Brevet FR2643460A1 — publié le 19900824

-1 Dispositif de mesure sans contact d'un courant continu L'invention concerne un dispositif de mesure sans contact d'un courant continu pendant une période de mesure, au moyen d'un capteur d'effet Hall disposé dans un entrefer d'un aimant torique, le conducteur qui amène le courant continu à mesurer pouvant passer à travers l'aimant torique. Un dispositif de ce type est décrit dans le document de Siemens, Schaltungen mit Halbleiterbauelementen" (Circuits à Eléments Semiconducteur), volume 2, 4me édition, 1970, pages 186 à 189. Dans ce document est décrit un circuit particulier pour réaliser le courant de commande nécessaire au capteur d'effet Hall. La composante ohmique nulle de la tension de Hall est compensée par un diviseur de tension. Les dispositifs du type mentionné dans le préambule sont utilisés par exemple pour la mesure de courants de charge résiduels de batteries dans des circuits de démarrage, qui sont prévus pour des courants nominaux élevés de par exemple quelques centaines à quelques milliers d'ampères, ainsi que cela est le cas par exemple pour les réseaux de bord d'avions ou les réseaux de bord de véhicules. Les courants de charge résiduels de batteries à mesurer sont sensiblement plus faibles que les courants nominaux. Les courants de charge résiduels sont par exemple inférieurs à 5 A. Les conducteurs amenant le courant continu à mesurer sont prévus pour les forts courants mentionnés et sont donc dimensions importantes. Il n'est guère possible de les enrouler à des - 2 - fins de mesure. Il s'est avéré qu'avec les dispositifs connus du type mentionné dans le préambule, on ne dispose pas d'un champ magnétique suffisamment puissant pour une mesure précise de courants à mesurer inférieurs à 50 A dans l'aimant torique quand le conducteur amenant le courant à mesurer n'est pas disposé en formant des spires autour de l'aimant. Mais le fait de disposer le conducteur sous forme de spires n'est guère possible pour les raisons susmentionnées. Le but de l'invention est de proposer un dispositif du type mentionné dans le préambule permettant la mesure d'un courant continu passant dans le conducteur et qui est faible par comparaison avec le courant nominal pour lequel-est prévu le conducteur, sans que ce dernier ait besoin d'être disposé sous forme de spires autour de l'aimant torique. Selon l'invention, le but ci-dessus est atteint au moyen d'un dispositif du type mentionné dans le préambule du fait que l'aimant supporte un enroulement de calibrage auquel est appliqué en dehors des périodes de mesure et par un circuit d'évaluation et de commande un courant de calibrage prédéterminé, le circuit d'évaluation et de commande détecte la tension de Hall du capteur d'effet Hall qui dépend du courant de calibrage et la tension offset de Hall, le circuit d'évaluation et de commande prémagnétise avant chaque période de mesure et par un générateur d'impulsions l'aimant torique sur un p.oint d'induction rémanente maximale, et lé circuit d'évaluation et de commande détecte pendant la période de mesure la tension de Hall provenant du courant continu à mesurer. Ainsi, le circuit d'évaluation et de commande détecte la tension de Hall provenant du courant de calibrage connu, la tension offset de Hall qui apparaît quand le courant à mesurer est nul et la tension de Hall dépendant du courant continu à mesurer. Le circuit d'évaluation et de commande calcule à partir de ces grandeurs le courant continu qui passe par le conducteur. Le résultat de la mesure obtenu est suffisamment précis même dans le cas de courants relativement faibles et également quand le conducteur est disposé sans former de spires à travers l'aimant torique. Grace au dispositif, les influences de la -3- dérive de température et de la commande d'échantillonnage d'une part de la tension offset et d'autre part du facteur de proportionnalité qui sera expliqué plus loin sont détectées. En outre, on obtient grâce à la prémagnétisation qu'une induction rémanente incertaine n'ait pas d'influence sur les résultats de la mesure. Des phénomènes de vieillissement sont également compensés. Il n'est pas absolument nécessaire que le courant de calibrage soit appliqué pendant chaque mesure à l'enroulement de calibrage. Il suffit d'effectuer le calibrage à des intervalles de temps donnés. L'impulsion qui prémagnétise l'aimant torique d'une façon définie est appliquée avant chaque mesure. Quand le générateur d'impulsions prémagnétise l'aimant torique, le courant de calibrage est coupé. Selon un mode de réalisation de l'invention, le générateur d'impulsions est raccordé à l'enroulement de calibrage. Ainsi, la spire proprement dite de l'aimant torique suffit pour la prémagnétisation. Mais il est également possible de munir l'aimant torique d"'un enroulement additionnel pour cette prémagnétisation. Avantageusement, le circuit d'évaluation et de commande comprend un microprocesseur qui commute en dehors des périodes de mesure alternativement une source de courant constant et le générateur - d'impulsions sur l'enroulement de calibrage. