FR2585841A1 - Dispositif de mesure d'un courant continu - Google Patents

Abstract

LE DISPOSITIF DE MESURE COMPREND, EN COMBINAISON, UN ELEMENT C EN UN MATERIAU MAGNETIQUE A BONNE PERMEABILITE, CET ELEMENT ETANT DESTINE A ETRE INFLUENCE PAR LE FIL CONDUCTEUR 1; DES MOYENS D'EXPLORATION E DE L'ETAT MAGNETIQUE DE L'ELEMENT C COMPRENANT UN ENROULEMENT D'EXPLORATION 4 SUR LEDIT ELEMENT ET DES MOYENS DE PRODUCTION P D'UN SIGNAL D'EXPLORATION PROPRES A FAIRE CIRCULER, DANS LEDIT ENROULEMENT D'EXPLORATION 4, UN SIGNAL DE COURANT DONT L'INTENSITE SUBIT DES VARIATIONS SUFFISANTES POUR FAIRE PASSER L'INDUCTION MAGNETIQUE, DANS L'ELEMENT C, PAR LES ZONES DE FORTES VARIATIONS DU CYCLE D'HYSTERESIS; ET DES MOYENS DE LECTURE L DE LA VARIATION D'INDUCTION MAGNETIQUE DANS L'ELEMENT C, LORS DE LA PRODUCTION DU SIGNAL D'EXPLORATION, PROPRES A FOURNIR UNE INFORMATION LORS DU FRANCHISSEMENT DES ZONES DE FORTES VARIATIONS DU CYCLE D'HYSTERESIS, DE TELLE SORTE QUE LA POSITION DANS LE TEMPS DE CETTE INFORMATION PAR RAPPORT AU SIGNAL D'EXPLORATION PERMETTE DE DEDUIRE AU MOINS LE SENS DU COURANT CIRCULANT DANS LE FIL CONDUCTEUR.

Description

DISPOSITIF DE MESURE D'UN COURANT CONTINU

L'invention est relative à un dispositif de mesure d'un courant continu, c'est-à-dire d'un courant à variations lentes telles que l'intensité du courant puisse être considérée comme constante sur un intervalle de plusieurs millisecondes. L'invention a pour but, surtout, de fournir un dispositif de mesure de courant continu qui permette d'effectuer une mesure sans avoir à effectuer un branchement sur le fil conducteur dans lequel passe le courant à mesurer. Un tel problème se pose, par exemple, lorsque l'on veut connaître le sens et l'intensité du courant circulant dans un fil conducteur branché sur une batterie de véhicule automobile, cette batterie pouvant ou non être alimentée par un alternateur en fonction de l'état de charge de ladite batterie. L'intensité du courant qui sort ou qui entre dans la batterie constitue une information permettant d'estimer l'état de charge et de commander la mise en marche ou

l'arrêt de l'alternateur à bon escient.

D'une manière plus générale un tel dispositif de mesure d'un courant continu présente de l'intérêt dans de nombreuses utilisations à partir de l'instant o la mesure

peut être effectuée sans avoir à effectuer un branchement.

On a déjà proposé des dispositifs de mesure de courant continu faisant intervenir des capteurs à effet

Hall, ne nécessitant aucun branchement particulier con-

trairement aux ampèremètres classiques.

Toutefois, de tels dispositifs à capteurs à effet

Hall sont relativement coûteux.

L'invention a pour but, surtout, de fournir un dispositif de mesure de courant continu qui réponde mieux que jusqu'à présent aux diverses exigences de la pratique et qui, notamment, soit d'une réalisation simple et économique tout en conservant l'avantage de ne nécessiter aucun

branchement particulier pour permettre la mesure.

Selon l'invention, un dispositif de mesure d'un courant continu dans un fil conducteur est caractérisé par le fait qu'il comprend, en combinaison: - un élément en un matériau magnétique à bonne perméabilité, cet élément étant destiné à être influencé par le fil conducteur; - des moyens d'exploration de l'état magnétique de l'élément, comprenant un enroulement d'exploration sur ledit élément et des moyens de production d'un signal

d'exploration propres à faire circuler, dans ledit enroule-

ment d'exploration, un signal de courant dont l'intensité subit des variations suffisantes pour faire passer l'induction magnétique, dans l'élément, par les zones de fortes variations du cycle d'hystérésis, - et des moyens de lecture de la variation d'induction magnétique dans l'élément, lors de la production du signal d'exploration, propres à fournir une information lors du franchissement des zones de fortes variations du cycle d'hystérésis, de telle sorte que la position dans le temps de cette information par rapport au signal d'exploration permette de déduire au moins le sens du

courant circulant dans le fil conducteur.

