APPAREILS DE MESURES ET DE CONTROLE

Voltmètres : Voltmètre électrostatique pour faibles potentieU, voltmètre enregistreur ; voltmètre avertisseur, voUmèlrea enregistreurs pour courants alternatifs. — Compteurs d'électricité : Compteurs Aron, E. Thomson. — Wattmètre portallt de la Qie des compteurs. — Wattmètre enregistreur.

Voltmètres. — Voltmètre électrostatique pour faibles 'potentiels, — La différence de potentiel efficace, donnée par les circuits secondaires de distribution d'énergie par courants alternatifs, est difficile à mesurer exactement. Les voltmètres thermiques, fondés sur la dilatation d'un fil, absorbent généralement une "puissance assez notable, environ 30 à 40 watts pour 110 volts : quant aux voltmètres pour courants alternatifs fondés sur les actions électromagnétiques, leurs indications ne .sont pas toujours exactes lorsqu'on les emploie à des fréquences très diflFérentes de celles pour lesquelles ils ont été étalonnés.

L'électromètre employé sous la formé idiostatique est exempt de ces défauts, mais il manque souvent^ de sensibilité et d'apériodicité. Lord Kelvin (sir W*. Thomson) Ta perfectionné en employant la disposition

VOLTMÈTRES.

ilb

dite multicellulaire, qui atcroît la sensibilité. Sous sa forme la 'plus récente (fig. 58), cet appareil comprend deux séries de 10 quadrants fixes en métal, commu-

Fig. 58. — Voltmètre électrostatique de lord Kelvin.

niquant avec une borne extérieure isolée,' et un groupe 4e 10 aiguilles d'aluminium, en forme de lemniscate, talées sur un arbre de même métal ; cet arbre est fixé ^ l'extrémité d'un fil de platine-iridium, soudé par

-ad 6 VOLTMÈTRES.

I^'^autre bout à un chapeau qui tourne à frottement sur - un tube de laiton protégeant le fil de suspension, La partie supérieure de l'arbre est munie d'un ressort elliptique, qui vient buter contre la base du tube de laiton lorsqu'on élève cet arbre au moyen d'un petit plateau situé près de son extrémité inférieure; ce plateau se déplace à l'aide d'une vis moletée placée extérieurement, au centre de la base de l'appareil.

Sur l'arbre se trouve également une aiguille équilibrée en aluminium, mobile au-dessus d'un cadran divisé ; l'amortisseur, constitué par un disque de laiton, peut être élevé ou abaissé par une lame que commande une manette extérieure. L'appareil est entouré d'une enveloppe métallique communiquant avec le cadran, avec l'aiguille et avec deux plaques de laiton "verticales, qui limitent la course dB l'aiguille et servent en outre d'armature répulsive. Il est soustrait à toutes les ijifluences et peut être déplacé sans inconvénient, lorsqu'on a calé la suspension.

Le modèle destiné aux tableaux de distribution ne diffère que par quelques détails : la graduation* est tracée sur une surface cylindrique concentrique à la suspension; l'aiguille est recourbée; l'amortisseur est un disque de laiton suspendu à l'aiguille par un crochet et se déplaçant dans l'huile lourde. Cet appareil est sensiblement apériodique.

L'ampèremètre industriel du même savant, destiné aussi aux tableaux de distribution, est formé d'un solénoïde vertical, composé de pièces de cuivre en U, à branches très serrées, séparées par des feuilles de mica, et réliées en tension par des lames de cuivre inclinées qui servent en outre à accélérer le refroidissement. L'appareil mobile comprend une tige de

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fer très doux, terminée par une tige de laiton munie d'un poids. Cette tige porte un étrier horizontal, qui repose par ses arêtes vives dans des trous percés dans un cadre en platinoïde portant une aiguille et suspendu

Fig. 59. — Voltmètre enregistreur F. Henrion.

par deux crochets fixes en cuivre rouge. Ce système estéquilibré par un contrepoids suspendu à l'extrémité d'un levier. Le mouvement de la tige de fer est rendu bien vertical par la masse de laiton qui la termine. L'appareil est muni en outre d'un petit amortisseur à glycérine; il est soustrait aux actions extérieures et n'exige qu'un réglage exti-êmement simple : il suffit de le placer verticalement, ce qui est réalisé

VOLTMÈTRES.

lorsque Taiguille s'arrête au zéro en circuit ouvert. Voltmètre enregistreur, — Cet appareil se compose d'un voltmètre Hummel (1), dont Taiguille porte à sa partie inférieure un crayon qui se déplace sur un disque de carton tournant d'un mouvement uniforme

Fig. 60. — Voltmètre avertisseur J. Richard pour tableaux de distribution.

