LES

Les chiffres indiquant les divisions sont doublement renversés, afin de permettre l'emploi d'une lunette à deux lentilles. Le zéro de la graduation peut se trouver au milieu de l'échelle ou à Tune des extrémités. Dans le premier cas, les divisions de part et d'autre du zéro sont distinguées par des colorations différentes,, rouge d'un côté, noire de l'autre. Il est souvent difficile d'assurer un bon éclairage de l'échelle. Les échelles tracées sur papier blanc doivent, le jour, être disposées en face d'une fenêtre et, le soir, être éclairées par une rampe a gaz ou par des lampes à incandescence. Les jets de gaz sont disposés au dessus du rayon visuel pour que le mouvement de l'air chaud ne gêne pas les lectures. Lorsqu'on emploie des lampes à incandescence, il convient de vérifier éventuellement si le courant qui les traverse n'influence pas le galvanomètre voisin. On doit à MM. Siemens et Halske des lampes à incandescence à longs filaments droits qui conviennent spécialement pour l'éclairage des échelles. Parfois, celles-ci sont en verre dépoli et éclairées par transparence.

Il résulte des dispositions décrites ci-dessus que, pour un angle de déviation x de l'aiguille, on lit dans la lunette une longueur 8 telle que

tang 2a = yi

/ étant la distance du miroir à l'échelle. On déduit de là

a = 2 arc tang. - == - ^ - - - ^ - + ? ).

Si les angles sont inférieurs à 3°, il suffit de retenir

io i 83

On peut éviter ce calcul en adoptant une échelle courbée en arc de cercle de rayon /. On a alors rigoureusement, en appelant ô la longueur lue sur la graduation,

La méthode subjective est très précise, mais elle est fatigante pour la vue. Dans les mesures industrielles , on lui préfère la méthode objective.

Méthode objective. Pour exécuter cette méthode, on remplace habituellement le miroir plan par un miroir concave. A la lunette on substitue une lampe placée derrière l'échelle et envoyant un pinceau de lumière sur le miroir, grâce à une ouverture percée sous le milieu de l'échelle :lig. 5). Celle-ci est placée à une distance et dans une position telles que l'image de la flamme vienne se projeter sur le milieu de la graduation ; on trouve rapidement l'emplacement convenable de l'échelle en déplaçant devant celle-ci une feuille de papier sur laquelle se proiette la tache lumineuse. Si l'appareil mobile est pourvu d'un miroir plan, on concentre les rayons à l'aide d'une lentille convergente placée sur le parcours

du faisceau incident. Les lectures se font dans un demi-jour, afin de distinguer nettement l'image. Celle-ci a la forme d'un trait lumineux si l'orifice qui livre passage au faisceau est une fente verticale. On lit alors les divisions limitées par l'un des bords de l'image. Il est préférable d'employer une ouverture circulaire ou carrée traversée par un fil vertical. On obtient ainsi une image coupée par l'ombre du fil. *

Ces systèmes présentent l'inconvénient d'obliger l'opérateur à se tenir penché entre l'échelle et l'appareil pour faire les lectures.

U ne amélioration notable consiste à tracer la graduation sur une échelle translucide , en toile à calquer, par exemple. Dans ce cas, l'image est très nette pour un observateur placé derrière l'échelle sur le prolongement du faisceau réfléchi. Les lampes à flamme employées avec ces échelles se placent sur le côté, dans une lanterne, et leur lumière est dirigée sur le système mobile par un miroir incliné placé derrière le milieu de la graduation (fig. 6).

Lorsqu'on utilise des appareils de mesure peu influençables par les courants voisins, on peut employer comme source lumineuse une lampe à incandescence, qui se dispose derrière l'échelle. La partie rectiligne du filament , émettant un faisceau lumineux à travers un orifice percé dans la lanterne , donne sur la graduation une image très nette, qui peut être vue dans une salle éclairée par la lumière diffuse du jour, lorsque l'observateur a le soin de tourner

Fig. fi.

le dos aux fenêtres ou de placer l'échelle perpendiculairement à celles-ci.

Si l'on veut que l'image allongée du filament vertical soit transformée en un point très brillant, spécialement pour les enregistrements photographiques , on place , comme l'a conseillé M. Boys, sur le parcours du rayon réfléchi une lentille cylindrique dont l'axe est horizontal et qui permet la libre déviation de la lumière dans le sens de la graduation.

Avec une échelle droite placée à i3o cm de l'appareil de mesure et dont la graduation s'étend à 25 cm de part et d'autre du zéro, l'erreur de proportionnalité maxima commise en substituant la tangente à l'angle n'atteint pas i pour 100. L'erreur est nulle si l'on courbe l'échelle suivant un arc de cercle dont le miroir occupe

Mesure des forces faibles. Divers modes de suspension des équipages mobiles. — Dans les appareils de mesure on doit souvent équilibrer des forces électriques ou magnétiques de faible intensité. On adopte, dans ce but, soit la réaction d'un champ magnétique sur un aimant, soit Faction de la pesanteur, soit la force élastique d'un fil ou d'un ressort de suspension.