Avantageusement, ledit élément est formé par un tore ou équivalent; le matériau magnétique utilisé présente

un cycle d'hystérésis sensiblement rectangulaire.

De préférence, le signal d'exploration est formé par un courant dont l'intensité varie d'une valeur nulle à deux valeurs maximales de signes opposés, mais de même ou sensiblement même amplitude absolue, le courant revenant à une valeur nulle à la fin du signal, ladite amplitude étant au moins égale à celle nécessaire, compte tenu du nombre de spires de l'enroulement d'exploration, pour produire, au niveau de l'élément, un champ magnétique d'amplitude égale, en valeur absolue, à celle du champ produit par le susdit

fil conducteur.

Avantageusement, le signal d'exploration, selon une représentation graphique o le temps est porté suivant un axe et l'intensité du courant du signal est portée suivant un autre axe orthogonal, a une forme présentant une partie sensiblement orthogonale à l'axe des temps, partant de la valeur nulle, suivie d'une partie inclinée qui repasse par la valeur nulle de l'intensité et se termine en un point sensiblement symétrique du point de départ de cette partie inclinée, cette dernière étant suivie d'une autre partie sensiblement orthogonale à l'axe des temps, assurant le

retour à la valeur nulle de l'intensité.

La partie initiale du signal d'exploration peut être une partie descendante passant de la valeur nulle à une valeur négative, tandis que la partie inclinée a une pente

positive et que la partie finale est également descendante.

La partie inclinée du signal d'exploration peut partir de l'extrémité de la partie initiale sensiblement orthogonale à l'axe des temps et se terminer à l'extrémité de la partie finale également sensiblement orthogonale à

l'axe des temps.

Selon une autre possibilité, la partie inclinée du signal part d'une valeur inférieure, en amplitude absolue, à celle de l'extrémité de la partie initiale, un segment de raccordement sensiblement orthogonal à l'axe des temps étant prévu entre cette extrémité et le début de la partie inclinée, cette dernière se terminant également avec une valeur inférieure, en amplitude absolue, à celle de l'extrémité de la partie finale, du signal, un autre segment

sensiblement orthogonal à l'axe des temps assurant le rac-

cordement entre l'extrémité de la partie inclinée et

l'extrémité de la partie finale.

La partie inclinée du signal peut être composée d'un segment rectiligne ayant une pente déterminée ou de

plusieurs segments rectilignes, de pentes différentes, for-

mant une ligne brisée, ou par une rampe en marches d'escalier composées de segments parallèles et orthogonaux à l'axe des temps, la pente moyenne de cette rampe

correspondant à celle du segment rectiligne évoqué ci-

dessus. Le dispositif de mesure comprend des moyens pour mesurer l'intervalle de temps séparant les signaux fournis par les moyens de lecture lors des changements importants de la valeur de l'induction magnétique, changements produits par le signal d'exploration, des moyens étant prévus pour déduire sur la base de cet intervalle de temps la valeur de

l'intensité du courant qui circule dans le fil conducteur.

Lorsque le dispositif de mesure est destiné à mesurer l'intensité du courant de charge ou de décharge d'une batterie d'un véhicule automobile, le signal d'exploration comprend une partie inclinée s'étendant entre deux valeurs maximales, de signes opposés, du courant dans l'enroulement d'exploration, qui correspondent à des intensités, dans le fil conducteur, d'environ -10A et +10A,

la précision de la mesure étant de l'ordre de O,5A.

Pour les valeurs d'intensité situées en dehors de la plage -10A, +10A, le signal d'exploration peut comporter un segment orthogonal à l'axe des temps, tel que défini précédemment, permettant de déterminer le sens du courant dans le fil conducteur, sans toutefois donner d'indication

sur son intensité.

L'enroulement d'exploration peut comporter plusieurs centaines de spires, ce qui permet de travailler

avec un signal d'exploration ayant une intensité relative-

ment faible.

Le dispositif de mesure de courant continu peut

être associé à un calculateur à microprocesseur.

Comme indiqué précédemment, la partie inclinée du signal d'exploration peut être formée soit par un segment rectiligne, soit par une ligne brisée, soit par une rampe en

marches d'escalier, soit par un arc de courbe équivalent.

