MESURE DES COURANTS PAR LES GALVANO- MÈTRES A AIMANT MOBILE

Galvanomètres des tangentes. — L'intensité du champ magnétique au centre d'un cadre circulaire pourvu d'une bobine de fil dont les n spires sont rapprochées comparativement à la longueur r du rayon du cadre, est

lorsqu'un courant d'intensité i parcourt la bobine.

Si Ton oriente le cadre dans le méridien magnétique et si l'on suspend au centre une aiguille de très petites dimensions, de moment magnétique X, l'aiguille dévie d'un angle a déterminé par l'égalité des couples dûs au champ magnétique terrestre, dont l'intensité horizontale est 3C, et à l'action du courant

d'où

A cos a = JCX sina,

i = tanc a.

Si les facteurs du second membre sont exprimés en unités C. G. S., l'intensité est donnée en ampères par la formule

i = tang a.

L'intensité horizontale du champ terrestre est fournie par une mesure indépendante ou par les tables magnétiques. Si l'on se sert

du nombre 3C pris dans des tables, au lieu de déterminer sur place l'intensité du champ.il faut installer le galvanomètre dans

un local dépourvu d'aimaniset de courants qui pourraient modifier les constantes magnétiques.

Il faut veiller à ce que, dans la construction du galvanomètre luimême , il n'entre pas de corps magnétiques. Les champs parasiies limitent beaucoup l'emploi du galvanomètre des tangentes pour les mesures industrielles.

Dans les mesures précises, divers facteurs de correction doivent intervenir pour tenir compte de l'écartement des spires et delà longueur de l'aiguille.

La correction due à l'écartement des spires est la moins importante. Elle peut même être éliminée si l'on adopte une bobine de section rectangulaire présentant une longueur suivant l'axe égale à l'épaisseur de l'enroulement multipliée par 0,8. Si la longueur est égale à l'épaisseur et si ces deux dimensions mesurent le dixième du rayon de la bobine, l'erreur atteint seulement o,o5 pour 100.

MESURE DES COURANTS. l5o

L'erreur causée par la longueur de l'aiguille ne dépasse pas o,5 pour 100, si cette longueur n'est pas supérieure au vingtième du rayon du cadre. L'erreur est nulle pour une déviation de 26° environ.

On a vu d'autre part qu'une mesure laite au galvanomètre des tangentes présente l'erreur relative minima lorsque la déviation est voisine de 45°. Lorsqu'on fait des lectures directes, on règle les expériences de manière à obtenir des déviations comprises entre 2o°et70°; les intensités limites des courants mesurés sont alors dans le rapport de 1 à 7,5.

L'emploi des galvanomètres des tangentes tend à se restreindre

160 CHAPITRE Vil.

de plus en plus , par suite du peu de sensibilité de ces appareils et de la difficulté d'éviter les erreurs dues aux variations de la composante horizontale du magnétisme terrestre, dont la mesure exacte est longue et difficile.

Système Wiedemann. — Dans le galvanomètre de Wiedemann

(fig. 67;, l'aiguille aimantée est suspendue, par un long ril de cocon

attaché à une tète de torsion , entre deux bobines mobiles sur des

glissières orientées normalement à la direction du méridien. On

peut ainsi faire varier la sensibilité de l'appareil. Des bobines de

rechange permettent la mesure de courants d'intensités très

différentes. En appelant d la distance moyenne des spires à

l'aiguille, on a la formule

i ra i ji | ' i = 3C —---■■ lang a.

Les lectures se font par la méthode de réflexion.

Système Kelvin. — Le galvanomètre industriel de Lord Kelvin repose sur le même principe L'aiguille est supportée par un pivot dans une boite mobile suivant l'axe de la bobine B. Les lectures se font directement à l'aide d'un index en aluminium mn qui se déplace au dessus d'un miroir destiné à éviter l'erreur de parallaxe.

Fig. <ï8.

Le cadran est gradué de manière à indiquerdirectement la valeur

MESURE DES COURANTS. l6l

de la tangente de l'angle de déviation ; il suffit de multiplier la lecture par une constante pour obtenir la valeur de l'intensité du courant. Dans l'appareil de Lord Kelvin un aimant A peut être employé pour accroître le champ directeur et diminuer l'influence des champs parasites.

Système Obach. — Un autre artifice permettant de mesurer des courants d'intensités très différentes a été suggéré par M. Obach.