Dans un galvanomètre à aimant mobile, c'est le champ magnétique terrestre qui fait équilibre à l'action électromagnétique du courant. Si l'action terrestre est trop faible, on peut y ajouter celle d'un aimant directeur fixe, placé dans le voisinage de l'aiguille

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mobile de manière à exercer un couple qui vient en aide au couple terrestre. Au contraire, on réduit la force antagoniste, en orientant l'aimant directeur de telle sorte que Faction terrestre soit neutralisée en tout ou en partie.

On a un exemple de l'emploi de la pesanteur comme force antagoniste lorsqu'on équilibre l'attraction de deux bobines plates

parallèles et horizontales, traversées par des courants de même sens, en fixant la bobine mobile à l'un des bras du fléau d'une balance dont l'autre bras porte un plateau qu'on charge de poids.

Un autre exemple est la suspension bifilaire des électromètres à quadrants. Lorsqu'une palette électrisée est soumise à un couple situé dans le plan horizontal, on peut équilibrer ce couple en suspendant la palette à deux fils minces,//' (fig. 7), légèrement J

écartés. Par suite du déplacement angulaire de la palette, le centre de gravité du système remonte, ce qui produit un couple antagoniste qui, pour les déviations faibles , est proportionnel à l'angle de torsion , à l'écartement des fils, au poids suspendu et inversement proportionnel à la longueur de la suspension. Ce système n'est guère employé que lorsqu'il est nécessaire de pouvoir varier le couple antagoniste, ce qui est possible en modifiant l'écartement des brins. Pour cela , on fait passer ceux-ci sur les deux moitiés d'une vis présentant deux séries de filets de sens inverses. En tournant cette vis dans un sens les deux brins se rapprochent, tandis qu'ils s'éloignent si l'on tourne la vis dans le sens opposé.

La pesanteur sert enfin de force antagoniste dans un grand nombre de galvanomètres industriels où l'action électromagnétique est équilibrée par des poids exerçant des couples variant avec les déplacements du système mobile.

Réaction élastique. La suspension unifilaire est l'exemple le plus fréquent d'une réaction élastique antagoniste. Son action est souvent combinée à l'une des précédentes. C'est Coulomb qui , le premier, a utilisé la réaction de torsion d'un fil pour mesurer les couples électriques. Il a reconnu expérimentalement que le couple de torsion d'un fil vertical détourné de sa position d'équilibre, est proportionnel à l'angle de déviation, à la 4e puissance du diamètre du fil et inversement proportionnel à la longueur de celui-ci :

Le coefficient A* varie avec la nature du fil et sa température; il est proportionnel au module d'élasticité du fil.

L'influence considérable du diamètre fait rechercher les corps les plus tenaces, qui permettent de réduire cet élément autant que

possible. Parmi les corps conducteurs, l'argent, le bronze phosphoreuxetle bronze d'aluminium sont particulièrement avantageux, eu égard aux rapports de leur élasticité à leur ténacité ; ils sont fixés par une soudure à rétain. Mais certains isolants sont très supérieurs aux conducteurs à cet égard, la soie et le quartz entr'autres.

Les fils de cocon, les plus employés pour les appareils de grande sensibilité, ont une ténacité i3 fois supérieure à celle des fils d'argent, ce qui permet de réduire considérablement le diamètre et, par suite, la réaction de torsion de ces fils. Si le poids à supporter est lourd, on réunit plusieurs brins en un faisceau. Le couple de torsion est alors à peu près égal à la somme des couples fournis par les divers fils composants.

Pour préparer une suspension , on dévide les fibres intérieures d'un cocon dégraissé au moyen d'une lessive alcaline. On sépare les deux brins qui composent chaque fil et l'on détord ces brins en y suspendant un poids pendant quelques semaines. Les fils ainsi apprêtés sont liés aux pièces qu'ils doivent supporter. On assure l'invariabilité des nœuds par une gouttelette de gomme-laque.

Le fil de cocon a l'inconvénient de se tordre sous l'influence des variations hygrométriques de l'air. M. Vernon Boys a évité cet inconvénient en substituant à la soie des fils de quartz qu'on obtient sous une grande ténuité en étirant rapidement une gouttelette de quartz fondu au chalumeau oxhydrique. Ces fils jouissent d'une ténacité extrême. lisse fixent au moyen de cire à cacheter.

Depuis quelques années, on utilise des fils métalliques aplatis qui . à ténacité égale, possèdent une sensibilité à la torsion supérieure à celle des fils ronds. MM. Ayrton et Perry ont comparé deux fils de suspension de même section , l'un rond de 0,234 mm de diamètre, l'autre rectangulaire de 0,7128 mm sur 0,0712 mm. Pour un même couple, la déviation est 5 fois plus grande avec le second fil, l'effet de cisaillement est moitié moindre, ce qui diminue les chances de déplacement du zéro, et, dans le cas où la suspension doit être traversée par un courant, le refroidissement est à peu près double avec la bande.

On doit donner à la suspension unifilaire une assez grande longueur, lorsque les angles de torsion dépassent quelques degrés, afin de ne pas atteindre la limite d'élasticité, ce qui produirait une torsion permanente.

