Cette sonde permet la mesure de la température en
fonction de l'altitude. Elle a été conçue
à partir de 1931-1933 par le docteur Josef Graw, fondateur
de la firme qui porte son nom, sous la direction du professeur
Kölzer dont il était l'assistant à Berlin,
pour les besoins de l'armée de terre allemande et en particulier
pour l'artillerie. Elle est désignée dans la documentation
sous le type RI 3. L'exemplaire que nous avons eu entre les mains
ne porte aucune marque permettant d'identifier le fabricant.
Dans les années 1940-1945 elle fut fabriquée
en grande série et, comme elle est très robuste,
elle n'est pas rare encore de nos jours.
Au départ, le tube (une triode) qui équipait l'émetteur
était une R-084, puis une KC3 en 1944. Sur notre exemplaire
qui paraît antérieur, on trouve une N406 fabriquée
par Valvo.
Description
Son aspect extérieur
est caractéristique et permet de l'identifier facilement
: un cylindre en bakélite fermé par deux couvercles
en tôle d'aluminium emboutie.
Une rawinsonde de la même époque (que
nous décrirons par la suite) possède le même
type de boîtier sans capteur de température, évidemment.
Le capteur de température (bilame métallique
cylindrique) est protégé par une cheminée
(rep. C) fixée sur un des couvercles.
Une lumière (rep. L) pratiquée
dans le cylindre montre un secteur gradué utilisé
lors de l'étalonnage en température.
La sonde est suspendue au ballon de façon à ce que
son axe soit horizontal et que la cheminée soit verticale
(sur la photo, le couvercle n'a pas été remis correctement...),
l'antenne (rep. A) est un dipôle au centre duquel
se trouve le boîtier. On aperçoit derrière
le cylindre l'autre brin de l'antenne, que l'on peut considérer
comme un contrepoids.
Pour une fréquence de 4,5 MHz (lamba=66m) un dipôle
demi-onde devrait avoir une longueur de 33m ; le dipôle
était peut-être raccourci.
Remarque : la RI-3 décrite ici a quelques particularités
qui la distingue des autres exemples rencontrés ça
et là :
- tube de Bourdon au lieu de capsules de Vidie
- CV papillon de forme hexagonale
- triode N406 montée sur un support en plastique non fixé
sur le chassis.
Caractéristiques
Dimensions du boîtier : diamètre 95mm
; hauteur 138mm ; hors tout (avec la cheminée) 190mm Masse : 428 g sans piles Fréquence : entre 4 et 5MHz Capteurs : bilame métallique pour la mesure de la
température ; barocontacteur utilisant une capsule de Vidie
pour transmettre l'altitude en 16 paliers.
(C) Condensateur papillon
(L) self de
l'émetteur
(T) Triode N406
Valvo
(V) vibreur
du convertisseur de tension/modulateur
(C) Condensateur papillon
(B) barocontacteur
cylindrique
(P) tube de
Bourdon
Capteur de pression
Sur l'exemplaire décrit ici, l'élément
sensible est un tube de Bourdon (rep. P)
mais les modèles plus récents sont équipés
de capsules de Vidie. Le principe du codage est le même.
En se déformant sous les variations de pression, le tube
de Bourdon tire ou relâche la petite chaînette (rep.
C) enroulée dans une gorge en spirale
(autrement dit : un filetage) de l'axe du barocontacteur (rep.
B). Le cylindre du barocontacteur tourne
et sa position en rotation est directement liée à
la pression. Le ressort-spirale (rep. R)
s'oppose à la rotation et tend la chaînette en permanence.
Remarque : ce système de chaînette, très original,
a été remplacé par la suite par un autre
dispositif, ce qui n'est pas surprenant car de par sa structure
la chaînette ne devait pas se dérouler sans à-coups.
Le cylindre du barocontacteur est isolant dans sa
masse mais comporte des lamelles en laiton plus ou moins régulièrement
espacées sur sa périphérie. Ces lamelles
(visibles sur la photo) sont toutes reliées entre-elles
par un flasque en laiton également.
Une lame métallique (rep. L)
frotte sur la partie isolante du cylindre et, lorsque le cylindre
tourne sous l'effet du changement d'altitude de la sonde, le contact
s'établit entre la lame et une lamelle. Un condensateur
est mis en circuit entre l'anode du tube et la masse ce qui a
pour conséquence de faire décrocher l'oscillateur.
Sur la photo de gauche on remarque que deux lamelles sont plus
rapprochées que les autres : les deux signaux envoyés
avec un intervalle plus petit permettent de contrôler qu'un
signal n'a pas été perdu. les intervalles 3-4, 8-9
et 13-14 sont réduits.