Le cadre est mobile autour d'un axe horizontal. En changeant son inclinaison, on peut affaiblir l'effet du courant sur l'aiguille. En appelant p l'inclinaison du cadre sur la verticale, on a l'égalité des couples

d'où

— — - <X> cos a cos p = 3C eA» sin a

. 3C r tang a

2 iz n cos p

Correction pour la torsion des fils de suspension. — Dans les galvanomètres des tangentes destinés aux expériences de haute précision, dans lesquelles on mesure des courants faibles, les lectures se font par réflexion et l'aimant est suspendu par des fils de cocon ou de quartz. Dans ce cas, il y a lieu de tenir compte du couple de torsion dû au fil de suspension. Pour permettre la détermination de ce couple, le fil est porté par une tête de torsion , c'est à dire par un treuil qui peut tourner autour d'un axe vertical. On suspend d'abord l'aimant sans torsion. Pour cela, on commence par substituer à l'aimant un barreau de métal non magnétique qu'on oriente dans le plan méridien à l'aide de la tête de torsion. On remplace ensuite le barreau neutre par l'aimant et l'on tourne le treuil d'un angle 8 lu sur le cercle gradué 4e 1* ^te de torsion. A cause de la raideur du fil , l'aiguille dévie d'un angle 8' de même sens, de sorte que la torsion du fil se réduit à 3 — 8'.

Le couple de torsion est

c (* — «') ==» JLsinS'

ou simplement 3e X 8' pour un angle faible.

l62 CHAPITRE VII.

L'effet de la torsion peut donc être considéré sensiblement comme un accroissement de la composante 3C dans le rapport de

Le rapport 0 est appelé rapport de torsion. On a définitivement

i = tanc a.

Mesure d'une décharge instantanée à l'aide du galvanomètre à aimant mobile. — Supposons qu'une quantité d'électricité q traverse le multiplicateur d'un galvanomètre à aimant mobile avec une rapidité telle que l'aiguille ne se déplace pas d'un angle appréciable pendant la décharge. On choisira pour cela un galvanomètre dont l'aiguille présente un moment d'inertie suffisant. En raisonnant comme on l'a fait au sujet du galvanomètre à bobine mobile, on arrive à l'expression

To OC r I arc tan8 i q = a, e K A

ou encore, si l'amortissement est faible,

To 3e r

To JC r / a, - a3\

Si la quantité d'électricité donnait une élongation trop grande, on pourrait employer un shunt , mais il faudrait avoir soin de calculer le décrément logarithmique avec ce shunt, parce que l'amortissement dû aux courants induits par l'aimant dans la bobine dépend de la résistance du shunt.

Les galvanomètres à aiguille lourde peu amortis oscillent longtemps avant de revenir au zéro; pour les arrêter, on envoie dans la bobine le courant d'une pile au moment où l'aiguille repasse par le zéro. En réglant convenablement le sens et l'intensité du courant, on peut arrêter à peu près brusquement l'aiguille.

Moyens employés pour développer la sensibilité des galvanomètres à aimant mobile. — Forme à donner à la bobine. Le gaivanomètre des tangentes est peu sensible par suite de l'écartement qui sépare le multiplicateur et l'aimant. Aussi n'est-il guère employé dans les essais de précision que pour la mesure absolue des courants. Pour accroître sa sensibilité, il faut diminuer la distance des spires à l'aimant. Dans4 ce cas, la relation qui lie l'intensité du courant à la déviation est fort complexe et, en général, indéterminée.

Si Ton développe la fonction inconnue f=/(«) suivant la série de Mac-Laurin, on obtient

La fonction doit s'annuler avec a ; d'où il résulte que f(o) = o. De plus, si la déviation est très faible, on est autorisé à négliger le 3e terme ainsi que les suivants, et à admettre que l'intensité est proportionnelle à la déviation :

Le coefficient fr, qui constitue le facteur de réduction du galvanomètre, se détermine en envoyant dans ce dernier un courant d'intensité connue.

Afin de déterminer la forme la plus avantageuse à donner à la bobine en vue d'économiser le fil et de diminuer la résistance du cadre, reprenons l'expression de l'intensité du champ dû à un courant circulaire de rayon R en un point de l'axe situé à une

distance r >\

DC = 2 n i

(ra + Ra)i

Si l'on pose JC = constante, et si l'on considère R et r comme variables, on obtient l'équation d'une courbe présentant deux parties symétriques (fig. 69).

