A AIMANT FIXE

Classification des appareils utilisés à la mesure des courants. — Le plus grand nombre des mesures électriques comporte la détermination de l'intensité d'un courant ou la simple constatation du passage d'un courant; d'où l'importance des appareils destinés à la mesure des courants. Ces appareils sont basés sur l'un quelconque des effets du courant, à savoir :

V effet électromagnétique, ou action d'un courant sur un aimant;

Y effet électrodynamique, ou action d'un courant sur un courant;

V effet chimique, ou électrolyse ;

et, enfin, V effet thermique, régi par la loi de Joule.

La mesure de la quantité d'électricité qui traverse un circuit est liée à celle de l'intensité du courant. Ainsi , le voltamètre permet d'estimer la quantité d'électricité et, par une simple division par le temps, fait connaître l'intensité moyenne du courant. Nous ne séparerons donc pas ces deux genres de mesures ; nous ne reporterons dans un chapitre spécial que les coulombmètresqui poursuivent un objectif tout particulier.

Description des galvanomètres à aimant fixe. — Nous étudierons, en première ligne, les galvanomètres qui utilisent l'action d'un aimant fixe sur une bobine mobile, appelée cadre galvanométrique

ou multiplicateur, parcourue par le courant à mesurer. Ces appareils ont reçu de nombreuses applications dans les laboratoires industriels. Le principe en a été indiqué par Maxwell, mais c'est à MM. Deprez et d'Arsonval qu'on doit la première forme pratique de ces instruments.

La fig. 60 représente un modèle simple, que Fauteur a étudié en vue d'en faciliter la construction par les élèves de l'Institut Montefiore. Une planchette verticale porte deux aimants en fer à cheval pourvus de pièces polaires concaves embrassant un noyau

Fig. 60.

tubulaire. Celui-ci est destiné à ménager un entrefer cylindrique d'épaisseur constante à travers lequel les lignes de force rayonnent uniformément. Le flux magnétique est donc normal aux surfaces polaires dans l'entrefer; dans le noyau, il affecte la courbure de

celui-ci. Il est nécessaire d'arrondir les bords latéraux des pièces polaires pour éviter que les lignes de force ne s'y accumulent. Dans l'entrefer est suspendue une bobine entre deux fils métalliques droits qui lui amènent le courant. Il est à conseiller d'aplatir les fils de suspension afin de diminuer leur constante de torsion et de favoriser le rayonnement de la chaleur qui s'y développe par l'effet Joule. Les spires de la bobine sont empâtées dans du vernis à la gomme-laque afin de se soutenir sans déformation. Le fil de suspension supérieur aboutit à une tête de torsion. Le fil inférieur est fixé à une lame élastique réglable par le moyen d'une vis de pression, à l'aide de laquelle on peut faire varier la tension des fils et, par suite, la sensibilité de l'instrument. Ces fils, en bronze phosphoreux, mesurent 22 cm de longueur et 0,1 5 mm de diamètre avant l'aplatissement ; leur résistance totale est de i,5 ohm. Leurs extrémités sont soudées. Un miroir, fixé par des griffes, permet de faire les lectures par réflexion. Les pièces d'attache des fils de suspension, ainsi que les bornes de l'appareil sont montées sur des blocs en ébonite , le bois ne présentant pas une résistance d'isolement suffisante.

Dans le système précédent, le centre de gravité de l'équipage mobile n'est généralement pas situé sur l'axe des fils de suspension. Si celui-ci présente une légère obliquité par rapport à la verticale, le centre de gravité remonte quand la bobine tourne dans un sens, tandis qu'il descend pour un déplacement inverse; de là résultent, pour une même déviation, des couples directeurs parasites différant avec le sens de celle-ci. Pour éviter cet inconvénient et réduire la hauteur de la suspension, l'auteur a suspendu la bobine entre deux boudins de fil métallique. Le ressort supérieur est en bronze phosphoreux et fournit le couple directeur. Son axe est occupé par un fil de cocon qui supporte le poids du multiplicateur. Le ressort inférieur, en cuivre doux, ne sert qu'à conduire le courant ; il doit être assez souple pour que le centre de gravité de la bobine se place sur le prolongement du fil de cocon.

La fig. 61 montre un tel appareil qui, dans sa forme primitive, ne présentait pas les pièces polaires courbes utilisées actuellement pour régulariser le champ magnétique. Les boudins adoptés ont 10 mm de diamètre et sont faits en fil de 0,1 5 mm. Le fil développé

mesure i m pour le boudin supérieur et 3 m pour le boudin inférieur, ce qui correspond à une résistance de 6 ohms.

Ce mode de suspension donne au galvanomètre une grande sensibilité et évite les torsions permanentes qui subsistent après une déviation trop forte lorsqu'on emploie des fils droits de faible longueur.

