Brevet FR2399030A1 — publié le 19790223

La présente invention, faite au sein de la division "NETHIXU de la Société des Produits Industriels I.T.T., a pour objet une pince ampèremétrique et, plus par ticulièrement, un circuit pour pince ampèremétrique permettant la mesure du courant continu. La pince ssmperemétrique est un appareil conçu å l'origine pour la mesure aisée du courant alternatif circulant sur un conducteur sans avoir à déconnecter ce conducteur et insérer un ampèremètre. Elle comprend essentiellement un circuit magnétique ouvrant porté par une pince sur lequel est bobiné un enroulement et un circuit ampèremétrique commandant un galvanomètre ou autre dispositif d'affichage de l'intensité. La pince est simplement refermée sur le conducteur et le courant alternatif fourni par 1' enroulement est traité dans le circuit amperemétrique qui produit un signal destiné au dispositif d'affichage. Un appareil semblable, permettant la mesure d'un cousant continu serait le bienvenu, par exemple dans le domaine de l'électricité automobile. La pressente invention a donc pour objet une pince amperemétrique pour courant continu répondant à ce besoin. Cet appareil utilise le même type de pince que la pince ampèremétrique pour courant alternatif et le m8me type de dispositif d'affichage. I1 s'en différencie donc principalement par le circuit ampèremétrique. Le circuit amperemétrique de l'invention est simple et ne nécessite qu'un petit nombre de composants électroniques. Il est peu encombrant et peu coateux, ce qui est important dans le domaine d'application envisagé. La pince ampèremétrique pour courant continu de l'invention comprend donc une pince k circuit magnétique ouvrant, un enroulement couplé à ce circuit magnétique et un dispositif d'affichage tel qu'un galvanometre. Elle se caractérise par le fait qu'elle comprend aussi un circuit ampbremétrique composé essentiellement d'un dispositif intégrateur, comportant un condensateur d'intégration, un dispositif de commande de remise å zéro et un circuit de décharge du condensateur d'intégration, le dispositif de commande de remise a' zéro étant prévu pour fonctionner avant toute mesure et mettant en oeuvre temporairement le circuit de décharge du condensateur d' intégration, afin de fixer å une valeur définie 1' étant de charge de oe condensateur tandis que le dispositif intégrateur est prévu pour recevoir et intégrer la tension fournie par ledit enroulement, notamment lorsque la pince est refermée autour d'un conducteur parcouru par un courant continu, de manière que la tension résultant de la charge du condensateur d'intégration soit fonction de l'intensité de ce courant continu et que le dispositif intégrateur fournisse un signal fonction de cette tension à destination du dispositif d'affichage qui indique alors la valeur de l'intensité du courant continu parcourant le conducteur pris dans la pince Ledit dispositif de commande de remise a' zéro comprend avantageusement un commutateur et un circuit B relaxation, le commutateur changeant d'état sous une commande manuelle ou mécanique au moment où la pince va être refermée sur un conduc teur et déclenchant le circuit à relaxation qui fournit une impulsion de remise à zéro de durée déterminée, destinée à mettre en oeuvre le circuit de décharge du condensateur d'intégration, Ledit circuit de décharge du condensateur d'intégration comprend avantageusement un premier commutateur déconnectant le condensateur du dispositif intégrateur et un deuxième commutateur court-circuitant ce condensateur* ces commutateurs accomplissant leur fonction en réponse à ladite impulsion de remise à zéro et permettant de décharger rapidement le condensateur dtintégration. Le circuit de décharge du condensateur comprend en outre un troisième commutateur déconnectant, de ltenrou- lement de la pince, le circuit d'entrée du dispositif intégrateur, et un quatrième comuutateur connectant ce circuit d'entrée au potentiel de référence, ces commuta- teurs accomplissant leur