Pour réduire la longueur des suspensions et, par suite, la hauteur des appareils, on utilise la disposition suivante : la force directrice est développée par un boudin métallique dans Taxe duquel est tendu un fil de soie qui supporte l'équipage mobile. Un tel système est Susceptible de résister à des torsions considérables. La permanence des ressorts à boudin est remarquable. M. Kohlrausch cite un ressort d'acier dont l'élasticité n'a pas varié de i pour iooo en 7 ans. Le couple de torsion d'un fil enroulé en hélice est à peu près équivalent à celui d'un fil droit de même section et d'une longueur égale à la longueur développée de l'hélice ; il est d'ailleurs indépendant du rayon de l'hélice.

Pour fabriquer des ressorts réguliers, on enroule le fil en spires serrées sur un mandrin cylindrique, puis on use la surface extérieure du boudin, de manière à supprimer les fibres les plus déformées. Le boudin garde alors la forme qu'on lui a donnée.

Enfin, dans quelques appareils, on fait usage de ressorts directeurs en forme de spiral, en réduisant ainsi au minimum l'espace occupé en hauteur; l'équipage mobile pivote alors entre pointes.

Il faut éviter les ressorts en matière magnétique qui sont susceptibles d'être influencés par les aimants et les courants.

La chaleur fait varier l'élasticité des fils métalliques. Le coefficient de torsion à r° est

Ki= K„ (i — a/ — % /*).

Pour le cuivre,

a = 5,2 X 10— » et J; = 2,8 X 10— 7.

Ces variations sont négligeables dans les appareils industriels.

Quelquefois, on utilise l'allongement des ressorts à boudin pour mesurer des erforts dirigés suivant leur axe. Les allongements élastiques sont sensiblement proportionnels aux efforts qui les déterminent; mais ils ont l'inconvénient d'être très faibles et partant difficiles à apprécier avec exactitude, sans le secours de procédés optiques ou mécaniques spéciaux.

MM. Ayrton et Perry ont remarqué que, lorsqu'on suspend un poids à un ressort à boudin û\é par le haut, l'extrémité inférieure

tend à tourner d'un angle proportionnel à la tension. Pour évaluer cette rotation avec exactitude, il suffit de fixer à l'extrémité libre une longue aiguille indicatrice normale à Taxe du ressort.

Lorsque Taxe d'un équipage mobile est horizontal, on le supporte entre des fils tendus ou sur couteaux; ceux-ci sont avantageusement remplacés par des pointes qui donnent une ligne de support bien nette.

Les équipages tournant entre pointes doivent avoir des pivots très durs, eh osmiure d'iridum par exemple , portant sur des chapes en agate. On évite le serrage excessif des pivots en montant Tune des chapes sur ressort.

Mesure des temps. — Un assez grand nombre de mesures électriques entraînent la détermination de la durée d'un phénomène. Tel est le cas pour l'estimation de la durée d'une oscillation complète du système mobile d'un galvanomètre animé d'un mouvement périodique isochrone. On observe le passage du système oscillant par sa position d'équilibre ou par l'une de ses positions extrêmes, à l'aide de l'un des procédés décrits pour la mesure des angles, et l'on estime, à l'aide d'un chronomètre, la durée d'un nombre déterminé d'oscillations complètes.

Les compte-secondes employés à cette fin sont des appareils dans lesquels l'aiguille des secondes peut être mise en mouvement à l'instant précis du commencement des observations et arrêtée à la fin de celles-ci, en appuyant simplement le doigt sur un bouton.

Pour les expériences très précises, on préfère les comptesecondes à pointage, dans lesquels, au lieu d'arrêter l'aiguille, on inscrit, par un point noir sur le cadran, la position de l'aiguille des secondes au moment des passages ou des séries de passages.

Enregistrement des déviations. Procédé de Richard. Procédé photographique. Méthode de l'auteur. Méthode de Frôlich. Méthode de Blondel. — Lorsque les oscillations sont très rapides , il est préférable de recourir à leur enregistrement.

Nous indiquerons, à cette occasion, les procédés généraux employés pour enregistrer les déviations des systèmes mobiles autour d'un axe.

Il est souvent utile d'inscrire automatiquement les déviations d'un galvanomètre. Un enregistreur remplît l'office d'un observateur fidèle et infatigable lorsqu'il s'agit de phénomènes à allure lente. Il permet aussi de saisir au vol et d'inscrire des déplacements qui, par leur rapidité, échappent à l'analyse de nos sens.

La fig. S montre l'appareil Richard utilisé pour enregistrer les déviations de l'aiguille d'un wattmètre.

La pièce mobile porte une tige flexible terminée par une plume remplie d'encre à base de glycérine. L'absorption de l'humidité de l'air parla glycérine entretient la limpidité de l'encre. Cette plume appuie contre un tambour recouvert de papier divisé et animé d'un mouvement de rotation . grâce à un mécanisme d'horlogerie intérieur. La combinaison des déplacements de la plume et du tambour trace sur le papier une courbe continue qui représente les déviations en fonction du temps.

Ce procédé n'est pas applicable à l'enregistrement des oscillations rapides; il ne peut pas non plus être utilisé avec des galvanomètres

à suspension délicate, dont les déplacements seraient gênés par le frottement de la plume sur le tambour. On préfère alors enregistrer les oscillations par un procédé photographique.