En 1 888 , l'auteur , ayant à étudier des enregistreurs à bobines mobiles de très petites dimensions, a supprimé le noyau central et fait usage des pièces polaires plates et très rapprochées, laissant entre elles un champ magnétique sensiblement uniforme. MM. Ayrton et Mather ont employé , indépendamment , cette disposition qui conduit à des équipages mobiles très légers. La bobine de forme allongée est logée dans un tube en argent qui sert d'amortisseur , grâce aux courants développés par sa rotation dans le champ des aimants. Elle est suspendue, à un fil plat en bronze phosphoreux dont la section mesure 0,27 mm sur o,o5 mm , dans un autre tube de laiton fermé par une glace à l'endroit du miroir mobile. La bobine est reliée inférieure ment à un boudin souple en bronze. Un ressort plat muni d'une vis de réglage permet de caler le tube d'argent dans le tube de laiton , pour empêcher le bris de

la suspension pendant le transport. Le tube de laiton se glisse entre les pôles de l'aimant et les connexions électriques s'établissent automatiquement par des ressorts. On peut ainsi changer facile-

ment l'équipage mobile et le remplacer par un autre d'une résistance différente, suivant la nature des mesures à exécuter (fig. 62).

Le modèle de galvanomètre construit par MM. Siemens et Halske, fig. 63 et 64, comporte un système inducteur de 6 aimants en fer à

cheval réunis par deux pièces polaires. Un noyau de fer placé à l'intérieur de la bobine augmente et régularise le champ, en même temps qu'il assure la proportionnalité du galvanomètre. La bobine très légère est en fil de cuivre. Sa hauteur est à sa largeur dans le rapport de 6 à 5 . Le courant arrive au cadre par un fil de suspension plat en bronze phosphoreux; il en sort par un boudin en argent. La bobine galvanométrique est pourvue d'une carcasse en cuivre électrolytique, fendue à la base inférieure et dont le circuit est fermé par un fil métallique choisi de manière à assurer un amortissement convenable. Tout l'équipage mobile, ainsi que le noyau, peuvent être enlevés en une fois comme dans les galvanomètres Ayrton et Mathcr. Un dispositif spécial permet de caler la bobine pour le transport.

Théorie des galvanomètres à aimant fixe. — Lorsqu'un courant traverse le cadre mobile disposé parallèlement à la ligne des pôles de l'aimant, la bobine tend à se placer normalement à cette ligne, de manière à embrasser le plus grand nombre de lignes de force magnétique possible ; mais la torsion de la suspension exerce un couple antagoniste croissant avec l'angle de déviation.

Dans l'évaluation du moment du couple électromagnétique, il y a lieu de distinguer le cas des bobines à noyau, tournant dans un entrefer où le champ est radial, et le cas des bobines sans noyau, se mouvant dans un champ uniforme.

En appelant 3C l'intensité moyenne du champ dans lequel se déplacent les côtés verticaux de la bobine de hauteur h et de largeur/, i l'intensité du courant, n le nombre de spires du cadre, la force électromagnétique est iZZnh dans le premier cas et, comme cette force est dirigée normalement au plan des spires de la bobine, le couple est ittnhl = /JCsw, s étant la surface moyenne d'une spire. D'autre part, le moment du couple antagoniste peut, si la déviation est faible, être représenté par ca, c étant la constante de torsion de la suspension.

L'angle d'équilibre satisfait à la condition

3C5HJ = col; d'où

ca

Le facteur A = — s'appelle facteur de réduction du galvanomètre; c'est le courant correspondant à l'unité d'angle.

Dans le cas des appareils à lecture par réflexion, on définit ordinairement sous le nom de constante le nombre de divisions de l'échelle correspondant à l'unité de courant. Pour ne pas avoir des nombres trop grands, on rapporte la constante au microampère quand on se sert de galvanomètres sensibles ; il faut alors exprimer les résistances en mégohms ou les forces électromotrices en microvolts. La constante est l'inverse du facteur de réduction

Il est nécessaire d'indiquer une fois pour toutes la longueur d'une division et la distance de l'échelle au miroir afin de permettre de calculer l'angle correspondant, donnée indispensable pour comparer entre elles les sensibilités d'appareils placés dans des conditions différentes.

Un autre moyen de comparaison consiste à indiquer la formule de mérite des galvanomètres, définie par le courant qui produit une déviation d'un millimètre sur une échelle située à i m de distance.

Dans la discussion des mesures faites avec les galvanomètres, il importe de bien préciser le sens donné à la constante. Dans les méthodes par comparaisons successives, la constante du galvanomètre s'élimine, de sorte qu'il n'y a aucun doute sur les unités à employer. Mais dans les méthodes de réduction à zéro , l'erreur de lecture d% correspond à une variation di du courant traversant le galvanomètre donnée par la relation

.. d% ai =: — • k

Or, en général, i est exprimé par une force électromotrice en volts divisée par une résistance en ohms, de sorte que k est égal à io6 fois la constante définie par rapport au microampère.

La constante d'un galvanomètre mesure sa sensibilité. Uexacti-

tude de l'appareil, qu'il ne faut pas confondre avec la sensibilité, est, dans des conditions d'emploi déterminées, l'inverse de l'erreur relative de mesure, c'est à dire le rapport de la déviation totale à la plus petite déviation appréciable.

On détermine la constante par une expérience préalable, consistant à faire passer dans le galvanomètre un courant d'intensité connue *'; a étant l'angle de déviation correspondant, on a

Dans le cas où la bobine est dépourvue de noyau et se meut dans un champ uniforme, dont les lignes de force sont des droites parallèles normales aux plans polaires en regard, le moment du couple électromagnétique est le produit de la force iWLnh par le bras de levier du couple, qui est /cosa attendu que la force est normale à la direction du champ.

On a donc

i3Csttcosa = ca, d'où