L'aire limitée par cette courbe est la section méridienne (f un volume de révolution suivant lequel on peut enrouler le fil. Toutes les spires remplissant un tel volume ont sur l'unité de pôle cen-

traie une action au moins égale à 3C. Toutes les spires extérieures à ce volume ont une action moindre. La section hachurée de la fig. 69, qui ménage une cavité cylindrique pour loger l'aiguille,

Fig C>().

représente donc la forme rationnelle de la bobine d'un galvanomètre de grande sensibilité. Lord Kelvin s'est rapproché le plus possible de cette forme dans la construction de ses galvanomètres.

Dispositions d'aimants. Nous avons vu que la déviation obtenue au galvanomètre des tangentes est indépendante du moment magnétique de l'aiguille. On pourrait donc à la rigueur se contenter d'une aiguille en fer doux qui s'aimanterait sous l'action combinée du magnétisme terrestre et du courant. Mais, dans les conditions présentes , ce système présenterait des inconvénients graves. Les forces agissantes étant faibles , les oscillations seraient très lentes et le rapport de torsion considérable. De plus, la position de l'axe magnétique varierait dans l'aiguille, de sorte que les déviations lues sur l'échelle n'exprimeraient pas véritablement les angles de Taxe magnétique avec la position de repos.

Pour ces raisons, on emploie, dans les galvanomètres destinés à la mesure des courants faibles, des aiguilles aimantées aussi fortement que possible, pour que leur magnétisme ne varie pas sous l'action du courant.

On peut accroître la déviation provoquée par l'action électromagnétique en diminuant Faction directrice de la terre sur l'aiguille mobile. Il y a deux moyens d'arriver à ce but (fig. 70). A la tige qui supporte l'aiguille et qui traverse le multiplicateur, on fixe une

MESURE DES COURANTS. l65

seconde aiguille, orientée en sens inverse de la première. En choisissant des aiguilles de moments magnétiques peu différents^ on diminue autant qu'on veut le couple directeur dû à la terre. Un tel système d'aiguilles est dit asiatique. M. Weiss est arrivé à établir un système astatique présentant un faible moment d'inertie, en employant deux aimants verticaux identiques ayant leurs pôles de noms contraires accolés. On forme ainsi un circuit magnétique qui s'oppose à la désaimantation des barreaux.

Fig. 70.

L'action terrestre peut également être modifiée par un aimant directeur N S, fixé au dessus de l'aiguille. En changeant la position et l'orientation de cet aimant, il est possible de diminuer ou d'augmenter à volonté l'effort directeur.

Le système astatique avec aimant directeur a l'avantage de rendre l'équipage mobile moins sensible aux influences magnétiques extérieures.

Dans les appareils très sensibles employés avec un système astatique, chacun des aimants qui composent celui-ci est entouré d'un multiplicateur.

Lorsque les galvanomètres sont destinés à la mesure des courants très faibles qui traversent les corps peu conducteurs , on compose les multiplicateurs d'un grand nombre de spires dont la résistance totale dépasse parfois 20 000 ohms. Il faut alors isoler, avec le plus grand soin, toutes les parties du circuit électrique. Les bobines et les bornes sont portées par des supports ou des colonnettes en ébonite. Les appareils sont enfermés dans des cages dont l'atmosphère intérieure est desséchée par des moyens chimiques.

En utilisant les dispositifs précédents , on obtient des galvanomètres donnant jusque 10000 divisions par micro-ampère, l'échelle étant placée à une distance du miroir égale à i ooo divisions. A la valeur de la constante , on joint celle de la période d'oscillation pour caractériser un tel appareil.

Ces galvanomètres très sensibles sont surtout employés pour la mesure des résistances d'isolement et les mesures bolométriques.

Amortissement du mouvement du système mobile. — On

recherche, pour les mesures de précision, non seulement des galvanomètres très sensibles, mais des appareils qui permettent

des lectures rapides. Pour cela, on amortit le mouvement des aiguilles. Les moyens employés sont d'ordre mécanique et d'ordre électrique.

Les aiguilles et leurs suspensions sont naturellement amorties par la résistance que l'air oppose à leur mouvement. On peut augmenter cette résistance en fixant à l'aiguille une palette se déplaçant dans un espace confiné, où il se produit des remous d'air qui amortissent rapidement les oscillations.

Dans quelques galvanomètres de Lord Kelvin, l'aiguille est fixée au dos d'un petit miroir soutenu par un fil court dans un cylindre de cuivre, entre deux glaces très rapprochées. Si l'espace entre le miroir et le cylindre est suffisamment faible, le système est apériodique (dead beat), fig. 71.