fonction en réponse à 1 'impulsion de remisd à zéro et servant à découpler le dispositif intégrateur de la pince durant la décharge du condensateur d'intégration. Ledit dispositif intégrateur est avantageusement un montage connu en soi comprenant un amplificateur d'intégration doté d'un circuit de contre-réaction commutable et d'un condensateur mémoire pour la mémorisation de la tension de décalage de zéro,ce circuit de contre-réaction étant rendu actif par ladite impulsion de remise à zéro pour charger ledit condensateur mémoire sous la tension de décalage de l'amplificateur d'intégration durant la décharge du condensateur d'intégration. Par ailleurs,le potentiel de référence de l'ensemble du circuit ampéremétri que est avantageusement différent du potentiel de polarisation du dispositif d'affichage d'une valeur telle que*dans l'étendue de mesure admise,le signal fourni au dispositif d'affichage ait toujours le même sens, quel que soit le sens du courant mesuré. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant exposés de façon détaillée dans la description qui va suivre, faite å titre d'exemple non limitatif, en se reportant à la figure annexée qui représente un exemple de réalisation de la pince ampèremétrique pour courant continu faisant ltobået de ltinven- tison. Sur la figure annexée,on a figuré une pince à transformateur ouvrant PI qui peut entre du type décrit dans le brevet français nO t 465 507 déposé le 12 novembre 1965 au nom de la Société Anonyme dite : Compagnie Générale de Nétrologie. Cette pince comprend deux branches bnl et bp2 articulées par des moyens non représentés et portant un circuit magnétique ouvrant en deux parties cml et cm2, ainsi qu'un enroulement dont ne sont visibles sur la figure que. les bornes de connesion Qnl et cn2. En appuyant sur les branches de la pince, on écarte les deux parties du circuit ma gnétique et on peut introduire un conducteur à l'intérieur du cercle que forme le circuit magnétique cm-om2 quand il est refermé. Si ce conducteur est parcouru par un courant continu, un flux magnétique s'établit dans le circuit magnétique et atteint une valeur maxale lorsque la pince et reSermée. La variation de flux engendre une tension aux bornes cn1-cn2 de l'enroulement couplé an circuit magnétique. Bien entendu, on peut introduire plusieurs conducteurs dans la pince et la résultante des courants qui les parcourent engendrera alors le flux et la tension men tionnés. in outre, si le courant ou la résultante de courants agissant sur la pince varie, des tensions variables correspondantes seront engendrées aux bornes de 1 t en- roulement. La pince PI est électriquement connectée par un cordon à deux conducteurs cd et deux bornes de raccordement bri et br2 à un circuit aapèremétrique CA, lequel est connecté par une borne cn3 à un dispositif d'affichage illustré simplement sous la forme d'un galvanomètre GAL. Le circuit CA est constitué essentiellement par un dispositif intégrateur à mémorisation de la tension de décalage comprenant l'amplificateur différentiel d'intégration AI, avec un condensateur d'intégration GI connecté entre sa sortie et son entrée inverseuse, l'amplificateur inverseur de contre-réastion AD, avec les résistances entrée RD1 et de contre-réaction RD2 définissant son gain, le eommuta- teur CM5 dont le fonctionnement sera décrit ultérieurement et le condensateur ménoire C. Un dispositif intégrateur semblable a déjà été décrit dans le brevet fran çais n 71 01236 publié sous le n 2 121-462, déposé le 15 janvier 197I par la Société Demanderesse. Ce circuit CA comprend, de plus, un circuit de remise à zéro comportant notamment un commutateur CK1, normalement fermé, pour déconnecter le condensateur CI de la sortie de l'amplifioateur d'intégration AI, et un commutateur CN2J normalement ouvert, pour court-circuiter le condensateur d'intégration CI. L'entrée ENT du dispositif intégrateur est connectée à la borne cnî de la pince par un commutateur CN3, normalement fermé, une résistance d'entrée RE, la