(P) Tube de Bourdon
(L) lame de
contact
(C) Chaînette
de liaison entre B et P (décrochée)
(B) Tambour
du barocontacteur
(R) Ressort
spirale.
Repères : voir photo
de gauche.
En se déformant, le tube de Bourdon P tire sur la chaînette
C (décrochée) et provoque la rotation du tambour
du barocontacteur B. Lorsque la lame L touche une lamelle du
tambour, le contact s'établit.
Capteur de température
La sonde est prévue pour établir le
diagramme vertical de température en fonction de l'altitude.
L'élément sensible est un bilame métallique
en forme de cylindre dont la déformation commande la rotation
de l'armature mobile d'un condensateur papillon placé dans
le circuit oscillant de l'émetteur. Le passage d'un minimum
de capacité du CV provoque une variation de fréquence
de 4 à 4,7 MHz (par exemple)
Le CV papillon, dont l'axe tourne librement sans butées,
passe par le maximum (et le minimum) de capacité tous les
60 degrés. Le débattement total du bilame couvre
2 à 3 fois ces 60 degrés, ce qui implique que la
fréquence de l'émetteur fera l'aller-retour entre
4 et 4,7MHz deux à trois fois pendant la montée
de la sonde.
Une courbe d'étalonnage de la sonde complète permet
à l'opérateur de retrouver la température
en fonction de l'angle de rotation des lames mobiles du CV, donc
indirectement en fonction de la variation de fréquence
d'émission.
Note : un condensateur papillon est un condensateur variable dont
l'armature mobile a des lames triangulaires disposées comme
des ailes de papillon. Ici l'angle au sommet du triangle est de
l'ordre de 30 degrés
(T) bilame
(C) Condensateur
variable type "papillon"
(M) lames mobiles du
condensateur variable
(F) lames fixes
Emetteur
Il est équipé
d'une triode qui peut être (liste non exhaustive) une des
suivantes :
RE-084 : 4V - 0,08A
KC3 : 2V - 0,2A
N406 : 4V - 0,07A
La référence du tube est suivie de la tension et
de l'intensité nécessaires pour le chauffage du
filament.
L'oscillateur est de type Hartley, sa fréquence est déterminée
à la fois par la self et une capacité fixe mais
aussi par la capacité du condensateur papillon comme on
l'a vu plus haut.
La tension d'anode est produite par un vibreur alimenté
en basse tension par la pile et qui produit aux bornes de son
enroulement secondaire une tension alternative dont la tension
crête dépasse 80 volts. Le redressement est assuré
d'office par la triode elle-même. La fréquence du
vibreur est de l'ordre de 1000Hz, ce qui provoque automatiquement
la modulation en amplitude de l'émetteur,
D'après diverses sources, l'alimentation est une pile ou
un accu dont la tension peut aller de 3 à 8 volts.
Transmission des données et décodage
En supposant qu'au moment du lâcher, le CV papillon
soit fermé (ce qui n'est pas obligatoire du tout), la fréquence
d'émission sera par exemble de 4,0 MHz.
En montant, la température diminue, la fréquence
augmente, l'opérateur qui suit le signal de la sonde grâce
à sa modulation note régulièrement l'heure
et la fréquence mesurée sur le cadran du récepteur.
Au bout de quelques minutes, le signal se coupe indiquant que
le premier palier est atteint, cet instant précis permettra
plus tard de calculer la vitesse de montée (généralement
proche de 300m/min) et de déterminer par interpolation
l'altitude de tous les points entre deux paliers.
Si, pendant son balayage en fréquence, le signal de la
radiosonde croise la fréquence d'un émetteur étranger,
il peut arriver qu'un top de pression soit manqué ; l'opérateur
pourra recaler ses mesures lorsqu'il recevra deux tops rapprochés.
Lorsque le CV a atteint son minimum de capacité, la fréquence
est au maximum de sa plage de balayage, par exemple 4,7MHz. L'armature
mobile du CV continue à tourner et la capacité augmente
à nouveau. Le déplacement de fréquence s'inverse.
Même si le CV gardait une valeur fixe, soumis à des
variations de température extrêmes, l'oscillateur
verrait sa fréquence glisser. Cette dérive en fréquence
de l'oscillateur est un facteur qui fausse la mesure. On la constate
en particulier au moment de l'inversion de variation de fréquence.
Des correctifs doivent être appliqués.
Sources
- examen de l'exemplaire RSM-005 de la collection de Payerne.
- Die Entwicklung der deutschen Radiosonden von 1930 - 1955 par
F. Trenkle (DFVLR) - 1982
- site de Helge LA6NCA
- site du Svalbard Museum
Son aspect extérieur
est caractéristique et permet de l'identifier facilement
: un cylindre en bakélite fermé par deux couvercles
en tôle d'aluminium emboutie. 