On a aussi recours à des flotteurs plongeant dans la glycérine, mais la viscosité du liquide ne permet pas de se servir de ce moyen pour les appareils dans lesquels les couples directeurs sont faibles.

L'amortissement électrique est obtenu en profitant du couple retardateur développé par des courants induits occasionnés par le déplacement des aimants mobiles. Si le circuit galvanométrique est fermé, il y a un amortissement dû aux courants induits produits dans le multiplicateur. Siemens a réalisé un amortissement plus efficace en donnant à l'aimant la forme d'une cloche fendue, forme qui a l'avantage de rapprocher les pôles et de mieux retenir le magnétisme. Cet aimant est logé dans une masse de cuivre où l'on a percé, à cet effet, une cavité cylindrique, fig. 72. On obtient de la sorte des courants d'induction relativement intenses qui provoquent un amortissement rapide des oscillations.

Galvanomètre de torsion de Siemens et Halske. — Le galvanomètre suivant, très usité en Allemagne, permet des lectures directes entre des limites très étendues. L'aimant mobile A, en forme de cloche, est supporté par un fil de cocon dans un cadre multiplicateur CC. Il est dirigé par un ressort à boudin B pourvu, à la partie supérieure, d'une tête de torsion T. Les mouvements sont amortis par des ailettes en mica mm portées par l'équipage mobile.

Lorsque l'aimant est dévié sous l'action du courant, on le ramène au zéro, que pointe un index, grâce à une torsion a lue sur un cercle gradué.

On a la relation

k étant une constante à déterminer par expérience. Il est à remarquer que, comme l'aimant est toujours ramené à la même position, le couple équilibré par la torsion ne dépend que de l'intensité du courant et du moment de l'aimant. Il est indépendant des champs extérieurs, à la condition que ceux-ci ne soient pas assez intenses pour modifier le moment magnétique de l'aimant mobile.

Le ressort directeur peut être tordu de 36o° sans que la limite d'élasticité soit dépassée , ce qui permet la mesure de courants très différents. On peut encore étendre les limites d'emploi de l'appareil en utilisant des shunts combinés au besoin avec des résistances mises en série avec le galvanomètre.

Galvanomètres cuirassés de Du Bois et Rubens. — Galvanomètre astatique à 4 bobines (fig. 74). Ce galvanomètre comporte 2 paires de bobines fixées sur un plateau vertical en ébonite. Dans une rainure ménagée dans le plateau passe un fil de quartz supportant les deux aimants d'un système astatique , le miroir et un disque mince servant d'amortisseur. Ce disque se meut entre deux autres disques dont on peut régler à volonté la distance. Il se produit entre les disques des remous d'air déterminant l'amortissement.

, Pour garantir l'appareil contre les effets magnétiques extérieurs, MM. Du Bois et Rubens enveloppent le galvanomètre et les aimants

directeurs dans une double cuirasse cylindrique en fer forgé.

IJO CHAPITRE VII.

Une série d'aimants directeurs d'ouvertures et de moments magnétiques divers accompagnent l'appareil.

Galvanomètre cuirassé à 2 bobines fig. 74 . — Les cuirasses sont en formé de sphères coupées suivant un grand cercle. Les joints sont disposés à 900 et rodés de façon à assurer une grande conductibilité magnétique.

GALVANOMETRES ET AMPEREMETRES DIVERS.

Galvanomètre différentiel. Modèle de Lord Kelvin. Modèle de l'auteur. Réglage et applications. — Toutes les méthodes de mesure du courant électrique étudiées précédemment sont des méthodes absolues (cas du galvanomètre des tangentes) ou des méthodes par comparaisons successives (cas d'un galvanomètre gradué à l'aide d'un courant connu). Il existe aussi une méthode de réduction à zéro permettant la comparaison des courants, basée sur l'emploi du galvanomètre différentiel.

Cet appareil comporte deux multiplicateurs parcourus par les courants à comparer et dont les actions électromagnétiques sont antagonistes.

Le modèle de Lord Kelvin, construit par M. Carpentier, possède un système astatique orienté par un aimant directeur. L'équipage mobile est suspendu à un fil de cocon ou de quartz. Il comprend une tige en aluminium portant, à la partie supérieure, un petit miroir concave sur le dos duquel sont fixés des fragments de ressorts de montre fortement aimantés. La partie inférieure porte un nombre égal de petits aimants dont les pôles sont orientés en sens inverse. Une palette en aluminium sert d'amortisseur à air.