(flg.59). Ce disque porte des circontérences concentriques, correspondant aux différences de potentiel entre 90 et 110 volts, et des secteurs courbes représentant les divisions horaires ; il est facile à enlever et àreplacer. Dans cet appareil, lès deux parties, 4e volt-

(1) Voy. Dictionnaire d'Électricité, art. Voltmètre, p. 983.

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mètre et Tenregistreur, soat d'une égale simplicité.

Voltmètre avertisseur, '— Cet appareil est destiné à avertir lorsque la tension dû courant de distribution est trop haute ou trop basse. Il se compose d un solenoïde (fig. 60), qui attire un cylindre de fer doux, suspendu à Textrémité d'un fléau de balancé et équilibré par un contrepoids, dont on règle la position suivant la valeur normale de la tension. L'extrémité opposée du fléau se trouve placée entre deux pointes verticales et vient toucher Tune ou Tautre de ces pointes lorsque la tension devient trop forte ou trop faible ; ce contact ferme le circuit de Tune des deux lampes, de couleur différente, qui sont placées audessus de l'appareil. Ce voltmètre peut être réglé facilement entre 80 et 150 volts et sa sensibilité peut varier entre 1 et 10 volts.

On construit aussi un avertisseur d'intensité fondé sur le môme principe*

Voltmètres enregistreurs pour courants alternatifs, -- Le voltmètre J. Richard est fondé, comme ceux de M. G. Hopkins et du major Cardew, sur rallongement d'un. fil fin sous l'action thermique du courant à mesurer. Le fil métallique (fîg. 61), ayant 3 m. de longueur et 400 ohms environ de résistance, est attaché à un point fixe K, passe sur une série de poulies légères et isolées aa et vient s'attacher à un petit ressort spiral r, qui le maintient tendu. Le style enregistreur est relié par une articulation au fil métallique et se déplace lorsque la longueur de celui-ci vient à changer. La quantité de chaleur dégagée et par suite le déplacement de l'aiguille donnent la différence de potentiel aux bornes, dont elles soât fonction.

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VOLTMÈTRES.

Gomme le courant doit passer d'une façon continue dans l'appareil, la température inférieure s'élève sensiblement, et il est à craindre que les distances des poulies viennent à changer. Cet inconvénient est évité par un compensateur de température. Pour la mise en service, il suffit d'amener l'aiguille au zéro

Fig. Cl, — Voltmètre enregistreur J. Richard.

au moyen d'un bouton molelé. L'appareil n'ayant ni capacité, ni self-induction, ni hystérésis, les indications sont les mêmes pour les courants continus ou alternatifs. Le fil peut supporter sans fondre une tension double de celle qu'il doit mesurer.

Le voltmètre Hartmann et Brauti utilise encore la chaleur dégagée par le courant en traversant un fil fin en platine-ârgent de 0,06 mm. de diamètre et 16 cm. environ de longueur (fig. 62). Vers le. milieu de ce fil,

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qui est maintenu par deux pinces à ses extrémités, s'attache un fil de laiton vertical »i, ayant 0,05 mm. de diamètre et 10 cm. de longueur, et dont Textrémité inférieure est fixe. Enfin un fil de cocon c, qui s'enroule sur une poulie munie d'une aiguille, relie le milieu du fil ma l'extrémité d'un ressort-lame />, dont l'action maintient tendu l'ensemble des trois fils. Lorsque le courant passe, le fil de platine-argent se dilate; le fil m

Fig. '62. — Principe du voUnaètre Hartmann et Braun.

n'est plus tendu et le ressort p entraîne, le fil de cocon, ce qui fait tourner l'aiguille .vers la droite.

