Brevet FR2293831A1 — publié le 19760702

La présente invention se rapporte aux dispositifs comportant un générateur de tension mettant en oeuvre l'effet Hall. lorsque, dans de tels générateurs, constitués en général d'un bloc parallélépipédique d'un matériau semi-conducteur tel que le germanium, on fait passer un courant électrique entre une première paire de faces du bloc, un champ électrique apparat entre une deuxième paire de faces, si l'on soumet le bloc à un champ magnétique de direction perpendiculaire à la troisième paire de faces du bloc. Par fixation d'électrodes sur la deuxième paire de faces, une tension peut être recueillie, proportionnelle au courant électrique et au champ magnétique appliqués, et si le courant est main- tenu constant, cette tension constitue une mesure de ce champ magnétique. Dans certaines applications où le champ magnétique considéré est variable dans le temps, un inconvénient apparatt cependant, lié à la nécessité de relier par des fils de raccordement l'élément sensible au magnétisme et l'appareil de mesure de la tension recueillie à ses bornes. Ces connegions réalisent en effet une boucle conductrice fermée partiellement soumise au champ magnétique variable à mesurer, qui y crée par induction une tension électrique parasite superposée à la tension utile due -au générateur de Hall, et qui rend ainsi la mesure inexacte. Pour surmonter cet inconvénient, on a fait appel, dans l'art connu, à un élément compensateur constitué par un solénoïde, quelquefois réduit à une seule spire ou boucle, soumis à tout ou partie de -champ magnétique à mesurer, et connecté en série dans le circuit de mesure. La tension de compensation qui y est créée, par induction, par le champ magnétique variable, est appliquée'en opposition avec la tension-prEsente dans le circuit de mesure, et annule ainsi, après aSus'ement, la tension parasite---indesirable en ne laissant subsister que la tension du générateur de Hall. Cette solution connue présente plusieurs inconvénients. D'abord la -réalisation et la mise en oeuvre du solénoïde et des éléments d'a3ustement associés est longue et délicatè'; la compen sation obtenue n'est valable que pour une position définie du solé noSde et des fils de raccordement à l'appareil de mesure; ensuite, la compensation, exacte après réglage, évolue dans le temps par suite de phénomènes physico-chimiques de dégradation des contacts des éléments d'ajustement. Par ailleurs, la bande passante est limitée par les caractéristiques de bande passante du solénoSde lui-même. Enfin, le cott d'un tel dispositif est élevé. L'invention faisant l'objet du présent brevet n'a pas ces inconvénients. Dans son principe, elle s'appuie sur le fait que la tension utile, délivrée par-le générateur de Hall, est proportionnelle au champ magnétique à mesurer, tandis que la tension parasite, qui est une tension induite par les variations du champ magnétique, est proportionnelle à-la dérivée de ce champ. L'invention fait alors appel, au lieu d'un dispositif de compensation à tension induite du genre de l'art connu, à un circuit intégrateur connecté aux bornes du générateur de Hall. Ce circuit est essentiellement constitué d'un élément résistif et d'un élément capacitif connectés en série, la tension utile de sortie étant recueillie aux bornes de l'élément capacitif. te dispositif selon l'invention présente les avantages d'une mise en oeuvre et d'un ajustement simples, d'une bonne stabilité dans le temps, d'une bande passante très large et d'un prix de revient faible, Plus précisément, l'invention se rapporte à un circuit de compensation pour générateur de Hall soumis à un champ magnétique variable , le générateur, en forme de bloc parallélépipédique, comportant, sur une première paire de faces, deux bornes d'entrée pour introduction d'un courant d1alimentation, sur une deuxième paires de faces, deux bornes de sortie pour raccordement à un circuit d'utilisation dela tension électrique produite par le générateur, circuit caractérisé en ce qu'il est de type intégrateur, est connecté auxdites bornes de sortie, et comporte un premier élément doté de résistance et un second élément doté de capacité, le premier élément étant connecté en série et le second étant connecté en parallèle dans le circuit d'utilisation. l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après, en s'appuyant sur les figures jointes, où - la Fig. 1 représente un générateur de Hall muni d'un circuit de compensation suivant l'art connu - la Fig. 2 représente. schématiquement un générateur de Hall muni d'un circuit de compensation selon l'invention - la Fig. 3 représente schématiquement une variante du circuit'. de compensation selon l'invention. La Figure 1 représente un générateur de Hall muni d'un circuit de compensation suivant l'art connu, dans le cas d'une utilisation pour la mesure de courants électriques alternatifs. le dispositif de mesure est constitué d'un générateur de Hall 1, de forme générale parallélépipédique mince. Sur une première paire de faces du bloc, sont fixées deux connexions 2 et 2' permettant l'application d'un courant d'alimentation ; sur une