Deux paires de bobines indépendantes entourent les deu* groupes d'aimants. Ces bobines peuvent être facilement enlevées pour découvrir l'équipage mobile. Les deux paires de bobines agissent en sens contraires sur les aimants qu'elles entourent. Dans certains

Kig. 75.

appareils, une petite bobine supplémentaire insérée dans un des circuits sert à compenser la prédominance éventuelle de l'autre circuit. Pour cela , cette bobine de réglage peut être éloignée ou approchée des aimants supérieurs.

L'appareil est porté, par un socle en ébonite , sur vis calantes et

GALVANOMÈTRES ET AMPEREMETRES DIVERS. IjS

est pourvu d'un niveau à bulle centrale et de 4 bornes , 2 par circuit. Il est enfermé dans une cage en verre ou en métal,

Fip. 7f>-

L'auteur a rendu différentiel le galvanomètre Deprez et d'Arsonval par le dispositif suivant (fig. 77}. Le cadre mobile comprend deux bobines semblables, parcourues par le courant en sens inverses et suspendues à un fil de cocon, autour duquel est disposé un ressort métallique à boudin qui donne accès au courant dans les deux enroulements. Les courants dérivés à travers ceux-ci sortent par des fils tendus parallèlement et reliés à deux bornes distinctes.

Si les courants partiels sont égaux, les couples électromagnétiques développés se font équilibre, à la condition que les bobines se déplacent dans des régions du champ magnétique de même intensité. Afin de satisfaire à cette condition, les aimants sont munis de pièces polaires mobiles, dont la position peut être réglée par des vis micrométriques. Grâce à cet artifice , l'équilibre peut être obtenu si même, ce qui est le cas général, les deux bobines ne

Fîg-77-

sont pas tout à fait identiques. Pour éviter les déplacements latéraux du système mobile occasionnés par une inégalité dans l'attraction exercée par les pièces polaires sur lescourants voisins, il convient d'enrouler la plus grande partie des deux bobines à l'aide de deux fils jointifs et de ne laisser qu'un petit nombre de spires écartées, sur lesquelles s'exerce l'action régulatrice des pièces polaires.

GALVANOMETRES ET AMPEREMETRES DIVERS.

Dans la plupart des galvanomètres différentiels, on règle les deux circuits dérivés de manière qu'ils aient mêmes résistances et mêmes effets électromagnétiques.

On étalonne d'abord les résistances par une des méthodes connues. On s'assure de l'égalité des effets électromagnétiques en faisant passer le même courant dans les deux bobines groupées en

Fig. 7$.

série, fig. 78. Si Ton n'obtient pas l'immobilité de l'équipage mobile, on opère la correction par l'un des artifices adoptés dans les appareils ci-dessus.

On peut encore contrôler l'égalité des résistances en dérivant les deux circuits par rapport aux pôles d'une même pile, fig. 79. On

Fig. 79.

corrige la différence éventuellement trouvée en ajoutant une résistance passive à l'un des circuits.

L'appareil ainsi réglé convient pour comparer un courant

Ij6 CHAPITRE VIII.

inconnu avec un courant connu fourni par une pile étalon dans un circuit de résistance déterminée. L'instrument est surtout en usage pour la mesure des résistances électriques.

On peut comparer des courants inégaux en intercalant un shunt entre les bornes de la bobine galvanométrique correspondant au courant le plus intense. En appelant m le pouvoir multiplicateur du shunt, les deux courants qui amènent l'équilibre du système mobile sont dans le rapport m : i .

A la rigueur, il n'est pas nécessaire que les résistances et les actions électromagnétiques des deux bobines soient égales avec des courants égaux pour que l'appareil puisse être employé par la méthode différentielle.

Soit un galvanomètre pourvu de deux multiplicateurs quelconques, dont les constantes sont respectivement k et k'. Si Ton fait passer dans les bobines des courants d'intensités telles que l'équipage mobile soit en équilibre, on a

ki = k ï d'où

Connaissant la constante A, on peut déterminer le courant î en fonction du courant ï qui l'équilibre. Un des cadres galvanométriques peut être, par exemple, enroulé de fil fin et traversé par le courant connu produit par une pile étalon , l'autre cadre étant formé de gros fil et parcouru par un courant intense.

Choix d'un galvanomètre. — Le choix d'un galvanomètre dépend essentiellement du genre de mesures qu'on veut effectuer. Désire-t-on poursuivre des essais de haute précision sur la mesure absolue des courants, on se servira d'un galvanomètre des tangentes, dont les lectures par réflexion se feront par la méthode subjective. Cet appareil sera placé dans un local construit et meublé avec la préoccupation d'éviter les corps magnétiques. Les conducteurs de connexion composant les circuits seront concentriques ou formés de fils cordés, afin d'éviter les effets électromagnétiques des courants.