Le système mobile est placé dans une chambre obscure devant un cylindre animé d'un mouvement de rotation rapide et aussi uniforme que possible. Un faisceau de lumière, provenant d'une lampe, est projeté sur un miroir que porte le système oscillant et réfléchi sur une feuille de papier photographique sensible recouvrant le cylindre enregistreur. Le faisceau est concentré à l'aide de lentilles de manière à donner une image bien nette sur le papier. Si Ton veut obtenir une image très réduite, on envoie par une fente étroite un faisceau de lumière qui est coupé près du papier par une fente perpendiculaire à la précédente. Les oscillations sont enregistrées sous forme d'une courbe périodique que le développement de la feuille sensible fait apparaître. Pour graduer les abscisses de la courbe, qui figurent les temps, on enregistre à côté de celle-ci les oscillations d'un diapason de période connue. A cette fin, un miroir est ùzé sur Tune des branches du diapason dont le mouvement est entretenu par un mécanisme analogue à celui des sonneries trembleuses. Grâce à un faisceau de lumière réfléchi par le miroir, on obtient sur le cylindre enregistreur une courbe périodique constituant l'échelle des temps.

L'auteur a simplifié ce procédé.

Fig. <».

Dans la fig. 9, m représente le miroir concave d'un galvanomètre traversé par des courants à variations rapides. Sur ce miroir

on envoie un faisceau lumineux intermittent produit par l'étincelle secondaire d'une bobine d'induction V, éclatant entre une pointe de charbon / et un fil épais de magnésium À*. Les interruptions du circuit primaire de la bobine sont réglées par un électro-diapason F. Le faisceau lumineux, réfléchi par le miroir et concentré par une grande lentille biconvexe, vient former une image de l'étincelle sur une feuille de papier sensible tendue, soit sur un cylindre possédant un mouvement rotatif, soit sur une planchette verticale animée d'un mouvement de descente. On obtient ainsi une courbe pointillée lors du développement de l'image; en menant par les points successifs des normales à la direction du déplacement du papier, on gradue l'axe des temps en intervalles de durée égaux et déterminés.

S'il n'est pas nécessaire de connaître la valeur des intervalles, mais si l'on désire simplement diviser l'axe des temps en parties d'égale durée, on peut, au lieu du diapason, employer simplement le ressort interrupteur de la bobine de Ruhmkortf. Pour obtenir une étincelle bien nette, on ajoute une bouteille de Leyde en dérivation par rapport aux bornes secondaires.

Afin de montrer à un auditoire la forme des courbes représentant les courants périodiques, M. Frolich fait usage du dispositif représenté dans la fig. 10. Une lampe à arc envoie un faisceau lumineux convergent sur un petit miroir ûxé , vers le milieu du

Fig. 10.

rayon, au diaphragme d'un téléphone parcouru par les courants

étudiés. Les rayons réfléchis vont frapper un prisme dont les faces sont couvertes de miroirs plans et auquel on imprime un mouvement de rotation rapide. Le faisceau est enfin reçu par

un écran translucide. Lorsque la vitesse de rotation des miroirs tournants est convenablement réglée par rapport à la période des courants qu'il s'agit de représenter, et lorsque ceux-ci se succèdent assez rapidement , on voit sur l'écran , en vertu de la persistance des impressions lumineuses sur la rétine , les courbes figurant les ondulations des courants. En remplaçant Técran par une plaque photographique, on peut enregistrer les ondulations.

Voici un autre procédé imaginé par M. Blondel pour atteindre le même résultat. Le trait lumineux vertical ou le filament de la lampe à incandescence qui éclaire le miroir porté par l'équipage oscillant, est placé derrière un disque percé de fentes radiales et tournant autour d'un axe horizontal. Le disque est entraîné par un moteur réglé de manière que chaque fente radiale défile devant le filament pendant la durée d'une période. On obtient ainsi l'effet d'un point lumineux qui se déplace et dont l'image réfléchie décrit sur un écran ou sur une plaque photographique une courbe figurant le mouvement du miroir mobile.

Mesure des vitesses. — Les essais des dynamos conduisent à déterminer le nombre de révolutions d'axes mobiles dont le mouvement peut être considéré comme uniforme pendant un temps donné. Pour arriver à ce résultat, on adapte à l'arbre mobile un compte-tours qui indique soit par une aiguille se déplaçant sur un cadran gradué, soit à l'aide de chiffres mobiles. L'axe des comptetours, qui comportent un"rnécanisme des plus simples, est pourvu d'un pointeau en acier trempé et en forme de pyramide triangulaire. On pousse ce pointeau dans un trou ménagé dans l'extrémité de l'arbre de la machine. Les arêtes de la pyramide, en mordant dans les parois de la cavité, sont entraînées par l'arbre et communiquent la vitesse de celui-ci au compteur. Cependant, des glissements sont possibles; aussi, pour atteindre une exactitude rigoureuse, est-il bon d'attacher l'axe du compteur à Taxe mobile à l'aide d'un boudin métallique fixé de part et d'autre.

Pour se servir des compte-tours à pointeau , on pousse le pointeau contre l'arbre en même temps qu'on fait partir le compte-secondes et Ton retire le pointeau quand l'aiguille du compte-secondes marque une minute. Cette façon de procéder peut entraîner

une erreur par suite de l'inertie du compteur, qui fait perdre quelques révolutions au début ; il est vrai que la même cause amène une légère compensation lors du retrait. Une erreur d'une demi-seconde sur une minute produit une erreur relative voisine du centième. Lorsqu'on se sert de compteurs fixés à l'arbre , on fait partir l'aiguille du compte-secondes quand le compteur est au

Fie n.

zéro, et on l'arrête quand celui-ci marque un nombre rond de centaines ou de milliers de tours. Avec ces appareils, on détermine souvent la vitesse moyenne en comptant les tours pendant plusieurs minutes.

