du phénomène observé. Ces instruments sont de deux sortes : les oscillographes à fer doux et les oscillographes bifilaires; tous deux ont été imaginés par M. Blondel.

L'oscillographe à fer doux est constitué par une petite palette très mince de fer douxjy [fig, 54), montée sur pointes, pivotaot dans des crapaudines en agate et maintenue dans une direction déterminée par les pôles N et S d'un puissant aimant placé dans son voisinage. Lorsqu^un courant passe dans les bobines r, r, la palette se place dans la direction du champ résultant. Comme elle est très mobile, si le courant qui passe

dans les bobines est alternatif, elle suit constamment la direction du champ qui varie à chaque instant et permet d'obtenir la forme de la courbe par le procédé suivant.

Sur la palette/) est fixé un miroir plan de très petites dimensions. Un rayon lumineux qui frappe ce miroir est dévié suivant les mouvements de la palette dans le sens horizontal. Ce même rayon lumineux est reçu sur un miroir tournant d'un mouvement uniforme; il est dévié dans une direction perpendiculaire sur un écran où, à cause de la persistance des images lumineuses sur la rétine, on voit la forme de la courbe du. courant alternatif passant dans les bobines r, r. Au lieu d'utiliser un miroir tournant, on peut employer un dispositif stroboscopique.

L'image Me la courbe n'est reproduite exactement que dans des conditions déterminées de périodicité et d'amortissement de la partie mobile. Il n'y a pas lieu d'enlrer ici dans des détails à ce sujet, car il est préférable de consulter le mémoire original de M. BlondeH.

L'oscillographe bifilaire est un galvanomètre d'Arsonval de modèle spécial ne comportant qu'une spire. Entre les pôles très développés d'un puissant aimant ou d'un électro-aimant {fig, 55) est disposée une spire de fil très fin ou de ruban de bronze phosphoreux dont les extrémités, passant sur deux poulies en os ou en ivoire, sont fixées à un ressort ou h un poids qui permet de donner aux deux côtés de la spire une tension identique. Lorsque cette spire est parcourue par un courant, par suite des forces électromagnétiques qui se développent, chacun des côtés de la spire est dévié en sens opposé, c'est-à-dire que le plan de la spire subit une certaine torsion. Si le courant parcourant la spire est alternatif, la spire oscille synchroniquement. Sur le milieu de la spire est collé un petit miroir plan recevant un rayon