Brevet FR2749664A1 — publié le 19971212

L'invention concerne un dispositif de mesure de courants faibles par pince ampèremètrique, avantageusement à sortie en tension, du type comprenant des moyens capteurs du flux magnétique engendré par le courant à mesurer et montés dans un circuit d'asservissement de l'annulation du flux. Les dispositifs de ce type, qui sont connus, présentent des limitations dues principalement à une faible sensibilité du capteur, du bruit de celui-ci et du bruit du reste de la chaîne de mesure lié à la nécessité d'une amplification importante du signal de mesure. Des nouveaux matériaux basés sur des structures métalliques multicouches à magnétorésistance géante (GMR) s'ils étaient utilisés dans les capteurs pourraient permettre d'augmenter considérablement la sensibilité des magnéto-résistances. A cet avantage d'une sensibilité importante s'ajoute celle d'un bruit faible, d'une résistance élevée limitant le courant nécessaire pour alimenter le capteur, une faible hystérésis et le nonretournement de la résistance pour les champs forts. Cependant, un tel capteur présenterait les inconvénients majeurs que la variation de la résistance ne tient pas compte de la polarité du champ magnétique et que la plage de fonctionnement linéaire est limitée. Jusqu'à présent il n'a pas été possible de concevoir un dispositif du type indiqué plus haut qui permet de tirer bénéfice des avantages sus-mentionnés, sans présenter les inconvénients qui viennent également d'être invoqués. La présente invention a pour but de proposer un dispositif qui résoud ce problème. Pour atteindre ce but, le dispositif de mesure selon l'invention est caractérisé en ce que le circuit d'asservissement d'annulation du flux comprend un premier capteur formé par un élément magnéto-résistif du type GMR et un second capteur ayant une plage de fonctionnement plus étendue et sensible à la polarisation du flux, tel qu'un capteur à cellule à effet Hall qui sont montés alternativement dans ce circuit d'asservissement à l'aide d'un commutateur commandé par un double comparateur connecté au circuit de sortie du capteur de Hall. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 montre, sous forme d'un schéma bloc la structure du dispositif de mesure selon la présente invention ; et - la figure 2a, b montre les diagrammes de fonctionnement respectivement du capteur GMR et des comparateurs, du dispositif selon la figure 1. Conformément à la figure 1, le dispositif de mesure selon l'invention comprend un tore magnétique 1 pourvu d'un entrefer 2 dans lequel sont montés un capteur magnétorésistif du type GMR 3 et un capteur de Hall 4. Sur cette figure, le courant qui doit être mesuré est indiqué en 5. Le capteur GMR 3 et le capteur de Hall 4 sont susceptibles d'être montés, alternativement, dans un circuit 7 d'asservissement d'annulation du flux magnétique présent dans l'entrefer 2, à l'aide d'un commutateur analogique 8 à deux contacts fixes 9, 10 auxquels sont reliés les deux capteurs 3 et 4, chacun par l'intermédiaire d'un amplificateur de mesure 11 ou 12. Chaque amplificateur de mesure est pourvu d'une entrée 0, indiquée schématiquement en 11 et 12. Le circuit d'asservissement 7 comprend en outre, relié au contact mobile 15 du commutateur 8, un montage en série, d'un amplificateur d'asservissement 16, d'une bobine 17 enroulée autour du tore 1 et destinés à produire le flux magnétique destiné à annuler le flux magnétique produit par le courant à mesurer 5 et d'une résistance 18. Une borne de cette dernière est reliée à un potentiel de référence indiqué en 19 tandis que l'autre borne est reliée à une borne d'entrée d'un amplificateur de mesure 20 pourvue d'une deuxième entrée de référence et dont la sortie constitue la sortie du dispositif. La sortie de l'amplificateur de mesure 12 du capteur de Hall 4 est reliée à une première entrée de chacun de deux comparateurs 22, 23 dont les secondes entrées sont reliées respectivement à des potentiels de référence 24, 25 constituant deux seuils différents. La sortie du comparateur est reliée à la borne de commande du commutateur analogique 8 et à un indicateur visuel 26 par exemple du type DEL destiné à produire un signal si le dispositif n'est plus asservi normalement, par exemple lors d'une surcharge. On expliquera ci-après le fonctionnement du dispositif de mesure représenté sur la figure 1. La figure 2a montre le diagramme de fonctionnement du capteur GMR, c'est-à-dire l'évolution de la tension de sortie V du capteur en fonction du champ magnétique H présent dans l'entrefer 2 du tore 1. Pour bénéficier de la sensibilité du capteur magnéto-résistif GMR et s'affranchir de ses limitations, on fait fonctionner le capteur de façon que son point de fonctionnement Pf se trouve sensiblement au milieu de la branche linéaire ascendante du capteur. Grâce à ce choix du point de fonctionnement Pf du capteur pour un champ nul, celui-ci est en mesure de travailler hors du point de rebroussement Pr. Par conséquent à l'état de mesure normal, le commutateur analogique 8 occupe sa position indiquée sur la figure 1. C'est alors le capteur GMR qui est disposé dans le circuit