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation préféré, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma par blocs du dispositif, et la figure 2 représente la courbe d'hystérésis magnétique de l'aimant torique. Un aimant torique 1 comprend un entrefer 2 dans lequel est disposé un capteur d'effet Hall. Le capteur d'effet Hall 3 est un composant integré. La génération du courant de command- n'est pas représentée. La tension de Hall de sortie du capteur d'effet Hall 3 est raccordée par un amplificateur 4 et un convertisseur analogique/numérique 5 à un circuit d'évaluation et de commande 6 qui est formé par un microprocesseur. L'aimant torique 1 supporte un enroulement de calibrage 7 à n - 4 spires. A l'enroulement de calibrage 7 est raccordée une source de courant constant 8 qui peut être branchée et coupée par le microprocesseur 6, par l'intermédiaire d'un conducteur 11. Parallèlement à la source de courant constant 8 est prévu un générateur d'impulsions I0 raccordé à l'enroulement de calibrage 7, qui peut être branché ou coupé par le microprocesseur 6 et par une ligne 11. Le microprocesseur 6 ne commute pas simultanément les deux sources de courant 8, 10. Dans l'aimant torique 1 passe un conducteur 12 ne comportant pas de spires et amenant le courant IM à mesurer. La tension de Hall UH qui apparaît à la sortie du capteur d'effet Hall 3 en raison d'un courant à mesurer IM répond à l'équation suivante: U =U + k Il H O M (I) o U0 représente la tension offset de Hall qui apparait quand le courant à mesurer IM est nul, et k est un facteur de proportionnalité Avant la mesure du courant continu IM, un courant de calibrage IK - connu provenant de la source de courant constant 8 est appliqué à l'enroulement de calibrage 7. A la sortie du capteur d'effet Hall 3 apparaît de ce fait une tension de calibrage UK. Celle-ci est d'abord mise en mémoire dans le microprocesseur 6. Le facteur de proportionnalité k est donné par k UK/IK n (2) On obtient grâce à l'équation (1) ci-dessus: IM = (UH-UO) IK n/UK (3) La tension offset de Hall U est ensuite mise également en mémoire dans le microprocesseur 6. Grâce au courant de calibrage IK, le circuit magnétique de l'aimant torique I est magnétisé de façon non définie, ce qui fait que l'induction rémanente présente une valeur quelconque entre +Br(max) et -Br(max) (voir figure 2). Après coupure de la source de courant constant 8, le générateur d'impulsions 10 est branché. Il applique alors une impulsion de courant à l'enroulement de calibrage 7. L'impulsion de courant peut être positive ou négative. Le circuit magnétique est prémagnétisé par -5- l'impulsion de courant sur le point d'induction rémanent maximale Br(max), ce qui fait que la droite de travail est constituée par la courbe limite de l'hystérésis passant par ce point d'induction rémanente maximale (voir figure 2). Le courant à mesurer IM est ensuite appliqué, ou bien le M conducteur 12 est passé dans l'aimant torique 1, et la tension de Hall UH qui en découle -est mise en mémoire dans le microprocesseur 6. Dans ce microprocesseur 6 sont également mises en mémoire la valeur du courant de calibrage IK et le nombre n de spires de l'enroulement de calibrage 7. Le microprocesseur 6 détermine à partir des valeurs UH, UO, IK, n et UK le courant IM selon l'équation (3) ci-dessus. On obtient grâce au dispositif décrit un calibrage de la relation entre la grandeur à mesurer IMet la grandeur de sortie UH du fait que la valeur à mesurer est établie en relation avec un champ magnétique provenant d'un courant de mesure IK connu. La dérive de température et la commande d'échantillonnage du facteur de proportionnalité sont compensées. Grâce à la détection de la tension offset, on tient également compte de sa dérive de température et de sa commande d'échantillonnage. La rémanence du circuit magnétique est ajustée par la prémagnétisation définie. De ce fait, les phénomènes de vieillissement n'interviennent guère sur les résultats de la mesure. -6- REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la mesure sans contact d'un courant continu pendant une période de mesure, au moyen d'un capteur d'effet Hall disposé dans un entrefer d'un aimant torique, le conducteur qui amène le courant continu à mesurer pouvant passer à travers l'aimant torique, caractérisé en ce que l'aimant (1) supporte un enroulement de calibrage (7) auquel est appliqué en dehors des périodes de mesure et par un circuit d'évaluation et de commande (6, 8, 10) un courant de calibrage prédéterminé, le circuit d'évaluation et de commande (6, 8, 10) détecte la tension de Hall du capteur d'effet Hall (3) qui dépend du courant de calibrage et la tension offset de Hall, le circuit d'évaluation et de commande (6, 8, 10) prémagnétise avant chaque période de mesure et par un générateur d'impulsions (10) l'aimant torique (1) sur un point d'induction rémanente maximale et le circuit d'évaluation et de commande (6, 8, 10) détecte pendant la période de mesure la tension de Hall provenant du courant continu à mesurer. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur d'impulsions (10) est raccordé à l'enroulement de calibrage (7) . 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le générateur d'impulsions (10) prémagnétise l'aimant torique (1) au moins après chaque application du courant de calibrage. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit d'évaluation et de commande comprend un microprocesseur (6) qui commute en dehors des périodes de mesure alternativement une source de courant constant (8) et le générateur d'impulsions (10) sur l'enroulement de calibrage (7).