Les mesures relatives de précision se font de préférence avec

GALVANOMETRES ET AMPEREMETRES DIVERS.

des galvanomètres à aimant fixe, qui sont moins influencés que les galvanomètres à aimant mobile par les champs parasites. Pour les mesures exigeant une très grande sensibilité, on choisit les galvanomètres astatiques du genre Kelvin, et, pour les mesures balistiques , les galvanomètres à aiguilles lourdes mobiles sont les plus convenables.

Nous avons résumé dans le tableau suivant les principaux facteurs de quelques types usuels de galvanomètres, la sensibilité étant définie par la déviation, par micro-ampère, en divisions d'une échelle placée à une distance de i ooo divisions, la durée d'une oscillation complète étant ramenée à i seconde et la résistance du galvanomètre réduite à i ohm, en admettant, ce qui n'est qu'approché , que la sensibilité est proportionnelle à la racine carrée de la résistance.

GALVANOMETRES.

Résistance en ohms.

Durée d'oscillation en secondes.

Déviation par micro -ampère à i ooo divisions de l'échelle.

Sensibilité

ramenée à

z ohm

et à i seconde,

Aimants fixes.

Siemens et Halske (fig

Siemens et Halske (fig

Avrton (fig. 62). . .

Modèle simple (fig. 60) Suspension à boudins

Aimants mobiles.

Edelman (fig 6j) . . .

Kelvin (fig. jb) . . .

Quand il s'agit de mesures à effectuer dans le voisinage des dynamos, le galvanomètre Deprez et d'Arsonval peut être employé. Pour les mesures courantes, on préfère les appareils à lecture directe qui sont moins encombrants et qui sont suffisants lorsque l'approximation à atteindre est inférieure à 1/100.

Un galvanomètre industriel ou ampèremètre doit être portatif; il doit pouvoir se mettre en station rapidement, soit sur une table,

soit contre un mur. 11 faut qu'un tel instrument soit à lecture directe, la graduation étant faite en ampères ou en multiples de l'ampère; on cherche à obtenir autant que possible des divisions également écartées pour des différences égales d'intensité.

Les galvanomètres industriels doivent être très peu influencés. par les champs magnétiques parasites; cette condition est particulièrement importante pour les appareils à placersur les tableaux de distribution des usines électriques.

Les systèmes mobiles des ampèremètres doivent être soumis à des couples assez énergiques pour prendre rapidement leur position d'équilibre. Au besoin , un amortissement spécial est utilisé pour accélérer les lectures. Lorsque les courants subissent une variation périodique, comme c'est le cas lorsque les dynamos sont conduites par des moteurs mal réglés, il importe que la période d'oscillation propre de l'ampèremètre ne corresponde pas à celle du courant ; sinon les fluctuations s'amplifient au point de rendre les lectures impossibles.

Il va de soi qu'un galvanomètre industriel doit absorber la plus petite partie possible de l'énergie électrique disponible.

Ampèremètres à cadre mobile. Système Weston. Système Chauvin et Arnoox. — M. Weston a rendu le galvanomètre

Deprez et d'Arsonval portatif en supportant la bobine mobile entre deux pointes pivotant sur des chapes en agathect en employant

GALVANOMETRES ET AMPEREMETRES DIVERS. I~Q

deux ressorts spiraux en bronze phosphoreux pour diriger le cadre et donner accès au courant, fig. 80 et 81. La bobine est enroulée sur une carcasse d'aluminium qui assure l'amortissement des

Fig. 81.

oscillations. Un index effilé en aluminium, fixé au cadre, pointe les indications sur un cadran gradué dans le plan duquel se trouve une glace qui permet d'éviter l'erreur de parallaxe. Grâce à l'emploi de pièces polaires étendues, les déviations sont sensiblement proportionnelles aux courants, dans un angle d'environ jo°.

Pour la mesure des courants intenses, l'appareil contient un shunt relié aux bornes extérieures. L'appareil doit être vérifié de temps en temps par suite de l'affaiblissement progressif, d'ailleurs très faible, de l'aimant directeur.

M. Weston construit sur le même principe des millivoltmètres qui, combinés avec des shunts constitués par des étalons de 0,1, 0,01 ou 0,001 d'ohm, permettent de mesurer des courants compris entre des limites très étendues.

