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 Principe du barocontacteur
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Voir aussi : Les débuts du radiosondage 1920-1945 - Les radiosondes à tubes de 1940 à 1970 - Caractéristiques de l'atmosphère standard -  Calcul de la pression atmosphérique avec la loi de Laplace - Variations de la vitesse de montée d'un ballon-sondeLa rawinsonde ou radiovent - Rawinsonde Mesural avec barocontacteur - Le barocontacteur Mesural type BA 2900 -   


  Dans les radiosondes anciennes, la pression atmosphérique mesurée pendant la montée n'est pas toujours transmise en permanence pendant celle-ci. Comme c'est une information sans surprise parce que diminuant naturellement de façon régulière et que la vitesse de montée du ballon est quasiment stable (voir : Variations de la vitesse de montée d'un ballon-sonde), il suffit de la transmettre de temps à autre pour permettre à l'opérateur chargé du dépouillement des données de vérifier que l'altitude prévue est bien atteinte au bon moment.
Mais le barocontacteur n'est pas seulement un moyen de traduire la pression atmosphérique en signaux électriques, c'est aussi un commutateur dont le rôle est aussi de sélectionner tour à tour :
- le capteur dont sera transmise la mesure (P, T ou U)
- l'élément de référence (condensateur ou résistance fixe) pour en transmettre la valeur.
Le barocontacteur a été imaginé et mis au point dans les années 1936-37 par Harry Diamond, Wilbur Stanley Hinman et Francis Winkley Dunmore du National Bureau of Standards. Leur but était alors de concevoir une radiosonde équipé d'un système de codage sans moteur, mouvement d'horlogerie ou moulinet.

Principe de base

  On peut considérer un barocontacteur ou baroswitch comme un commutateur à 1 circuit et n positions, "n" pouvant prendre une valeur allant de 10 à 200.
Sur la photo ci contre, on peut voir le barocontacteur de la Sprenger E-050 composé de :
P : capsule de Vidie
C : levier dont l'angle de rotation est directement proportionnel à la dilatation de la capsule
B : piste constituée d'une plaque conductrice en aluminium recouverte partiellement d'un vernis de couleur verte, les traits et inscriptions restés en blanc indiquant l'absence de vernis.
Lorsque le curseur C passe sur un des 16 traits, un contact électrique est établi qui peut servir, par exemple, à manipuler la porteuse de l'émetteur.
Exemple :
Au moment du lâcher et pendant quelques minutes la sonde émet un signal continu sur la fréquence HF de 2300kHz.
Au bout de 3 minutes le curseur passe sur le premier trait. Le contact électrique est fermé et un condensateur de quelques picofarads est introduit dans le circuit oscillant, la fréquence de l'émetteur fait un saut de 15kHz et se retrouve à 2285kHz. L'enregistreur graphique transcrit le changement de fréquence ; l'opérateur sait alors que, d'après la courbe d'étalonnage, la sonde est à une altitude de 1000m environ où la pression est de 1000hPa correspondant au premier trait. Au bout de quelques secondes (dépendant de la largeur du trait et de la vitesse de montée) le signal revient sur la fréquence initiale de 2,3MHz.
Comme le curseur se déplace toujours dans le même sens, bien qu'à une vitesse qui peut varier quelque peu, les signaux transmis au moment du passage sur les traits seront envoyés dans l'ordre et permettront de connaître le moment de passage de la sonde à un certain niveau.
Pour qu'une perte dans la transmission au moment d'un changement de niveau n'introduise pas de confusion dans les mesures, le 5ème et le 10ème trait est doublé. L'opérateur peut alors recaler son tableau de mesures.

  Le barocontacteur type BA 2900 fabriqué par Mesural dans les années 1970 utilise un système très similaire agissant sur un oscillateur BF servant de modulateur à l'émetteur transistorisé.



Un barocontacteur à tambour

Autre technique, le barocontacteur de la sonde allemande Kölzer-Graw dont on voit un détail ci-contre.
Le tambour de codage (rep. C) montre des lamelles métalliques, toutes reliées entre elles par le plateau bien visible et séparées par des plages isolantes brunes. Il est monté sur un axe fileté d'une gorge dans laquelle vient s'enrouler une petite chaînette F dont l'extrémité est serrée en temps normal (ici elle est décrochée) dans une douille (rep. P) soudée en bout du tube de Bourdon donc on distingue la section fuselée. Les faibles déplacements de la douille P, provoqués par les déformations du tube de Bourdon, sont amplifiés par ce dispositif qui s'apparente à un treuil.
Le ressort spirale R a pour rôle de tendre la chaînette.
La lame de contact L frotte sur le tambour et ferme le contact lorsqu'elle touche une barrette. On remarque aussi deux barrettes très rapprochées qui permettent à l'opérateur de vérifier que la réception des tops de changement de niveau d'altitude n'a pas été interrompue.
Ce type de barocontacteur a une particularité : le tambour, en pouvant faire plusieurs tours, permet de transmettre un plus grand nombre de niveaux que le précédent exemple.





