ÉLECTRO DYNAMIQUES

Principe. — Si Ton remplace l'aiguille aimantée d'un galvanomètre à cadre fixe par une bobine mobile dans laquelle le courant arrive par l'intermédiaire d'une suspension bifilaire métallique, la bobine mobile tend à se placer parallèlement à la bobine fixe quand les deux parties du système sont parcourues par des courants. Un instrument basé, sur ce principe porte le nom d'électrodynamomètre.

L'action électrodynamique équilibrée par la torsion de la suspension est proportionnelle au produit des intensités des courants qui traversent les deux bobines et, si le même courant parcourt celles-ci, au carré de l'intensité; d'où la possibilité de se servir de ces instruments pour la mesure des courants alternatifs.

On peut aussi mesurer le couple électrodynamique en suspendant , au-dessus d'une bobine disposée à plat , une seconde bobine parcourue par le même courant, et en équilibrant, à l'aide d'une balance, l'attraction mutuelle des bobines. Les appareils de ce genre sont appelés balances étectnxiynamiques.

Ces instruments sont spécialement adaptés à la mesure des courants alternatifs. Il faut donc avoir soin d'éliminer de leur construction toute pièce métallique massive susceptible d'être le siège de courants de Foucault qui fausseraient les indications.

Fig. na.

On sait que ces courants exercent une action répulsive sur les courants alternatifs qui leur donnent naissance. Les socles et couvercles seront isolants et les pièces de consolidation seront divisées autant que possible, si elles sont en métal.

Electrodynamomètre de Weber. — La bobine mobile est portée par un système bifilaire et disposée normalement à la bobine fixe, fig. 92. Une tête de torsion permet de ramener la bobine mobile dans sa position de repos. Un miroir sert à la lecture des déviations. L'appareil est mis en station de manière que Taxe du cadre mobile soit orienté dans le méridien magnétique.

A étant une fonction des dimensions et des distances relatives des bobines, le couple électrodynamique peut être représenté, pour une déviation 6, par A i2 cosô et s'annule lorsque les bobines sont parallèles et possèdent le même centre de figure.

Le couple antagoniste développé par la torsion du bifilaire est c sinO.

D'autre part, le couple dû au champ magnétique terrestre est ± B i 3C sinô suivant le sens du courant.

On a l'équation d'équilibre

A i* cosO = c sinO zt B JC i sin8.

Si l'on ramène l'axe de la bobine mobile parallèlement au méridien en agissant sur la tête de torsion, le troisième couple s'annule et l'on a simplement, pour une torsion 0,

,-yf.

c sinô

Lorsque l'angle 6 est suffisamment faible, on peut écrire

Si la bobine mobile était suspendue comme dans le galvanomètre Deprez et d'Arsonval, l'appareil serait plus sensible et cette dernière relation serait rigoureusement applicable.

Dans le cas où l'on mesure des courants alternatifs, le magnétisme terrestre est sans influence sur la mesure , car il soumet le cadre à un couple oscillant dont l'effet est nul si la fréquence est suffisante.

Électrodynamomètre Siemens.— L'appareil précédent ne convient guère que pour la mesure des courants faibles, à cause du double rôle de la suspension. Pour mesurer les courants intenses,

igo

Siemens a donné à l'électçodynamomètre la forme représentée dans la fig. 93. La bobine mobile, placée à l'extérieur de la bobine fixe, est réduite à une seule spire suspendue par un fil de cocon et orientée par un ressort à boudin fixé à une tête de torsion. Le courant pénètre dans la spire par des godets à mercure superposés suivant Taxe de rotation. Un fil à plomb sert à disposer l'appareil de niveau. La tête de torsion permet de ramener le cadre mobile dans la position indiquée par un index porté par celui-ci.

Fig. o3.

L'action de la terre est nulle si le plan du cadre mobile est normal au méridien. Elle est, en tous cas, très faible, puisqu'il n'y a qu'une seule spire traversée parle courant. Le socle et le montant qui sert de support à la bobine fixe sont en bois ou en ébonite pour éviter les courants parasites dans le cas de la mesure des courants alternatifs.

La formule d'emploi de l'instrument est

= ÎT V«-

Si Ton mesure des courants alternatifs, la relation devient

ïoff = -^ ^ÔT

Électrodynamomètre de M. Fleming. — Un disque de cuivreE est suspendu au centre d'une bobine C et est orienté à 45° par rapport à cette bobine. Lorsqu'on fait passer dans celle-ci des courants ondulatoires, leur réaction sur les courants induits dans le disque tend à amener ce dernier dans la position bb\ pour laquelle le flux périodique qui traverse la plaque est minimum. Le miroir M permet de lire, par réflexion, l'angle d'équilibre de la pièce mobile, soumise d'une part aux forces électrodynamiques, qui sont sensi-

Fig. 94.

blement proportionnelles au carré des courants à mesurer et,, d'autre part, à la réaction de torsion du fil de suspension. En substituant au disque de cuivre un bout de fil de fer , M. Fleming est arrivé à déceler au moyen de cet appareil des courants téléphoniques alternatifs de Tordre du micro-ampère.