Les compteurs à chiffres, employés avec les machines lentes, sont souvent à mouvement alternatif et commandés par une petite bielle, mue par l'arbre mobile.

Les compte-secondes employés dans ces expériences doivent être non-magnétiques, caries dynamos sont susceptibles d'aimanter les appareils qui ne sont pas dans ce cas et de causer ainsi des erreurs sérieuses dans la mesure du temps.

La fig. 1 1 montre les deux faces d'un appareil dû à M. Jaquet et renfermant un compte-tours et un compte-secondes. Ce dernier est déclanché au moment où Ton appuie le pointeau contre l'arbre mobile et s'arrête quand on retire l'instrument, ce qui assure la simultanéité des deux lectures.

On fait quelquefois usage, pour rendre plus rapide la mesure des vitesses, d'indicateurs de vitesse ou tachymètres, dans lesquels les déplacements de l'index sont commandés par des mobiles qui s'écartent plus ou moins d'une position d'équilibre en vertu de la force centrifuge. Ces appareils doivent être étalonnés fréquemment à l'aide d'une des méthodes précédentes. Enfin, avec les machines lentes, on se contente parfois d'un essai grossier consistant à compter les tours pendant une ou plusieurs minutes. Le compte des chiffres se fait à partir de zéro et non de l'unité.

On peut être amené à déterminer les variations de vitesse d'une machine pendant une révolution. Le moyen le plus simple pour arriver à ce résultat consiste à coller, sur un volant fixé sur l'arbre mobile, une bande de papier recouvert de noir de fumée. Durant la révolution du volant, on approche de la jante noircie un style porté par un diapason. La sinusoïde tracée par le style sur le papier procure une division du temps en intervalles d'égale durée, qui permet d'estimer les variations de vitesse cherchées.

Dans certains cas, il est utile d'employer la stroboscopie pour la mesure des vitesses. On regarde la poulie dont on cherche la vitesse à travers les trous faits dans un disque mobile. Si la vitesse de celui-ci est égale à celle de la poulie , cette dernière parait immobile. Mais si la vitesse de la poulie est plus faible, on voit passer successivement les rayons de la poulie comme si celle-ci tournait dans le même sens que le disque. Supposons que la poulie porte 20 divisions. Si, en 20 secondes, 4 divisions ont passé devant

les trous du disque, la vitesse de la poulie est inférieure de à celle

du disque. Connaissant une fois pour toutes la vitesse de ce dernier, on pourra donc déterminer la vitesse cherchée par un calcul simple.

Essai d'une installation motrice à vapeur. — L'essai complet d'une installation motrice à vapeur comporte d'abord la détermination du poids de vapeur sèche produite par kilogramme de charbon consumé; c'est là la valeur de l'effet utile de la chaudière. Vient ensuite la mesure du poids de vapeur sèche consommée par cheval-heure indiqué aux cylindres de la machine à vapeur. Enfin, on doit estimer le rapport entre la puissance effective disponible sur l'arbre de la machine à vapeur et la puissance indiquée, rapport désigné sousle nom de rendement organique de la machine. On juge réellement de la valeur économique de celle-ci par la consommation de vapeur correspondant au cheval-heure effectif, mais, eu égard à la difficulté des mesures au frein, il est rare qu'on détermine le travail effectif autrement que par la différence entre le travail indiqué en charge et le travail indiqué à vide.

Essai de la chaudière. Il convient tout d'abord de préciser la qualité du combustible employé. L'indication la plus exacte est fournie par une mesure calorimétrique, faite aisément au moyen de la bombe calorimétrique et donnant le pouvoir calorifique. A défaut de cette mesure, on peut faire exécuter par un chimiste le dosage du charbon en carbone et en hydrogène et additionner les calories dégagées par la combustion de ces deux corps. Les prises d'essai du charbon doivent être prélevées sur le mélange pulvérisé de pelletées prises en divers endroits du tas servant à l'essai delà chaudière.

Quelquefois, on fait un essai de vaporisation en 2 ou 3 heures : on le commence en pesant le charbon enflammé existant sur la grille; on mesure le charbon au fur et à mesure du chargement, et l'on pèse enfin le charbon restant sur la grille à la fin de l'essai; on déduit les cendres du charbon consommé. Un tel essai laisse beaucoup d'incertitude.

Il est préférable de faire durer l'essai 8 à 10 heures en faisant en sorte que la grille soit chargée à peu près de la môme manière

au commencement et à la fin de l'expérience. Les différences qui peuvent exister de ce chef ont alors fort peu d'influence sur l'évaluation delà quantité totale de combustible brûlé. Il faut s'assurer de l'étanchéité des joints en laissant la chaudière en charge pendant 12 à 24 heures et en vérifiant l'abaissement du niveau de l'eau, ce qui permet de déduire la perte horaire.