Le barocontacteur de la radiosonde AN/AMT-2C

Les deux photos qui suivent montrent d'abord l'allure générale d'un barocontacteur qui a régné pendant des décennies sur le monde des radiosondes étasuniennes puis en gros-plan le détail de la piste de codage.
Contrairement aux apparences, il ne s'agit pas d'un potentiomètre mais d'un contacteur à 3 plots (rep. 1, 2 et 3) dont l'ordre d'exploration par le curseur C varie en fonction du secteur de la piste où évolue ce curseur.
Ainsi, en partant de l'extrémité gauche (sur la photo de droite...) le curseur entrera en contact avec, dans l'ordre, les plots :
1,2,2,2,2,1,2,2,2,2,1,2,2,2,2,1,2,2,2,2,1,2,2,2,2,1,2,2,2,2,
3,2,2,2,2,1,2,2,2,2,1,2,2,2,2,3,2,2,2,2,1...
Si le capteur de température est relié au plot 1, celui d'humidité au plot 2 et une résistance ou un condensateur de référence au plot 3, au total ce seront 150 mesures qui pourront être transmises, au maximum, puisque la piste ne comporte que 150 traits.
Un tel barocontacteur peut être considéré comme un dispositif permettant de transmettre une des informations T ou U, non plus en fonction du temps mais en fonction de la pression (donc de l'altitude).

Le barocontacteur de la radiosonde Friez-Bendix

Plus ancien que celui de la radiosonde AN/AMT-2C de Molded Insulation Company décrite précédemment ; il date des années 40 mais son principe est le même.
Ici la piste est constituée d'un empilage de petite lames métalliques séparées par les lames isolantes.
Les lames conductrices sont reliées entre elles de façon similaire à la piste du barocontacteur précédent.



Principe

Pour mieux comprendre l'utilisation du barocontacteur, voici un exemple fictif, c'est à dire ne décrivant pas exactement un mécanisme existant.
Le schéma de la figure de gauche représente une portion du circuit d'un oscillateur BF utilisant une lampe et dont la fréquence dépend de la résistance (ou des résistances en série) entre la grille et la masse. On suppose que la fréquence augmente en même temps que la résistance totale du circuit.
Trois composants sont en série :
- R : résistance fixe
- U : résistance de l'hygristor dépendant de la valeur de l'humidité relative de l'air
- T : capteur de température, une thermistance dont la résistance diminue lorsque la température augmente.
Un commutateur à 3 positions permet d'éliminer T seule ou à la fois T et U en les court-circuitant.

Schéma de principe du barocontacteur résumé à 3 positions.
1 : mesure de R (*)
2 : mesure de R+T+U
3 : mesure de R+U

(*)
le but n'est pas de mesurer R seule, mais de caler à zéro le circuit de décodage
   (C) curseur mû par la capsule de Vidie ; relié à la masse.
 (R) Résistance fixe
 (T) Thermistance du capteur de température
 (U) Hygristor du capteur d'humidité
Par comparaison avec la figure de gauche, le curseur peut
prendre trois positions :
1 : barrettes bleues larges  
2 : entre deux barrettes  
3 : barrettes vertes


Pour chacune des trois positions le modulateur va transmettre une fréquence BF différente :
1 : Le curseur met les résistances des deux capteurs T et U en court-circuit. Seule la résistance R est en service, la tonalité émise est à la fréquence minimum, le système au sol peut effectuer une sorte de "remise à zéro".
2 : Les trois résistances sont en série, la fréquence de la tonalité est maximale, l'appareil de décodage au sol peut calculer la valeur de T+U
3 : La résistance T du capteur de température étant court-circuitée, le système peut déterminer la valeur de U seule et par conséquent retrouver la valeur de T seule à partir de la valeur mesurée en position 2

Chaque changement de tonalité BF indique bien sûr un changement de niveau de pression. Ce barocontacteur, avec ses 80 plots, transmettra au maximum 80 mesures de pression et de température et une soixantaine de mesures d'humidité.


Un barocontacteur transmettant en morse

Peut-on considérer le système de codage de cette radiovent comme un barocontacteur ? Oui si on considère qu'il permet de transmettre un signal propre à chaque changement de niveau d'altitude (51 niveaux au total).

Voir la page : Windsonde émettant en morse.



Sources

- Examen de l'exemplaire RSM-001 de la collection de Payerne.
- The invention and development of the radiosonde par Dubois, Multhauf et Ziegler - Smithsonian Institution
- Catalog of Meteorological Instruments in the Museum of History and Technology par W. E. Knowles Middleton - Smithsonian Institution

Remerciements

- Radiosondeurs de Payerne