Cette partie inclinée du signal peut résulter de la com-

binaison d'une onde montante et d'une onde descendante appliquées respectivement à chaque extrémité de

l'enroulement pour augmenter l'amplitude d'excursion.

L'invention consiste, mises à part les disposi-

tions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres

dispositions dont il sera plus explicitement question ci-

après, à propos de modes de réalisation particuliers décrits avec références aux dessins ci-annexés, mais qui ne sont

nullement limitatifs.

La figure 1, de ces dessins, est un schéma du cycle d'hystérésis d'un matériau magnétique destiné à un

dispositif selon l'invention.

La figure 2 est un schéma d'un dispositif de

mesure conforme à l'invention.

Les figures 3 et 4 sont des schémas du cycle d'hystérésis du matériau magnétique avec des échelles

différentes.

La figure 5 est un schéma du signal d'exploration, l'intensité du courant étant portée en ordonnée tandis que

le temps est porté en abscisse.

La figure 6 est un schéma d'un circuit élec-

tronique permettant d'appliquer le signal d'exploration à

l'enroulement d'exploration.

La figure 7 est un diagramme combinant le cycle d'hystérésis et le signal d'exploration pour permettre d'expliquer la production des informations au niveau des

moyens de lecture.

Les figures 8 à 10 sont des diagrammes semblables à celui de la figure 7, mais correspondant à des situations différentes.

La figure 11 est un schéma d'une variante du sig-

nal d'exploration, l'intensité du courant étant portée en

abscisse tandis que le temps est porté en ordonnée.

La figure 12 montre, semblablement à la figure 11,

une autre forme possible de signal d'exploration.

La figure 13, enfin, est un schéma plus détaillé

d'un dispositif selon l'invention.

En se reportant à la figure 1 on peut voir le schéma du cycle d'hystérésis d'un matériau magnétique à bonne perméabilité magnétique. Sur l'axe des abscisses sont portées les valeurs du champ magnétique H tandis que sur l'axe des ordonnées sont portées les valeurs de l'induction magnétique B dans le matériau. Lorsque le champ magnétique H passe des fortes valeurs négatives aux fortes valeurs positives, l'induction varie suivant la ligne A1, A2, A3, A4, A5. Le segment A1, A2, A3 est sensiblement rectiligne et parallèle à l'axe des abscisses. Le segment A3, A4 est sensiblement parallèle & l'axe des ordonnées. Le segment A4, A5, est sensiblement

parallèle à l'axe des abscisses.

Lorsque le champ magnétique H passe des fortes valeurs positives aux fortes valeurs négatives, les valeurs de l'induction magnétique se déplacent su la ligne A5, A4, A6, A2, A1. Le retour de la forte valeur d'induction à la faible valeur d'induction magnétique s'effectue suivant le segment A6-A2, sensiblement parallèle à l'axe des ordonnées, mais différent du segment A3-A4 et sensiblement symétrique

de ce dernier par rapport & l'origine des axes.

De préférence, on choisit un matériau à cycle rec-

tangulaire c'est-à-dire tel que le quadrilatère A2 A3 A4 A6 soit un rectangle ou sensiblement un rectangle dont les côtés sont parallèles aux axes, le centre de ce rectangle

étant confondu avec l'origine des axes.

Les flèches portées sur le schéma de la figure 1 indiquent les sens possibles de déplacement sur les

différents segments.

Si une bobine comporte des spires entourant un élément, tel qu'une barre ou un tore, en un matériau dont le

cycle d'hystérésis est tel que celui représenté sur la fig-

ure 1, les variations de flux magnétique propres à engendrer une force électromotrice, par le phénomène d'induction, dans la bobine en question, se produisent au niveau des segments A3 A4 et A6 A2. Par contre, le long des segments A1-A2 et A4-AS, il n'y a pratiquement pas de variations du flux magnétique ni d'apparition d'une force électromotrice

induite aux bornes de la bobine en question.

La figure 2 montre, schématiquement, un dispositif de mesure M d'un courant continu dans un fil conducteur 1. A titre d'exemple non limitatif le fil conducteur 1 peut être constitué par le câble électrique branché sur la borne + d'une batterie de véhicule automobile, ce cable servant à l'alimentation des différents équipements électriques du véhicule. Généralement, le démarreur est alimenté, à partir de la batterie, par un câble différent. La batterie a été schématiquement représentée sur la figure 2 et est désignée

par la référence numérique 2.