La manière de procéder suivante est recommandée par M. Kennedy. Après avoir vérifié tous les joints et, au besoin, remplacé les valves par des tôles pleines dans les branchements non utilisés des conduites, on fait mettre la chaudière à feu 2 heures avant l'essai, pour que toutes ses parties acquièrent leur température normale; 1 o à 1 5 minutes avant de commencer les expériences de vaporisation, on fait arrêter le chargement, nettoyer les feux et vider le trou aux cendres; la pression tombe, la machine alimentée fonctionnant à sa charge normale. Quand la chute atteint 3 pour 100, on marque le niveau de l'eau dans les tubes indicateurs, on note la pression et l'on commence les relevés. A partir de ce moment, on charge du combustible qu'on pèse au fur et à mesure. On s'arrange de manière à tenir toujours prête et pesée la quantité de combustible brûlée en une demi-heure. On maintient la pression bien constante durant tout l'essai.

A la fin, on laisse de nouveau descendre la pression jusqu'à la valeur initiale, et l'on s'arrange de manière que le niveau de l'eau soit le même qu'au début. On arrête alors l'expérience.

On fait analyser un échantillon des cendres pour déterminer la quantité de combustible non consommé qu'elles contiennent encore.

Pour permettre d'évaluer l'eau vaporisée, la pompe alimentaire puise l'eau dans un bac jaugé pourvu d'un thermomètre. Le chauffeur doit maintenir le niveau de l'eau dans la chaudière aussi constant que possible pendant l'expérience ; avant de vérifier le niveau, il faut vider les tubes indicateurs afin d'établir l'équilibre des températures.

Il convient de mesurer l'eau de primage entraînée par la vapeur. Le moyen le plus commode consiste à ajouter 1 pour 1 000 de chlorure sodique à l'eau d'alimentation. Ce sel est entraîné par l'eau de primage. On recueille de temps en temps une petite quantité de vapeur par un orifice fait dans le tuyau qui conduit le fluide à la

machine et près de celle-ci. Cette vapeur est condensée dans un serpentin. On prélève des volumes égaux de cette eau de condensation et de l'eau alimentaire. On ajoute à ces deux prises d'essai du chromate de potassium, puis une solution de nitrate d'argent. Il se forme d'abord un précipité blanc de chlorure d'argent tant qu'il reste du chlorure sodique; à partir de ce moment, il se forme du chromate d'argent rouge. Les poids de la solution de nitrate d'argent à verser dans les deux prises d'essai pour amener la coloration rouge sont dans le rapport des quantités de sel marin contenues. On peut ainsi estimer l'eau de primage, qui, seule, a pu amener du sel marin dans la vapeur condensée. La densité des solutions de chromate de potassium et de nitrate d'argent ne joue aucun rôle.

Il convient d'être en garde contre certaines fraudes dans les essais de chaudières. Si, par exemple, le chauffeur laisse descendre fortement le niveau puis, à la fin de l'essai, alimente avec de l'eau froide, la quantité de chaleur contenue dans la chaudière est inférieure à ce qu'elle était au début.

De même, si, avant l'essai, le chauffeur ouvre brusquement la valve d'admission, les poches de vapeur se vident et le niveau descend. A la fin, on peut reformer les poches en fermant graduellement la valve, de manière à faire remonter le niveau.

Pour réduire le poids apparent de charbon brûlé, le chauffeur met les scories sur le côté de la grille pendant l'essai , puis les ramène sur le foyer à la fin en les faisant compter comme combustible.

Essai de la machine à vapeur. Le poids de vapeur sèche consommée par cheval-heure indiqué se déduit des expériences précédentes, des données fournies par les indicateurs et de la vitesse.

Dans le cas particulier où la machine est pourvue d'un condenseur par surface, le poids d'eau condensée, correction faite comme précédemment pour l'eau de primage, représente très exactement la vapeur consommée. On peut alors réduire à une ou deux heures la durée de l'essai de la machine à vapeur.

Mesure de la puissance mécanique. Indicateur Crosby. Dynamomètre de transmission von Hefifner- Altenek. Frein à cordes. — La détermination du rendement d'une dynamo conduite

MESURES GÉOMÉTRIQUES ET MESURES MÉCANIQUES 5l

par un moieur à vapeur nécessite l'estimation du travail fourni par le moteur. Ce travail est égal à l'énergie mécanique développée par la vapeur dans les cylindres, diminuée des pertes dues aux frottements de la machine.

Pour estimer le travail de la vapeur, on se sert d'indicateurs qui permettent de déterminer la pression moyenne de la vapeur dans le cylindre. L'un des plus employés pour l'essai des machines à grande vitesse, utilisées fréquemment pour conduire les dynamos, est l'indicateur Crosby, fig. 1 2 et 1 3 .

Fig. la. Fig. i3.