MM. Chauvin et Arnoux ont simplifié de la manière suivante la construction de ce galvanomètre. L'aimant de forme circulaire est alésé de manière à éviter les pièces polaires rapportées. C'est une

pièce d'acier au tungstène trempé dur, puis recuit légèrement avant l'aimantation, de manière à augmenter sa force coërcitive. Les

lignes de force de l'aimant sont condensées à l'aide d'une sphère d'acier fabriquée comme les billes pour coussinets. La bobine est une couronne de fil de cuivre sertie entre deux bagues de cuivre

GALVANOMETRES ET AMPEREMETRES DIVERS. ICI

découpées dans un tube, lesquelles servent d'amortisseur. Ce système mobile monté entre pointes d'acier pivotant sur des chapes en pierre fine est dirigé par deux ressorts spiraux.

La fig. 84 montre un appareil semblable dérivé sur une résistance faible en vue de mesurer des courants intenses.

Ampèremètres a bobine fixe. Systèmes Deprez et Carpentler, Hummel, Siemens et Halske, Dobrowolski, Kvershed. Graduation. — Dans la majorité des galvanomètres industriels une pièce de fer doux est sollicitée par un cadre fixe de manière à s'orienter dans la direction des lignes de force magnétique dues au courant ou à se déplacer vers la région du champ dont l'intensité est la plus grande. La force antagoniste qui s'oppose à l'action du courant est l'attraction d'un aimant directeur, le poids de la pièce mobile ou l'élasticité d'un resson.

L'attraction d'un aimant directeur est mise à profit dans le galvanomètre Deprez et Carpentîer qui comprend une bobine B, à l'intérieur de laquelle il y a une palette de fer doux pivotant entre deux pointes ei orientée par un double aimant recourbé (fig. 85 et 86). Le courant traversant la bobine tend à faire dévier la palette qui, sous l'action des deux couples contraires, prend une position d'équilibre marquée par un index. Si l'axe de la bobine était normal à la ligne des pôles de l'aimant, le couple du au courant

irait en s'anaiblissant à mesure que l'aiguille dévie. Gomme le couple directeur augmente au contraire dans ces conditions, les accroissements de déviation correspondant à des variations de courant égales seraient de plus en plus petits. Afin d'éviter cet

inconvénient, Ja bobine est inclinée sur la ligne des pôles et le courant y est dirigé de manière à ramener l'aiguille parallèlement

Kig. 86.

aux spires du fil. Le couple déviant croit alors en même temps que le couple directeur, et il y a à peu près proportionnalité entre l'angle de déviation et le courant.

Grâce à la puissance de l'aimant directeur, les mouvements de l'aiguille sont rapides et l'influence des aimants et des courants voisins est peu sensible.

Dans l'appareil de M. Hummel, une palette courbe en fer doux E (fig. 87) pivote autour d'un axe et entraine dans son mouvement un indicateur en. cuivre Z, dont l'extrémité se déplace devant une graduation. L'équipage mobile est en équilibre sous l'action de la pesanteur quand l'index pointe le zéro. Un petit écrou vissé sur Z et faisant office de contrepoids permet de ramener l'index à l'extrémité de la graduation lorsqu'on met l'appareil en place. Quand on envoie le courant à mesurer dans le conduc-

teur L L, la palette est sollicitée à s'approcher de celui-ci en vertu de la tendance qui pousse les corps magnétiques à se déplacer vers les parties du champ où l'intensité est maxima. 11 s'ensuit que l'index est dévié d'un angle correspondant à l'équilibre entre le

GALVANOMÈTRES ET AMPÈREMÈTRES DIVERS. l83

couple électro magnétique et le couple de la pesanteur. Lorsque le courant est intense, une seule boucle de fil conducteur suffit, comme le montre la fig. 87, pour produire le champ magnétique nécessaire au déplacement de la palette E. Si le courant est faible, on enroule un nombre de spires de fil fin suffisant pour réaliser l'intensité de champ voulue.

Fig. 88.

Fig. 89.

Les fig. 88 et 89 représentent l'ampèremètre Siemens et Halske basé sur le même principe que le précédent. L'appareil est amorti par un piston mobile dans un cylindre à air et est préservé contre l'influence des champs extérieurs par un écran en tôle de fer doux.

Dans le système Dobrowolski, un fil de fer doux, équilibré par un contrepoids , tend à descendre dans une bobine sous l'action du courant qui parcourt celle-ci. Un index fixé à l'axe de rotation mesure la déviation, fig. 90.