Pour rendre les indications indépendantes de la température extérieure, la plaque qui porte le premier fil se compose de deux parties, l'une d en lai-ton, l'autre e en fer, et les longueurs de ces deux parties ont été calculées de telle sorte que l'allongement de la plaque soit égal à celui du fil. D'ailleurs l'épaisseur de ce support a été réduite au minimum, afin qu'il se mette plus vite en équilibre de température. Enfin, l'une des bornes qui soutiennent le fil peut être légèrement' déplacée au moyen de la vis «, pour permettre de ramener l'aiguille au zéro, s'il y a lieu. Toutes les bornes sont soigneusement isolées.

L'axe de l'aiguille porte un disque d'aluminium d'une petite épaisseur (fig. 63), qui passe, lorsque l'aiguille tourne, entre les branches d'un fort aimant ; cette disposition rend l'appareil suffisamment apériodique.

Ce voltmètre peut servir pour les courants alternatifs aussi bien que pour les courants continus. Pour les

Fig. 63. — Voltmètre Hartmann et Braun,

tensions élevées, on ajoute des résistances placées au fond de la boîte.

Le même appareil peut servir d'ampèremètre, mais on augmente alors le diamètre du fil de platine-argent et on le subdivise en plusieurs sections, qui sont traversées parallèlement par le courant, afin de réduire la résistance. Le courant est amené au fil par des lames d'argent minces et très flexibles. I^a résistance additionnelle se monte également en dérivation.

Compteurs d'électricité, -r Les compteurs peuvent

être divisés en deux classes. La première comprend les appareils à indications continues, qui enregistrent d'une façon ininterrompue les variations de la quantité d'électricité ou celles de Ténergie, suivant les cas. Dans cette catégorie rentrent les compteurs chimiques et les compteurs-moteurs^ tels que celui de M. Aron.

Fig. 64. — Wattmètre Aron.

La seconde classe comprend les appareils à indications discontinues, qui ont pour but d'enregistrer, à intervalles égaux, les indications d un appareil de mesure, ampèremètre ou él^ctrodynamomètre. C'est cette catégorie qui paraît produire le plus grand nombre d'appareils. Ajoutons encore que les compteurs d'énergie ou wattmètres se multiplient beaucoup plus vite que les compteurs de quantité oucoulombmètres. C'est qu'en effet il y a beaucoup plus d'intérêt à mesurer l'énergie ; d'ailleurs les wattmètres deviennent eux-mêmes des

coulombmètres lorsque la distribution se fait à potentiel constant.

Compteur Aron, — Au concours ouvert par la ville

de Paris, le 31 août 1890, deux compteurs furent con-

^sidérés comme remplissant toutes les conditions du

programme, ceux de M. Aron et de M. E. Thomson;

nous les décrirons d'abord .

Les modèles actuels du compteur Aron ne diffèrent pas sensiblement des anciens (1) ; le type couronné dans le concours est le wattmètre (fîg. 64) ; dans ce nouveau modèle, les spires des deux bobines sont horizontales.

L'ampèreheuremètre et le wattmètre peuvent tous deux se construire aussi pour distributions à trois conducteurs : ils portent alors deux bobines à gros * fil placées sur les conducteurs extrêmes. Les balanciers des hectowattheuremètres se terminent par des bobines à fil fin, recevant une dérivation et. mesurant les volts entre deux conducteurs avoisinants. Le balancier de Tampèreheuremètre porte deux aimants correspondant aux deux bobines à gros fil. Ces appareils font connaître la consommation avec une exactitude de 1 p. 400.

Ces compteurs se font encore pour distributions à 5 fils; les wattmètres se construisent aussi pour courants polyphasés. Les premiers sonten usage au secteur de la place Clichy, les autres à la station centrale de Heillbronn.

Compteur E\ Thomson, — Le modèle actuel du compteur E. Thomson, qui a obtenu, avec le précédent, le premier prix au concours de la ville de Paris, se

(1) Voy. Dictionnaire (TÉtectricité, p. 151.

compose d'un moteur M (fig. 65), entraînant un disque de Foucault D monté sur son axe B. Lé moteur se compose de deux solénoïdes JJ, à gros fil et à spires verticales, placés en prolongement l'un de l'autre, dans l'intérieur desquels tourne un tambour M composé de bobines de fil fin, aboutissant à un petit collecteur en

Fig. 65. — Principe du compteur E. Thomson.