deuxième paire de faces du bloc sont fixées deux connexions 4 et 4' permettant de recueillir la tension produite par le générateur. Sur une troisième paire de faces du bloc, telle que 9,est appliqué, perpendiculairement à elles, le champ magnétique à mesurer. Dans l'exemple de la figure 1, ce champ est créé dans l'entrefer d'un circuit magnétique 3, où circule un flux magnétique provenant du passage du courant électrique dans un fil conducteur 7 ; ce passage s'accompagne de la création d'un champ magnétique dont les lignes de force sont des cercles tels que 8 et 8' entourant le fil, et la mesure de ce champ permet de déduire, pour un courant d'ali- mentation donné, la grandeur du courant qui circule dans le fil. C'est par le générateur de Hall que cette mesure est réalisée. Pour cela le générateur est placé dans l'entrefer du circuit magnétique 3, et les connexions de mesure 4 et 4' du générateur de Hall sont reliées, par les fils 5 et 5', à un appareil de mesure de tension 6. Le fonctionnement d'un tel dispositif est le suivant Lorsqu'un courant électrique continu circule dans le fil 7, il crée un champ magnétique, qui lui est proportionnel, autour du fil, avec des lignes de forces circulaires disposées dans des plans perpendiculaires à l'axe du fil telles que 8, 8' et 15. Une partie du champ magnétique est canalisée par le circuit magnétique 3 et le générateur de Hall, alimenté en courant continu à ses connexions 2 et 2' , qui Y est soumis délivre alors une tension électrique continue proportionnelle au champ magnétique, donc au courant à mesurer qui circule dans le fil 7. Cette tension est acheminée au voltmètre de mesure 6 par la connexion 5, d'une part, et la connexion 5' d'autre part, à travers une résistance réglable 10 et une boucle en parallèle 11. lorsque ctest un courant rapidement variable dans le temps qui circule dans le fil 7, un phénomène parasite apparat, qui trouble la mesure. Dans le cas, par exemple d'un courant alternatif, à une fréquence de 50 Hz dans de nombreuses utilisations pratiques, une partie du champ magnétique créé a en effet ses lignes de force, telles que 15, qui traversent nécessairement le circuit'fermé constitué par l'ensemble des connexions 5, 5' et reliant le générateur de Hall au voltmètre de mesure 6. Et suivant les lois physiques de l'induction, une tension électrique y est créée par le flux magnétique alternatif qui la traverse. C'est cette tension parasite, qui est en quadrature de phase par rapport à la tension du générateur de Hall, qui doit autre compensée pour obtenir une mesure exacte. Selon une solution connue, une compensation est obtenue par la création, dans le circuit de mesure, d'une tension électrique auxi liaire, de même grandeur, et de même phase, mais de signe opposé cette tension est créée par un solénoïde, réduit sur la figure 1 à une boucle 11, plongé dans le champ magnétique dont il embrasse une partie du flux,avec des lignes de force telles que 8' , et est ajustée par la résistance réglable 1Q. Cette solution, par laquelle est effectivement réalisée une compensation, présente cependant, comme il a déjà été exposé plus haut, des inconvénients dans le domaine de la mise en oeuvre, de la stabilité dans le temps, de la bande passante, et du colt. La figure 2 représente un mode de réalisation, donné à titre d'exemple, du circuit de compensation selon l'invention, où, pour plus de clarté, seuls les éléments nécessaires à la compréhension ont été représentés. Le circuit de compensation comprend une résistance R 20 connectée en série avec une des connexions de sortie 5 du générateur de Hall, et un condensateur C 21, connecté en parallèle sur les connexions de sortie 5 et 5'. Les connexions 25 et 25' qui lui font suite sont reliées au voltmètre 6. Le fonctionnement d'un tel dispositif est le suivant Le générateur de Hall 1, soumis sur ses faces telles que 9 à un champ magnétique alternatif, alimenté par un courant constant à ses connexions 2, 2', délivre une tension électrique alternative à ses connexions 4, 4', qui est acheminée à travers la résistance 20 à l'appareil de mesure 6. D'autre part, ainsi qu'il a été expliqué plus haut, une tension alternative parasite d'induction est créée dans le circuit de mesure par le flux magnétique représenté par une de ses lignes de force telles que 15 ; cette tension est en quadrature de phase avec la tension du générateur de Hall. Le circuit R, C, selon l'invention assure l'annulation de cette tension parasite, suivant un mécanisme lié à la différence des caractéristiques de la tension alternative utile et de la tension alternative parasite. En effet, on peùt considérer le-générateur de Hall tel qu'utilisé habituellement, comme la mise en série de deux générateurs, un premier générateur parfait, délivrant une tension proportionnelle au champ magnétique, et un second générateur, délivrant une tension en quadrature avec la première, proportionnelle au champ magnétique, mais aussi à la fréquence de celui-ci.Dès lors, si l'on connecte, aux bornes d'un tel ensemble, un circuit dont l'impédance est décroissante en fonction de la fréquence, il apparat possible de