Brevet FR2436998A1 — publié le 19800418

Procedé de mesure rapide de résistances électriques de valeur élevée. L'invention concerne la mesure des résistances parasites de fuite ou autres de valeur élevée, présentées par les appareils ou composants électriques conçus pour avoir un isolement aussi éleve que possible. On connait actuellement des appareils qui sont capables de mesurer des courants de fuite de l'ordre de 10 14 à 1015 ohms. Ces appareils exigent d'être conçus pour présenter une impédance d'entrée quasi infinie (tripole de Lemouzy par exemple). Les réglages pour y parvenir sont particulièrement délicats et instables, ils nécessitent l'emploi de composants tres spéciaux, et la mesure de la résistance inconnue demande d'atteindre l'équilibre des tensions ou courarts ce qui exclue ces mesures de contrôle continu en fabrication. En outre, en cas de mesures de capacités, la moindre fluctuation de la tension d'épreuve est enregistrée comme un "défaut" (courant de charge ou de décharge de la capacité en cours de mesure). Le procédé de mesure selon l'invention a pour objet de pallier ces inconvénients, Un premier avantage du procédé selon l'invention réside dans le fait qu'il n'est pas necessaire que le dispositif de mesure du courant de fuite' recherche possède lui-même une impedance d'entrée quasi-infinie : de quelques centaines de kilo ohms à quelques-dizaines de mégohoms selon la constante: de temps permise par le gain des amplificateurs. - !- Un 2eme avantage dti'procédé réside dans le fait que la mise sous la tension d'épreuve se fait-par le moyen d'un circuit dont l'impédance pleut être très faible, s'orte''que l'atteinte de cette tension ne demande qu'un temps -' très bref pouvant être de l'ordre de quelques mîllisecondes. ' Liinvsention présente en outre la possibilité de négliger ou courtcircuiter la perturbation infligée à l'entrée du système de mesure, lequel est prévu de polarité opposée à celle de la mesure(par construction). L'usage des circuits à très faible constante de temps (bande passante élevée) permet de lire" la valeur du courant de fuite, donc l'isolement aussitôt après la fin de la periode dite "de charge". Cette mesure est donc tres rapide et l'appareil peut suivre la cadence d'une fabrication industrielle de série Un autre avantage du procédé consiste à effectuer la mesure apres la coupure de la tension de charge du circuit: les variations de cette tension n'ont de ce fait aucune influence sur la mesure.Il suffit seulement que la source de courant possède une stabilité suffisante pour que les composants éprouvés le soient sous leur tension d'isolement spécifiée, et que l'impédance de cette source soit suffisamment basse pour permettre une duree de charge en rapport avec le nombre de mesures prévues à la cadence de fabrication. L'invention procède de l'utilisation des propriétes des circuits électriques "derivateurs": un condensateur de résistance d'isolement connue et très élevée et chargé très rapidement par une source de faible impédance interne, se charge dans la résistance inconnue. La valeur du condensateur combinée avec celle de cette resistance inconnue donne un signal dV/dT appliqué à l'entrée d'un dispositif amplificateur (qui peut être un amplificateur operationnel convenable) par une résistance qui constitue, avec le condensateur, un circuit derivateur de constante de temps parfaitement définie. Si cette constante de temps est égale à celle qui est donnée par le condensateur et la resistance inconnue, le gain du système est égal au gain de l'amplificateur qui dans ces conditions, et pour les tensions usuelles de fonctionnement, devrait demeurer nettement plus petit que l'unité. Comme la valeur de la résistance de fuite est toujours très élevée (de l'ordre de ioii à 1012 ohms) et que l'on souhaite conserver une impédance moderée pour le circuit dérivateur (résistance comprise entre 105 et 107 ohms) l'égalité ci-dessus ne sera jamais atteinte et la grandeur du signal de sortie sera definie par la division de la tension d'épreuve par le produit du rapport des constantes de temps par le gain de l'Amplificateur :: Les caractéristiques et avantages de-la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description qui suit, faite en reference au schéma annexé donne à titre d'exemple, dans lequel l'ensemble de mesure comporte un condensateur C de très haut isolement, de valeur appropriee ( 47 ni dans l'exemple donné) chargé très rapidement par une source de courant electrique continu HT à travers un interrupteur I1 qui devra posséder une resistance d'isolement supérieure d'un ou deux ordres de grandeur à la valeur limite de la résistance de fuite inconnue Rx . Le circuit est refermé par un interrupteur I2 qui accélère la rapidité de la charge en court-circuitant la résistance R d'entrée de l'amplificateur A.Pendant la charge qui dure un temps très bref, de l'ordre de quelques millisecondes par exemple, larésistance non nulle de l'interrupteur I2 laisse apparaître à la sortie de l'amplificateur A un signal de polarité opposée à celle du courant de charge. Ce signal n'est pas pris en compte. Avant le début de la charge, on connecte à la borne d'épreuve B le composant ou l'appareil dont on désire mesurer le courant de fuite. Quel que soit le type de composant, pour ce genre d'épreuve, il présente une capacite/et une résistance disposee en parallèle, celle Rx dont on recherche la valeur. La valeur