borne brî et le cordon cd. L'autre borne cn2 de la pince est connectée par le cordon cd et la borne br2 à une source de potentiel de référence Vref. Un commutateur CM4, normalement ouvert, permet par ailleurs de connecter l'entrée ENT au potentiel Vref, par une résistance RP, potentiel qui polarise de plus le condensateur CN et l'entrée suiveuse de l'amplificateur AD. Les deux amplificateurs AI et AD sont des amplificateurs différentiels à très grande impédance d'entrée et à basse impédance de sortie. Ils sont alimentés par les tensions Vdd et Vss, positives et négatives par rapport à la tension de référence Yref. Les commutateurs CMI à CM5 peuvent filtre réalisés à l'aide pour chacun d'eux d'un simple transistor à effet de champ. Le circuit CA comprend encore un dispositif de commande de remise à zéro constitué par un commutateur manuel ou mécanique CRZ fournissant le potentiel Vss vers un circuit à relaxation MRZ. Celui-ci, au repos, fournit un potentiel actif sur sa sortie Vms et un potentiel inactif sur sa sortie Vrz. Au moment où la pince va entre ouverte par une commande maiiuelle ou mécanique non représentée,le commutateur CRZ se ferme et déclenche le fonctionnement du circuit MRZ. Celui-ci, qui peut être un simple basculeur monostable, inverse brièvement les potentiels sur ses sorties Vms et Vrz avant de retourner au repos. La sortie Vms commande les commutateurs CMI et CM3 du circuit CA. Le potentiel actif cité plus haut maintient ces commutateurs fermés, dans la position illustrée sur la figure. La sortie Vrz commande les commutateurs CN2, CM4 et CM5. Le potentiel dit inactif maintient ces commutateurs ouverts, dans la position i11us- trée par la figure. Lorsque le dispositif de commande de remise à zéro fonctionne et inverse brièvement les potentiels des sorties Vms et Vrz, les commutateurs C et CN3 s'ou- vrent, tandis que les commutateurs CM2, CM4 et C1zI5 se ferment. A cet instant le flux dans le circuit magnétique de la pince est encore nul. Le condensateur CI est déconnecté de la sortie de l'amplificateur AI par le commutateur CMI. Il est court-circuité par le commutateur CN2. Son état de charge est ainsi fixé rapidement à une valeur nulle. Au même instant l'ouverture du commutateur C sépare l'entrée inverseuse de l'amplificateur AI de la borne cnl de la pince. La fermeture du commutateur CM4 connecte cette méme entrée inverseuse au potentiel de référence Bref, à travers la résistance RP. Si l'on suppose que: le condensateur mémoire CM n'est pas chargé, l'entrée suiveuse de l'amplificateur AI est au potentiel de référence. Si l'amplificateur AI était parfait, la tension à sa sortie serait égale à la tension de référence. Dans ces conditions, l'amplificateur AD recevrait sur ses deux entrées la tension de référence. S'il était également parfait, il fournirait sur sa sortie la tension de référence.Le commutateur CMS étant fermé, le condensateur CM resterait non charge. Eh pratique cependant, les deux amplificateurs différentiels AI et AD fournissent sur leur sortie une tension non nulle lorsqne leurs entrées sont au meme potentiel. Il faut leur fournir une certaine différence de potentiel entre leurs entrées pour que leur tension de sortie soit nulle. La tension correspondante est appelée tension de décalage de zéro. Si l'on suppose que l'amplificateur AI avec ses entrées au laême potentiel tend à fournir une tension de sortie positive, cette tension est amplifiée et inversée par l'amplificateur AD pour fournir une tension négative chargeant le condensateur CM. Cette tension négative tend à fournir une tension négative à la sortie de l'amplificateur AI, par suite à supprimer la cause qui lui adonné naissance. En pratique, le montage se stabilise lorsque la tension de charge du condensateur CM est pratiquement égale à la tension de décalage de l'amplificateur AI pour que sa sortie soit pratiquement au potentiel de référence. Si l'on suppose ensuite que l'amplificateur AD possède lui-me^me un décalage de zéro, l'état du