Le dispositif de mesure M comprend un élément C en matériau magnétique à bonne perméabilité, à cycle d'hystérésis sensiblement rectangulaire placé au voisinage du fil conducteur 1 de manière à être influencé, de façon

sensible, par le champ magnétique créé par le courant con-

tinu circulant dans ce fil conducteur 1. A titre d'exemple, non limitatif, le matériau magnétique utilisé pour l'élément C peut être constitué par l'acier spécial connu sous le nom commercial de "Rectimphy". De préférence, l'élément C présente un contour fermé et est généralement constitué par

un tore 3, ou équivalent qui est traversé par le fil conduc-

teur 1 comme représenté sur la figure 2. L'orientation du segment de fil 1 qui traverse le tore peut être quelconque, comme représenté sur la figure 2 o ce segment est incliné par rapport à l'axe du tore 3. Les dimensions de ce dernier, notamment le rayon interne et externe, sont suffisamment faibles pour que le champ magnétique produit par le courant circulant dans le fil 1 soit suffisamment élevé dans le

tore. Selon la représentation de la figure 2, le fil conduc-

teur 1 traverse une seule fois le tore 3 ce qui représente

une spire unique.

Le dispositif M comprend des moyens d'exploration E de l'état magnétique de l'élément C c'est-à-dire du tore 3; ces moyens E comprennent un enroulement d'exploration 4 sur ledit élément C (tore 3) et des moyens de production P d'un signal d'exploration propres à faire circuler, dans ledit enroulement d'exploration 4, un signal S (figure 5) formé par un courant dont l'intensité subit des variations suffisantes pour faire passer l'induction magnétique dans l'élément C, c'est-à-dire dans le tore 3, par les zones de fortes variations (A3-A4; A2-A6 - figure 1) du cycle d'hystérésis. Le dispositif de mesure M comprend également des moyens de lecture L de la variation d'induction magnétique dans le tore 3, lors de la production du signal d'exploration S; ces moyens de lecture L sont propres à fournir des signaux d'information nl, n2 (figure 7) lors de la variation rapide de l'induction magnétique dans le cycle d'hystérésis de telle sorte que la position dans le temps de signaux d'information par rapport au signal d'exploration permette de déduire au moins le sens du courant circulant

dans le fil conducteur 1.

Après cette présentation globale et rapide du dispositif de mesure M de l'invention, on va considérer plus en détail les diverses parties de ce dispositif ainsi que

les phénomènes physiques mis en jeu.

Afin de préciser les idées, on considère un exem-

ple de réalisation pour la mesure des courants entrant ou sortant d'une batterie de véhicule automobile. Une telle mesure permet de mieux gérer le fonctionnement de

l'alternateur destiné à la charge de la batterie.

Dans l'exemple d'application envisagé (batterie d'automobile) on peut donc considérer qu'il convient de mesurer l'intensité du courant circulant dans le fil 1 entre +10A (courant entrant dans la batterie 2) et -10A (courant sortant de la batterie 2). La précision souhaitée est de

l'ordre de O,5A.

Pour les valeurs d'intensité situées en dehors de la plage indiquée cidessus, par exemple pour les valeurs situées, d'une part, entre -50A et 10A, et, d'autre part,

entre +10A et +50A, on souhaite avoir seulement une indica-

tion du sens du courant c'est-à-dire savoir si le courant

entre ou sort de la batterie.

Il est à noter que l'intensité du courant pour le démarreur peut atteindre 300A; dans l'exemple envisagé, comme indiqué précédemment, on suppose que le courant d'alimentation du démarreur passe par un câble différent du fil 1. En raison des intensités élevées traversant le fil 1, ce dernier a un diamètre relativement important pour que la densité de courant maximale reste admissible. Le conducteur proprement dit du fil 1 est entouré d'une gaine isolante de

manière classique.

La circulation d'un courant continu dans le fil 1 crée un champ magnétique H lequel agit sur le matériau magnétique du tore 3 pour y créer une induction magnétique B déterminée d'après le cycle d'hystérésis de ce matériau,

représenté sur la figure 1.

Dans l'exemple de réalisation considéré, les points d'intersection f et g (figure 1) des segments A3-A4 et A6-A2 avec l'axe des abscisses, points qui correspondent à une induction magnétique nulle dans le matériau, sont obtenus pour une intensité de courant circulant dans le fil 1 respectivement de +0,5A et -0,5A, en l'absence de toute

autre influence.