limite de la capacité du composant est fixée simplement par la précision souhaitée de la mesure : pour une precision de 10%, il suffit que cette capacité ne dépasse pas 1/lOeme de celle de C. A l'issue de la charge, C commence à se décharger à travers la résistance de fuite Rx (dans laquelle se décharge aussi Cx dont cependant la charge est maintenue par C puisque le rapport des capacités le permet). Le courant de décharge, de sens inverse à celui de la charge, donne un signal immédiatement disponible à la sortie de l'amplificateur A (à large bande) - Dès que la lecture ou l'exploitation en "tout ou rien" de ce signal est effectué, les interrupteurs I2 et I3 sont fermés un temps très bref au moyen d'une séquence extérieure (I3 devra être isolé comme 11)et déchargent C ainsi que le composant soumis à l'épreuve : le dispositif est alors disponible pour une nouvelle mesure. Si l'on désire utiliser des tensions d'épreuve HT variées, on devra prendre soin de faire varier dans le même rapport, mais en sens inverse, le gain de l'amplificateur A Ce procédé permet de conserver la même échelle de lecture ou le même seuil de déclenchement pour des tensions d'épreuve différentes. Dans le cas ou les composants éprouves possèdent une capacité élevee, il faudra la connaître de maniere à ce que C soit au moins égal à 10 fois la valeur Cx du composant, et plus- de 10 fois si l'on souhaite une précision supérieure à 10%. Par exemple C = 50 Cx si la précision doit être de 2%. Le conducteur de liaison situé entre la borne d'éssai B et l'ensemble Cx Rx, possède une résistance de fuite supérieure de 1 ou 2 ordres de grandeur plus élevé que la valeur de Rx limite. Dans l'exemple choisi, C = 47 nfd, avec l'exploitation par seuil tout-ou-rien-et décienchement a 1011 ohms. La constante de temps limite CT 47. 10 9 fd x 1011 ohms = 47. 102s = 4.700 s R = 1 M1 d'ou CT de derivation = 0,47. 10-1 s Donc à la tension d'épreuve la plus basse de 63 V, pour 1 v de signal de sortie S, le gain sera de 1587 environ. Ce gain peut facilement être atteint sans dérive parasite notable au moyen d'un amplificateur rapide d'instrumentation qui peut être inclu dans le circuit ou être placé à l'extérieur de celui-ci. Le procédé s'applique à la mesure rapide de résistances de fuites de valeur élevée ou très élevée et notamment dans le cas de production industrielle de série. REVENDICATIONS 1 - Procédé de mesure rapide de résistances de valeur tres élevée, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit dérivateur actif constitue d'un condensateur (C), d'une résistance d'entrée (R), d'un amplificateur (A) de constante de temps connue et de gain détermine, en ce que le condensateur (C) est commun avec un second circuit composé de ce même condensateur, de la résistance inconnue (Rx) laquelle comporte en parallèle une autre capacité (Cx) plus faible que celle de (C), dont la constante de temps est déterminée par la resistance inconnue dont on recherche la valeur, en ce que cette valeur apparaft à la lecture de la tension de sortie de l'amplificateur (A) lorsque le gain de celui-ci est connu ainsi que la tension initiale de charge du condensateur (C), en ce qu'un ensemble d'interrupteurs (I1,I2,I3) assurent la charge et la décharge rapide des condensateurs (C et Cx). 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérise en ce que le condensateur (C) possède un courant de fuite d'au moins un ordre de grandeur plus faible que la fuite entraînée par la valeur de la résistance inconnue (Rx). 3 - Procéde selon la revendication 1, caractérisé en ce que les interrupteurs (I1, I3) ont une grandeur d'isolement de plusieurs ordres de grandeur supérieurs à la valeur maximale supposée de la résistance à mesurer. 4 - - Procédé selon les revendications 1,2 et 3, caractérise en ce que le condensateur (C) et la résistance (R) d'entree presentent une valeur determinée en rapport avec la limite supposée de la constante de temps de l'ensemble (C, Cx Rx) et, en ce que ce rapport constitue la mesure de la résistance recherchee. 5 - Procédé selon les revendications 1,2 et 3, caractérisé en ce que l'échelle des gains de l'amplificateur (A) varie en raison inverse de la tension d'épreuve (HT) 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moment de la charge du circuit de mesure, le signal parasite inévitable est prévu pour être de polarité opposée au signal de mesure. 7 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la commande des interrupteurs (11,12,13) est effectuée au moyen d'une séquence annexe qui ferme d'abord les interrupteurs de charge (I1 > I2) pendant un temps très bref et, à la fin de la mesure, ferme les interrupteurs de décharge (I3,I2) egalement pendant un temps très bref pour assurer la charge des capacités et remettre le circuit en état pour une nouvelle mesure. 8 - Procedé selon la revendication 1, caractérise en ce que la source de courant électrique de charge (HT) est d'impédance instantanee très basse. 9 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conducteur électrique de liaison entre la borne d'essai (B) et l'ensemble du circuit à mesurer (Cx > Rx) possède une résistance de fuite supérieure de 1 ou 2 ordres de grandeur plus élevés que la valeur limite de la résistance de fuite à mesurer (Rx). 10 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fonction de l'amplificateur (A) est obtenue au moyen d'un dispositif extérieur au circuit de mesure.