montage n'en est pratiquement pas modifié, car ce décalage est compensé par le trajet de contre-réaction apporté par la résistance RD2. Ces tensions de décalage de zéro sont très faibles et ne fausseront pas sensiblement le résultat de la mesure. Lorsque le dispositif de commande de remise à atjro retourne à son état stationnaire, les commutateurs CM2, CM4 et CM5 se rouvrent, les commutateurs CMI et K3 se referment. Le condensateur CM conserve la charge qui lui a été cotmtnniquée d'autant que l'impédance d'entrée de l'amplificateur AI est treks élevée. Il maintiendra la correction du décalage de zéro durant toute la mesure. Â la fermeture des commutateurs CMI et CM3, la pince PI est reconnectée au dispositif intégrateur. Cette pince est ouverte puis refermée sur un conducteur parcouru par un courant I. Un flux s'établit dans le circuit magnétique cm1-cm2 et engendre entre les bornes cn1 et cn2 une tension v = n d# , n étant le nombre dt de spires de l'enroulement, ss le flux et t le temps.Un courant circule par l'en- roulement, la résistance BE et le condensateur CI qui se charge. Entre l'instant initial TO correspondant à la fermeture des commutateurs CM1 et CM3 et à un flux nul dans le circuit magnétique et un instant t1 choisi tel qu'un flux 1 s'est stabilisé dans le circuit magnétique, la tension accumulée aux bornes du condensateur d'intégration CI a pour valeur temps de 1 'intégrateur, c'est-à-dire étantla constante de dt = 1 n#1. Comme étant la réluctance du circuit magnétique et étant définie, tout coarme les grandeurs n et t;;. Il s'ensuit que la tension VI est directement fonction du courant I parcourant le conducteur introduit dans la pince. Cette tension est disponible à la sortie de l'amplificateur AI, par rapport à la tension de référence Vref. Le galvanomètre GAL reçoit un courant correspondant selon la valeur de la résistance RL et fournit une indication de la valeur de l'inten- sité du courant I parcourant le conducteur introduit dans la pince. Si la tension Vref est choisie par rapport à la masse, telle que le galvanomètre, sous son seul effet, dévie à mi-échelle, les courants I positifs et négatifs seront affichés de part et d'antre de cette position médiane. Le circuit ampèremétrique que l'on vient de décrire permet dont bien d'afficher la valeur d'un courant continu parcourant un conducteur en refermant sur celui-si une pince à circuit magnétique ouvrant. Peur que cet affichage se maintienne il faut faire en sorte que le condensateur d'intégration CI ne se décharge que très lentement.On y parvient essentiellement grâce à l'emploi d'un amplificateur d'in intégration AI à grande impédance d'entrée et à la compensation du décalage de zéro obtenue par la charge du condensateur mémoire C4. te courant de décharge du condensateur CI est alors mininial et la tension aux bornes de ce condensateur peut être conservée durant plusieurs minutea sans varier de plus de quelques centièmes. On remarquera aussi que la pince ampèremétrique que l'on vient de décrire donne la valeur instantanée du courant parcourant le conducteur introduit dans le circuit sagnetique. Si ce courant varie, les variations de flux qui en résultent, après intégration, modifient la valeur indiquée par le galvanomètre, selon le prones- sus décrit. Par ailleurs, si l'on provoque alors le fonctionnement du commutateur CRZ, le condensateur CI est déchargé. Si l'on retire ensuite la pince du conducteur quelle enserrait, le flux établi dans le circuit magnétique s'annule. La variation de flux est la même qutà l'introduction du conducteur dans la pince, bien que de sens opposé. En conséquence, après avoir retiré la pince, le dispositif d'affi chage indique à nouveau la valeur du courant parcourant le conducteur, avec une polarité inversée, et maintieat cet affichage durant quelques minutes. Une telle pos sibalité peut se révéler intéressante dans certains cas d'utilisation. Il est bien évident que les descriptions qui précèdent n'ont été fournies qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peu-fent titre en visagées sans sortir pour autsnt du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Pince ampèremétrique permettant la mesure du courant continu comprenant une pince à circuit magnétique ouvrant, un enroulement couplé à ce circuit magnétique, un circuit amperemétrique et un dispositif d'affichage, caractérisée par le fait que le circuit ampèremétrique est composé essentiellement d'un dispositif intégrateur comportant un condensateur d'intégration, un dispositif de commende de remise à zéro et un circuit de décharge du condensateur d'intégration, le dispositif de commande de remise à zéro étant prévu pour fonctionner avant toute mesure et mettant en oeuvre temporairement le circuit de décharge du condensateur d'intégration, afin de fixer à une valeur défini. l'état de charge de ce condensateur, tandis que le dispositif in tégrateur est prévu pour recevoir et intégrer la tension fournie par ledit enroulement, notamment lorsque la pince est refermée autour drun conducteur parcouru par un courant continu, de manière que la tension résultant de la charge du condensateur d'intégration soit fonction de l'intensité de ce courant continu et qur le dispositif intégrateur fournisse un signal fonction de cette tension à destination du dispositif d'affichage qui indique alors la valeur de l'intensité du courant continu parcourant le conducteur pris dans la pince. 2. Pince ampèremétrique telle que définie en 1 et caractérisée par le fait que ledit dispositif de commande de remise à zéro comprend un commutateur et un circuit de relaxation, le commutateur changeant d'état au moment où la pince va être refermée sur un conducteur et déclenchant le circuit à relaxation, lequel fournit une impulsion de remise à zéro de durée déterminée, destinée notamment à mettre en oeuvre ledit circuit de décharge du condensateur d'intégration. 3. Pince ampèremétrique telle que définie en 1 et caractérisée par le fait que ledit circuit de décharge du condensateur dtintégration comprend un premier commutateur déconnectant ledit condensateur d'intégration du montage d'intégration et un deuxib- me commutateur court-circuitant ce condensateur, ces deux commutateurs accomplissant leur fonction en réponse à ladite impulsion de remise à zéro, et permettant de décharger rapidement le condensateur d'intégration. 4. Pince amperemétrique telle que définie en 3 et caractérisée par le fait que ledit circuit de décharge du condensateur d'intégration comprend aussi un troisième com mutateur déconnectant de 1' enroulement de la pince le circuit d'entrée dudit dispositif intégrateur et un quatrième commutateur connectant ce circuit d'entrée à un potentiel de référence, ces commutateurs accomplissant leur fonction en réponse à ladite impulsion de remise à zéro et servant à découpler le dispositif intégrateur de la pince durant la décharge du condensateur d'intégration. 5. Pince ampèremétrique telle que définie en 1 et caractérisée par le fait que ledit dispositif intégrateur est un montage, connu en soi, comprenant un amplificateur dtintégration doté d'un circuit de réaction commutable et d'un condensateur mémoire, pour la mémorisation de la tension de décalage de zéro. 6. Pince ampèremétrique telle que définie en 3 et caractérisée par le fait que ledit circuit de contre-réaction commutable comprend un commutateur rendu actif par ladite impulsion de remise à zéro pour charger ledit. condensateur mémoire sous la tension de décalage de zéro de l'amplificateur dtintégration durant la décharge du condensateur d'intégration. 7. Pince ampèremétrique telle que définie en 1 et caractérisée par le fait que le potentiel de référence de ltensemble du circuit ampèremetrique est différent du potentiel de polarisation dudit dispositif d'affichage dune valeur telle que, dans l'étendue de mesure admise, le signal fourni au dispositif d'affichage ait toujours la mtme polarité par rapport au potentiel de polarisation, quel que soit le sens du courant mesuré.