On visse sur chacune des extrémités du cylindre à vapeur un petit cylindre contenant un piston sollicité vers le bas par un ressort taré, à double hélice. A une rotule portée par le ressort est adaptée une tige traversant librement le* fond supérieur du cvlindre et dont les déplacements sont amplifiés par une série de tringles articulées qui déplacent l'extrémité d'un style en laiton sur une feuille de papier préparé au blanc de zinc, enroulée autour d'un tambour. Ce dernier reçoit un mouvement alternatif lié avec celui du piston moteur, par l'intermédiaire d'une corde de chanvre attachée à un levier basculant mis en mouvement par la tige de ce piston. Les bras du levier sont proportionnés de manière que la course du piston corresponde à peu près à une révolution du tambour mobile. La corde reste toujours tendue gràceà un ressort de rappel,

à boudin, disposé à l'intérieur du tambour. Il faut que, dans sa position moyenne, le levier soit normal à la direction de la corde et que le plan dans lequel il oscille soit sensiblement tangent au tambour mobile, pour que les déplacements angulaires de celui-ci soient proportionnels aux chemins parcourus par le piston de la machine. Il convient que les cordes conduisant les indicateurs soient aussi courtes que possible.

Les tuvaux raccordant les indicateurs au cvlindre du moteur doivent être gros et courts. Il n'est pas recommandable d'employer un seul indicateur pour les deux faces du piston moteur, sauf avec les machines dont la marche très lente laisse à l'équilibre des pressions le temps de s'établir.

On commence par tracer la ligne atmosphérique à la main. On s'assure que la course des traceurs est normale et l'on a soin de purger le cylindre de l'indicateur et la conduite de raccordement immédiatement avant de prendre les diagrammes. A cet effet, l'indicateur est pourvu d'un robinet à trois voies. On laisse le traceur parcourir son cycle une dizaine de fois, ce qui fournit une courbe movenne.

Pour graduer l'indicateur, on l'adapte à une chaudière à vapeur où l'on fait varier la pression, celle-ci étant mesurée par un manomètre à air libre ou par des poids agissant sur le piston d'un cylindre de diamètre connu communiquant avec la même chaudière. Par ce moyen, on élimine l'effet des fuites éventuelles de l'indicateur et Ton porte celui-ci à sa température normale. A défaut d'une chaudière disposée pour ce tarage, on gradue les ressorts d'indicateur au moyen de poids connus dont on charge le centre du piston par l'intermédiaire d'une tige. A cet effet, l'appareil est maintenu, renversé, dans un étau de manière que l'axe de son cylindre à vapeur soit bien vertical. On a soin d'immerger, au préalable , le cylindre de l'indicateur dans l'eau bouillante, afin de donner au ressort une température qui ne soit pas trop éloignée de la température normale. On détermine , par ces procédés , les pressions correspondant aux ordonnées des courbes tracées sur le tambour enregistreur.

Les diagrammes fournis par les indicateurs fixés aux deux extrémités du cylindre moteur sont calculés parla méthode de Simpson

ou à l'aide du planimètre cTAmsler, en vue de déterminer la pression moyenne de la vapeur. Lorsqu'on fait usage du planimètre, on contourne deux fois chaque diagramme. Un moyen de calcul rapide, sans appareil, consiste à diviser la base du diagramme en dix parties égales et à ajouter les ordonnées correspondantes sur une bande de papier. La dixième partie de la longueurtotale représente sensiblement l'ordonnée moyenne.

Connaissant, en outre, les dimensions du piston de la machine à vapeur, sa course et le nombre de tours effectués par seconde, on détermine aisément la puissance développée par la vapeur. On calcule une constante contenant toutes les données, sauf la pression moyenne et la vitesse, et qu'il suffit de multiplier par ces deux éléments pour avoir la puissance.

Il faut avoir soin de ne pas relever les diagrammes avant que l'indicateur ait atteint sa température normale. On veillera à ce que le style conserve, dans son support, la même position que pendant le tarage. Une déviation de la pointe peut altérer les ordonnées au point d'occasionner une erreur de plusieurs centièmes.

L'emploi des indicateurs expose à des erreurs qui, si elles s'accumulent, faussent notablement les résultats. Il est donc nécessaire de multiplier les essais en vue d'obtenir des moyennes. Il est bon de permuter les emplacements des indicateurs.

On inscrit sur les diagrammes relevés un numéro d'ordre et la date. Dans un tableau spécial , on note suivant des colonnes successives l'heure des essais, le numéro des diagrammes, le nombre de tours et, pour contrôle, la pression à l'entrée de la machine. On numérote, en commençant par i, 101 , 201, 3oi, 401, 5oi , les séries de diagrammes pris des deux côtés des cylindres à haute, moyenne et basse pressions.

Les dynamomètres de transmission permettent de mesurer directement l'effort transmis par une courroie à une machine électrique, en relevant la différence entre les tensions du brin conducteur et du brin conduit. Le modèle de M. von Heffner-Altenek est un des plus connus. Cet appareil se rixe entre le moteur et la dynamo ; il porte sept galets entre lesquels passe la courroie tig. 14 . Le galet du milieu peut seul se déplacer; les autres ne servent qu'à guider les deux brins, afin qu'ils exercent sur la roue médiane des près-

54 CHAP1TKE II.

sions dirigées en sens opposés. Celle roue médiane pivote autour d'un axe qui se confond avec celui du petit galet de gauche ; elle est équilibrée par un contrepoids dont le support oscille devant une ligne de repère , et les mouvements du système sont amortis

Fig. 14-

par une cataracte à air. Par suite de la tension prédominante du brin conducteur, situé à la partie inférieure dans la fig. 14, la roue mobile tend à être soulevée au dessus de sa position de symétrie, ce qu'indique l'index qui s'abaisse. Pour la ramener dans cette position, on agit sur un ressort , qui est gradué de manière à marquer directement sur l'échelle de ses allongements la différence des tensions des brins. Cette graduation s'obtient en fixant le dynamomètre verticalement et en suspendant aux deux brins de la courroie, qu'on empêche de glisser, une série de poids inégaux. Le déplacement à communiquer à l'extrémité du ressort pour amener l'index du contrepoids au repère est noté pour chaque valeur de la différence des tensions.