d'asservissement et assure celui-ci. Dans ce cas, le champ magnétique créé par le courant primaire 5 est annulé par le courant s'écoulant dans le circuit d'asservissement. Dans ces conditions, le capteur de Hall 4 est soumis à un champ sensiblement nul et la sortie de l'amplificateur de mesure 12 qui lui est associée est à zéro. Par conséquent les deux comparateurs 22, 23 sont au repos, commandant ainsi le commutateur analogique 8 pour aiguiller l'amplificateur d'asservissement 16 vers l'amplificateur de mesure du capteur GMR 3. Si pour une raison quelconque, par exemple lors de la mise sous tension, d'une période transitoire ou d'une surcharge, l'asservissement n'est plus réalisé, un champ apparaît dans l'entrefer 2 et une tension est présente en sortie de l'amplificateur de mesure 12 associée au capteur à effet Hall 4. L'un des deux comparateurs 22, 23 bascule alors et commande le commutateur analogique 8 pour mettre en circuit le capteur de Hall 4. L'indicateur visuel 26 signale que le dispositif n'est plus asservi normalement. La figure 2b qui montre la tension de sortie Vc du dispositif comparateur en fonction du champ magnétique illustre cette limitation de la zone de fonctionnement du dispositif à la partie linéaire de la caractéristique tension-champ magnétique du capteur GMR. Dès que la tension à la sortie de l'amplificateur de mesure 12 associée au capteur de Hall 4 passe en dessous de la valeur de déclenchement du dispositif comparateur formée par les deux comparateurs 22, 23, la tension de sortie de ce dispositif comparateur redevient zéro et commande le commutateur 8 de façon qu'il occupe à nouveau la position représentée sur la figure 1 dans laquelle le capteur GMR est inclus dans le circuit d'asservissement qui fonctionne donc à l'état normal et le capteur de Hall 4 est déconnecté. Si l'asservissement ne peut pas être rétabli, par exemple en cas de surcharge, le dispositif reste à l'état de déconnexion du capteur GMR et donne en sortie, en 20, une tension qui est l'image fausse, mais la plus proche possible du courant primaire 5. Il ressort de la description précédente, que la solution au problème indiqué au début, proposé par l'invention et consistant à utiliser deux voies de mesure incluant alternativement le capteur GMR 3 ou le capteur de Hall 4 procure les avantages d'une grande sensibilité du dispositif permettant la mesure de courant continu ou alternatif de faible niveau, d'une plage de fonctionnement importante, d'une sécurité de fonctionnement évitant le décrochage de l'asservissement, et d'un coût de réalisation très inférieur au dispositif connu de l'état de la technique. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de courants faibles par pince ampèremètrique, du type comprenant des moyens capteurs du flux magnétique engendré par le courant à mesurer et montés dans un circuit d'asservissement de l'annulation du flux, caractérisé en ce que le circuit d'asservissement d'annulation (7) du flux comprend un premier capteur (3) formé par un élément magnéto-résistif du type GMR et un second capteur (4) ayant une plage de fonctionnement plus étendue et sensible à la polarisation du flux, tel qu'un capteur à cellule à effet Hall, qui sont montés alternativement dans le circuit d'asservissement (7) à l'aide d'un commutateur (8) commandé par la tension de sortie du second capteur (4). 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier capteur magnéto-résistif (3) est agencé pour que son point de fonctionnement Pf se trouve sensiblement au milieu de la portion de courbe caractéristique linéaire du capteur de façon que le champ magnétique dans l'entrefer (2) soit sensiblement nul audit point de fonctionnement Pf. 3. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit de sortie du capteur de Hall (4) comprend un détecteur (22, 23) de seuils supérieur et inférieur représentatifs des valeurs de limitation supérieure et inférieure de la zone de fonctionnement du capteur magnéto-résistif (3), le détecteur produisant une tension de sortie de commutation du commutateur (8) dans sa position de mise en circuit d'asservissement du capteur de Hall (4) lors du dépassement de l'un desdits seuils. 4. Dispositif de mesure selon la revendication 3, caractérisé en ce que le détecteur est formé par deux comparateurs (22, 23) montés en parallèle et destinés chacun à déterminer l'un des deux seuils précités. 5. Dispositif de mesure selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un moyen indicateur (26) de la mise en service du capteur de Hall (4) est associé à ce dernier. 6. Dispositif de mesure selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un amplificateur de mesure (11, 12) est associé à chacun des capteurs (3 et 4). 7. Dispositif de mesure selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit d'asservissement comprend, en aval du commutateur (8), un montage en série d'un amplificateur de mesure (16), d'une bobine (17) de production du flux magnétique destinée à compenser dans l'entrefer (2) le flux magnétique produit par le courant (5) à mesurer et une résistance (18) qui engendre la tension correspondant au courant à mesurer.