argent, sur lequel frottent deux balais de même mé* tal. Cet induit est mis en dérivation sur les deux conducteurs principaux, à travers une résistance R assez considérable pour éviter les étincelles aux balais. Ce moteur est complètement exempt de fer, de sorte qu'on n'a pas à craindre les effets des variations de magnétisme. Un disque de cuivre D, calé à la partie inférieure de l'arbre du moteur, tourne librement entre

les pôles rapprochés de trois forts aimants AA. On démontre que la vitesse de rotation du disque est proportionnelle à la puissance du courant ; le nombre de tours effectué dans un temps donné est donc proportionnel à Ténergie dépensée. L'arbre porte, à sa partie supérieure, une vis* sans fin qui engrené avec un compteur de tours I; les cadrans de cet appareil font donc connaître la dépense d'énergie.

Les frottements ont été réduits autant que possible, en faisant reposer la partie inférieure de Tarbre sur une coupe en saphir poli, en atténuant la pression des balais, et en équilibrant presque complètement le couple résistant dû au froltement par un coinpoundage spécial. L'induit, le disque et la résistance étant formés du même cuivre,* les variations de température n'influent pas sur les indications, car les changements de résistance agissent également sur le couple moteur et sur le couple résistant; enfin le disque tourne toujours avec^une faible vitesse. L'appareil peut entrer en mouvement pour une puissance de 10 watts environ.

• Ce compteur peut servir pour les courants alternatifs comme pour les courants continus, sans qu'aucune modification soit nécessaire. Il se construit aussi pour distributions à 3 et à 5 fils. ,

Wattmètres portatifs. — L'emploi de plus en plus fréquent des compteurs d'énergie électrique nécessite, chez les abonnés, des essais rapides et cependant d'une certaine précision.

La Compagnie des compteurs emploie pour cet usage l'appareil fîg. 66. Dans l'intérieur du bâti B, qui est en bronze' et d'une seule pièce, se trouveht

Fig. 66. — Wattmètre portatif.

deux enroulements, Tun intérieur^ destiné aux courants de à 30 ampères, Tautre extérieur, pour les courants de 30 à 250 ampères. La bobine mobile D est supportée par un fil métallique fixé aux deux pinces SS, par lesquelles arrive le courant dérivé. L'action électrodynamique est équilibrée par la tension d'un ressort R, soudé d'une part à la bobine D et de l'autre au bouton N, dont la rotation est mesurée par l'aiguille A, mobile sur un cercle divisé ; une seconde aiguille indique la position de la bobine. Deux vis V immobilisent la bobine pour les transports ; la clef C permet de changer le courant dérivé. L'appareil peut reposer sur des vis calantes ou se fixer au mur par l'attache T.

Ce wattmètre est très condensé, très robuste et d'un transport facile ; mais le coefficient de self-induction est assez élevé et l'échauflFement n'est pas négligeable.

Wattmètre enregistreur. — MM. Richard frères ont construit un modèle de wattmètre enregistreur de 3000 ampères et 119 volts, ce quidonne une puissance de 550000 watts. Les quatre premiers appareils de ce système ont été faits pour là Compagnie continentale Edison et sont installés deux à la station Trudaine, deux à la station Drouot.

Le circuit fixe (fig. 67) est formé de huit barres plates de cuivre, en forme d'U, réunies en quantité par six gros boulons, présentant une sectioi^ de 50 cm^, et séparées par de petites cales de cuivre qui laissent circuler l'air, pour empêcher réchauffement. La bobine mobile est à fil fin, de forme à peu près sphérique ; elle se trouve au centre du champ sensiblement uniforme produit par le courant fixe ; elle est calée

siir un axe horizontal terminé d'un côté par une pointe et de l'autre par un couteau reposant sur un plan d'acier trempé; elle communique dune part avec le'

Fig. 67. — Wattmètre enregistreur des 550 000 watts de J. Richard.

circuit fixe, de Tautre avec une résistance additionnelle, formée des deux bobines qu'on voit à gauche. L'axe porte en outre un levier d'aluminium, terminé par une plume qui se meut sur un tambour enregistreur, faisant un tour entier en 24 heures; à l'autre extrémité du levier est suspendu un petit disque plongeant dans un tube rempli de glycérine et qui sert d'amortisseur.