En même temps qu'on opère la mesure dynamométrique, on relève la vitesse angulaire de la dynamo à l'aide d'un compte-tours. En multipliant le nombre de tours par seconde par la circonférence moyenne d'enroulement de la courroie sur la poulie de la dynamo, on obtient la vitesse linéaire de la courroie. Le produit de cette vitesse par la différence des tensions des deux brins représente la puissance mécanique absorbée par la dynamo. Il y a, toutefois, des erreurs dues au glissement de la courroie sur la poulie de la dynamo et aux frottements des galets du dynanomètre, dont une partie influe sur la puissance mesurée.

Les frottements intérieurs d'une machine à vapeur sont représentés par la différence entre le travail indiqué et le travail dispo-

DD

nible sur l'arbre moteur. Ce dernier s'estime à l'aide du frein de Prony qui transforme le travail utile en frottements mesurables. D'après les travaux de M. Thurston, confirmés par les expériences de M. Dwelshauvers-Dery, le travail mesuré au frein est sensiblement égal au travail indiqué en charge diminué du travail indiqué à vide. Le frein est également employé pour mesurer la puissance utile des moteurs électriques. Pour cette dernière application, on donne souvent aux freins la forme représentée par la fig. 1 5 , qui a

Fin- i5.

l'avantage de supprimer le réglage de l'équilibre, assez dificile à réaliser avec la forme primitive. Sur une poulie, fixée sur l'arbre mobile, on place une bande d'acier ou de toile, retenue par un cavalier. Cette bande est attachée, d'une part, à une balance dynamométrique B surmontée d'un poids p et supporte, d'autre part, un poids/?. Le sens de rotation est tel que ce dernier poids tende à

être soulevé. En appelant p" l'effort indiqué par la balance , on peut écrire, lorsque l'équilibre existe entre le couple des frottements fr et le couple antagoniste [p — p — p") d,

fr = {p—p —p')d.

Si la bande est assez mince, on a sensiblement r = d.

En désignant par n le nombre de tours que la poulie effectue par seconde, relevé à l'aide d'un compte-tours, la puissance utile P est, en chevaux les poids étant exprimés en kilogrammes et les longueurs en mètres),

P =fr x -^- =(p— P -p )dX — r— /■> /D

En watts la puissance est

La lubrification du frein, destinée à éviter un échauffement nuisible, est faite à l'aide d'eau savonneuse ou de graisse. Il convient que le frein soit bien équilibré avant la mise en place des poids dont on tient compte dans la formule précédente, c'est à dire que tout excédent de poids qui tendrait, au repos, àcntrainer l'axe de la machine dans un sens ou dans l'autre soit compensé par un contrepoids convenable. Pour effectuer ce réglage, on fait reposer l'induit de la dynamo par son arbre sur deux règles horizontales pour lui donner une grande mobilité. Si la bande enroulée sur la poulie est de section uniforme et symétriquement disposée par rapport à la verticale passant par Taxe de la poulie, ce réglage est inutile.

Pour l'essai des petits moteurs, on modifie parfois le frein comme il est représenté dans la fig. 16. Une bande de toile ou une corde de chanvre, enroulée tout autour de la poulie afin d'équilibrer les efforts sur les coussinets, est fixée, d'une part, à une balance dynamométrique et supporte, à l'autre bout, un plateau qui est chargé de poids.

Avec des moteurs de 1 à 2 chevaux et des poulies de 20 à 3ocm, une lubrification de la corde par quelques gouttes d'huile suffit.

Avec des puissances plus élevées, on peut refroidir la poulie en

adoptant la forme indiquée dans la fig. 17. Un jet d'eau est projeté dans une gorge intérieure de la poulie. L'eau se maintient dans

Fii^. 16.

cette gorge par la force centrifuge. La circulation du liquide est assurée par le tuyau T.

Fig. i7

Lorsque la lubrification se fait à l'eau, il faut que la surface frottante S de la poulie, exprimée en mètres carrés, soit liée à la puissance absorbée P, exprimée en chevaux, par la formule

Dans le cas où il n'y a pas de lubrifiant, la relation devient

On verra plus loin que les générateurs électriques .peuvent être employés comme freins. Le plus simple esi le disque de Foucault.

La tig. 18 montre le dispositif de M. Pasqualini, dans lequel un disque en cuivre tourne devant les pôles d'un inducteur monté sur un axe mobile. L'extrémité de ce dernier soutient un volant de grand moment d'inertie dont la position est repérée sur une graduation et qui porte deux règles horizontales, le long desquelles on peut déplacer des poids qui permettent de varier et d'estimer le couple résistant. On évalue la puissance absorbée par le palier du disque en mesurant l'énergie électrique consommée par le moteur tournant avec et sans disque.

MESURES PHOTOMÉTRIQUES UTILES