diminuer, jusqu'à l'annuler, la tension parasite. C1 est la fonc tension du circuit RC d'assurer cette diminution. L'annulation exacte de la tension parasite peut être obtenue pour une valeur particulière du produit RC, valeur qui peut être déterminée par le calcul suivant Si l'on appelle VH la tension de Hall, avec VH = i g où kg = coefficient de sensibilité du générateur ig = courant d'alimentation du générateur B = champ magnétique = B max. ejw,supposé sinusoïdal pour plus de simplicité Vs = la tension induite, avec V. = S d3 i dt où S est la surface du circuit soumis au champ magnétique, et dB la dérivée du champ magnétique. dt Aux bornes du circuit de Hall, il y a donc la somme V des deux tensions : V = d ig B + S dB dt ou : kH, i gBmaxe jw + Sjw Bmax ejw le courant dans le réseau RC est alors, si l'on néglige le courant consommé par l'appareil de mesure 6 Pour une mesure exacte, cette tension doit être égale à la tension de Hall VH =kH i B. Cela a lieu seulement pour la valeur 's particulière de RC = kH i , pour laquelle ~ ~ ~ g - la tension parasite disparaît de la relation (1) La figure 2 représente une variante de réalisation du circuit de compensation suivant l'invention.Selon cette variante, la résistance unique R de la figure 1, insérée en série dans une des connexions, est remplacée par deux résistances R1 , R2, de valeurs respectives égales à la moitié de la résistance R, et respectivement insérées en série dans les deux connexions 5 et 5' du circuit de mesure. le fonctionnement d'un tel circuit s'analyse de la même manière que celui du circuit de la figure 1, mais la répartition symétrique de la résistance en valeurs égales dans les deux connexions de sortie du générateur permet de surmonter un inconvénient particulier du-circuit de la figure 1, connu sous le nom de tension d'off-set ou tension de décalage. Cet inconvénient provient du fait que l'appareil de mesure 6 a une consommation non nulle, et qu'un courant circule dans les deux branches 5, 5' du circuit de mesure une chute de tension apparaît aux bornes de la résistance 20 due à ce courant, et fait alors apparaître un "décalageS de tension sur le circuit de mesure. La répartition symétrique des résistances permet de surmonter ce phénomène,en déterminant des chutes de tension égales dans les deux branches du circuit de mesure, ce qui conduit à diviser la résistance R ea deux résistances égales. A titre d'exemple-, on peut noter que le circuit de compensation de l'invention a été utilisé dans un cas pratique de réalisation p our un générateur de Hall de type connu, avec une résistance R ajustable de 100 kiloohms, une capacité de 1 nanofarad, à des fréquences alternatives de 50 et 400 Hz, des champs magnétiques allant jusqu'à des des valeurs de crête de 0,2 T ; la correction a été obtenue de façon satisfaisante entre - 400 C et + 1000 C. Enfin, les modes de réalisation décrits ci-dessus n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que l'élément doté de résistance, décrit ci-dessus à titre d'exemple comme élément positif passif, doit s'entendre de façon générale comme tout élément actif ou passif doté de résistance positive ou négative. De même, le circuit de compensation selon l'invention doit autre compris comme pouvant s'utiliser à la compensation de toute tension produite par induction par des champs magnétiques alternatifs, dans des circuits de liaison à tout générateur dont la tension utile n'est pas elle-meme directement produite par induction. REVENDICATIONS 1. Circuit de compensation pour générateur de Hall soumis à un champ magnétique alternatif, le générateur, en forme de bloc parallélépipédique (1) comportant, sur une première paire de faces, deux bornes d'entrée (2, 2') pour introduction d'un courant d'alimentation, sur une deuxième paire de faces, deux bornes de sortie (4, 4') pour raccordement à un circuit d'utilisation de la tension électrique produite par le générateur, circuit caractérisé en ce qu'il est de type intégrateur, est connecté maudites bornes de sortie, et comporte un premier élément doté de résistance (20) et un second élément doté de capacité (21), le premier élément étant connecté en série et le second étant connecté en parallèle dans le circuit d'utilisation. 2. Circuit de compensation pour générateur de Hall selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier élément est constitué par une résistance, connectée en série avec une des bornes de sortie du générateur de Hall. 3. Circuit de compensation pour générateur de Hall selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier élément est constitué par deux résistances, de même valeur, respectivement connectées à chacune des deux bornes de sortie du générateur de Hall. 4. Circuit de compensation pour générateur de Hall, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le produit des valeurs représentant respectivement les éléments dotés de résistance et de capacité est sensiblement égal à la valeur où S est la surface dudit circuit d'utilisation , soumis audit champ magnétique alternatif,ig ledit eourant d'utilisation et E le coefficient de sensibilité dudit générateur.