Ampèremètre Ferraris. — La Maison Siemens et Halske construit, sous le nom d'instruments Ferraris, une série d'appareils de mesure applicables aux courants alternatifs et basés sur les pro-

priétés des champs tournants. Cette série comporte des ampèremètres, voltmètres, ohmmètres, wattmètres et compteurs.

Les appareils consistent essentiellement en un anneau de Ter muni de 4 projections polaires radiales intérieures, destinées à recevoir les différents enroulements. A l'intérieur est un anneau en fer fixe, entouré d'un tambour mobile en aluminium. A l'axe du tambour est fixée une aiguille qui se meut devant un cadran divisé. Au couple de rotation dû au champ tournant qui agit sur le tambour est opposé le couple de torsion de deux ressorts spiraux, enroulés en sens opposés pour éviter l'influence de la température. Des aimants amortissent les oscillations du tambour.

Ces instruments n'exigent qu'une dépense minime d'énergie. Ils sont peu sensibles aux changements de fréquence des courants mesurés. Enfin, ils ne sont pas influencés par les courants voisins. Pour les tensions et les intensités de courant élevées, on utilise avec ces appareils des transformateurs réducteurs.

Balance électrodynamique de Lord Kelvin. — On doit à Lord Kelvin une série d'appareils appelés ampèremètres-balances, dans lesquels un fléau porte à chacune de ses extrémités une bobine mobile disposée entre deux bobines fixes. Les six bobines sont

Fig. 95.

parcourues par le même courant , de telle manière que l'une des bobines mobiles soit attirée vers le bas et l'autre vers le haut. Les effets du magnétisme terrestre sont compensés par le fait que les

MESURE DES COURANTS. ig3

bobines mobiles sont parcourues dans le même sens par le courant. Pour amener celui-ci aux bobines mobiles, Lord Kelvin a eu Tidée ingénieuse de suspendre le fléau par des faisceaux très flexibles composés d'un grand nombre de Ris fins en cuivre. Des poids mobiles sur les bras du fléau permettent de ramener celui-ci dans la position horizontale et d'estimer l'intensité du courant traversant l'appareil. Ces poids sont déplacés par l'intermédiaire d'un petit chariot qu'on fait mouvoir à l'aide de deux cordelettes de soie. Les index qui terminent le fléau servent à marquer la position horizontale de celui-ci.

Comme une bobine parcourue par des courants alternatifs est repoussée par les pièces métalliques voisines, les appareils servant à la mesure des courants de ce genre sont montés sur un socle d'ardoise et les bobines sont elles-mêmes enroulées sur des noyaux d'ardoise ou de porcelaine.

La formule de l'appareil est

'-Wi

OU

leff

Ûff = j^ y P y

p représentant le moment du couple dû à la pesanteur.

Les balances de Lord Kelvin présentent une graduation empirique. Il existe une série d'appareils permettant de mesurer de iooo ampères à 0,00 1 d'ampère, l'échelle de chaque instrument étant graduée de 1 à 100. La précision de ces instruments peut monter à 0,1 pour 100. Ils sont très employés dans les laboratoires pour la graduation des ampèremètres et voltmètres à courants alternatifs. Dans les modèles adoptés pour mesurer les courants intenses, on est obligé de faire usage de conducteurs de forte section qu'on doit subdiviser pour éviter l'effet Kelvin et pouvoir appliquer les lois relatives aux conducteurs filiformes.

Balance absolue de M. Pellat. — M. Pellat a imaginé une balance électrodynamique dans laquelle une longue bobine fixe, disposée horizontalement et produisant un champ sensiblement uniforme dans sa région médiane, agit sur une petite bobine sus-

pendue verticalement dans cette région à l'extrémité d'un fléau de balance. Des poids attachés à l'autre extrémité du fléau équilibrent le couple électrodynamique que l'on peut déterminer par le calcul, en sorte que l'instrument permet des mesures absolues.

Des corrections sont à faire pour tenir compte de l'influence des

Kig. 96.

extrémités de la bobine fixe et de l'action du magnétisme 1 sur la bobine mobile. Un autre appareil plus portatif, construit su rie même principe (rig. 96] et pourvu d'une bobine fixe de faible longueur, a reçu le nom d'ampère-étalon. Cet appareil, étalonné à l'aide du précédent, permet d'évaluer les courants en appliquant la formule

Les balances de M. Pellat sont comparables entre elles à 0,0001 près, tandis que l'ampère n'est réalisé pratiquement par les pesées voltaméiriques qu'au 0,001.