Enfin, dans quelques ampèremètres, les forces électromagnétiques qui sollicitent la pièce de fer doux mobile sont modifiées

par la présence de pièces de fer fixes , aimantées par le courant et réagissant sur la pièce mobile. Si les pièces de fer doux fixes s'aimantent dans le même sens que cette dernière , elles l'attirent. C'est ainsi que, dans l'ampèremètre Evershed (fig. 91 ), deux pièces de fer doux p p\ disposées à l'intérieur de la bobine magnétisante, sont aimantées par le courant et agissent sur une barrette de même

. Fig. 90.

métal b fixée latéralement à l'axe de l'aigu H le indicatrice. En déplaçant p et p', on peut modifier le déplacement de b correspondant à une même variation du courant dans la bobine. D'autres appa-

CZZ3 b C=

Fig. 91.

reils comportent des pièces fixes disposées à l'extérieur de la bobine pour renforcer l'action électromagnétique du courant sur l'équipage mobile.

GALVANOMÈTRES ET AMPEREMETRES DIVERS. I 85

Dans les appareils à pièces de fer doux mobiles et sans aimants permanents, le couple déviant dépend du carré de l'intensité du courant. En vue de diminuer les effets d'hystérésis qui donnent Heu à des aimantations différentes pour un même courant électrique, on doit employer des dispositions propres à aimanter fortement le fer doux.

Néanmoins, on n'arrive jamais à annuler complètement les effets d'hystérésis qui sont surtout sensibles dans les systèmes à pièces de fer auxiliaires. C'est pourquoi on doit faire passer le courant toujours dans le même sens à travers l'appareil , afin d'éviter les renversements de magnétisme du fer doux et les aimantations rémanentes opposées qui en résultent. On marque d'une croix la borne de l'appareil qui doit être reliée au pôle positif de la source d'électricité.

Les appareils à fer doux dépourvus d'aimants peuvent servir pour les courants alternatifs , à la condition d'être gradués pour la fréquence particulière des courants qu'ils sont appelés à mesurer. Les courants de Foucault qui se développent dans la palette de fer ont pour effet de réduire l'aimantation de celle-ci d'autant plus que la fréquence est plus grande et que la section de la palette est plus forte dans le sens normal aux lignes de force.

Les courants de Foucault dans les pièces métalliques qui servent à envelopper et à consolider l'instrument influencent également les indications. Ces pièces doivent être sectionnées pour réduire les courants et l'on doit faire usage, autant que possible, de supports et de couvercles isolants; c'est ainsi que les carcasses des bobines sont des cylindres isolants ou des cylindres métalliques fendus. La grandeur des courants de Foucault induits dans la palette de fer doux et dans les autres pièces métalliques dépend d'ailleurs de la forme des courants périodiques.

Afin d'utiliser le même instrument pour les courants continus et les courants alternatifs, M. Evershed se sert d'un shunt inductif qui absorbe à peu près 6 pour 100 du courant continu à mesurer et seulement 2 pour 100 du courant alternatif. Les quelques pour cent que la bobine magnétisante absorbe en plus avec les courants alternatifs donnent au fer doux mobile son aimantation normale en neutralisant l'influence des courants de Foucault.

Un ampèremètre est généralement gradué à l'aide d'un galvano mètre étalon. On fait passer des courants croissants dans les deux appareils et l'on note les déviations de l'ampèremètre correspondant à des multiples ou à des sous-multiples de l'ampère. Pour constater nettement les effets de l'hystérésis, on relève les dévia-

tions déterminées par des courants croissants et par des courants décroissants, obtenus à l'aide d'un rhéostat à réglage continu ne provoquant pas d'interruptions du courant. Le fer doux suit ainsi les variations cycliques de la courbe du magnétisme.

Les frottements du système mobile s'estiment en vérifiant de combien on peut modifier le courant en plus ou en moins sans altérer visiblement l'indication de l'instrument.

En général , les appareils à pièces de fer doux mobiles et sans aimants directeurs, sont très influencés par les aimants et les courants voisins. Ils ne justifient pas le succès qu'ils ont obtenu comme appareils de mesure pour les tableaux de distribution. On a conseillé l'emploi de systèmes astatiques formés par la combinaison de deux équipages. Mais cette complication enlève aux ampèremètres leur principale qualité, qui est le bon marché.

Les ampèremètres à fer doux disposés sur les tableaux de distribution ne doivent être considérés que comme des indicateurs de courant ; ils ne permettent pas de mesurer exactement l'intensité.