La figure 3 est un schéma reproduisant le cycle d'hystérésis de la figure 1. Sur l'axe des abscisses sont

portées les intensités des courants circulant dans le fil 1.

Le champ magnétique H produit par le courant dans le fil 1 et agissant sur le matériau du tore 3 est proportionnel à ces intensités. L'induction B dans le matériau du tore 3 est portée en ordonnée sur la figure 3. Les valeurs extrêmes de l'intensité du courant sur cette figure correspondent à -10A

et +10A.

La figure 4 reproduit le schéma de la figure 3 avec un changement d'échelle horizontale puisque l'intensité

du courant, en abscisse, varie entre -50A et +50A.

D'après les schémas des figures 3 et 4, il apparaît que les changements importants de l'induction magnétique B se produisent pour des valeurs relativement

faibles du courant dans le fil 1.

Les moyens d'exploration E de l'invention ont pour but, notamment, d'annuler le champ magnétique créé, dans le tore 3, et de faire passer l'induction magnétique par les

zones de changement rapide.

A titre d'exemple, l'enroulement d'exploration 4 est formé par un bobinage comportant 500 spires enroulées

sur le tore 3.

Pour produire, avec cet enroulement 4, un champ magnétique d'amplitude égale, en valeur absolue, à celle du champ produit par le seul fil conducteur 1, au niveau du

tore 3, il convient que le nombre d'ampères-tours de la bou-

cle unique (fil 1) et de l'enroulement 4 soit le même.

Le basculement élémentaire du cycle d'hystérésis (figures 3 et 4) est obtenu pour une intensité de 0,5A

dans le fil unique 1.

L'intensité du courant équivalent dans l'enroulement 4, provoquant le basculement du cycle sera

0o,5 A/500 = lmA (1 milliampère).

Une intensité de courant de * 20mA, dans l'enroulement 4, sera équivalente à 10A dans le fil unique 1. Une l'enroulement 1. intensité de courant de + 100OmA dans 4 sera équivalente à 50A dans le fil unique Dans ces conditions, si l'on suppose I d'intensité et de sens inconnus mais compris +10A, circule dans le fil 1, l'état magnétique du tore 3 correspondra à un point tel que K,

de la figure 3.

Les moyens de production P d'exploration, selon l'invention, vont faire l'enroulement 4 un signal de courant tel que E qu'un courant entre -10A et du matériau sur le schéma du signal circuler dans (figure 5) dont l'intensité (portée en ordonnée sur la figure 5) varie en fonction du temps porté en abscisse sur cette figure 5, d'une valeur nulle à deux valeurs maximales hl, h2, de signes opposés et de même ou sensiblement de même amplitude absolue q. Cette amplitude q est au moins égale à celle nécessaire pour produire, au niveau du tore 3, un champ magnétique d'amplitude égale, en valeur absolue, à celle du

champ produit par le fil 1.

Dans l'exemple-envisagé, si l'intensité du courant dans le fil 1 reste comprise entre -10A et +10A, avec un bobinage de 500 spires, il faut que l'intensité dans

l'enroulement 4 puisse atteindre t 20mA.. Pour un fonc-

tionnement sûr on peut prendre q =! 22mA, c'est-à-dire une valeur légèrement supérieure à celle qui serait juste

nécessaire.

De préférence, le signal d'exploration S, dans une représentation conforme à celle de la figure 5 (temps en

abscisse et intensité en ordonnée) présente une partie sen-

siblement verticale 5 partant de la valeur nulle, suivie d'une partie inclinée 6 repassant par la valeur nulle en W et se terminant en un point 7 sensiblement symétrique du point de départ 8 de la partie inclinée 6 par rapport à W. Une autre partie verticale 9 constituant la fin du signal S et assurant le retour à la valeur nulle, fait suite à la

partie 6.

La partie inclinée 6 peut être, rectiligne. Dans l'exemple envisagé, sa pente peut être de l'ordre de 2mA/ms,

ce qui équivaut à 1A/ms au niveau du fil 1.

La partie 5 initiale du signal d'exploration est une partie descendante (on passe de la valeur nulle à des valeurs de plus en plus négatives); il en est de même pour

la partie terminale 9 (on passe de la valeur positive maxi-

male à la valeur nulle). Toutefois, le signal d'exploration pourrait avoir une forme symétrique, par rapport à l'axe des

abscisses, de celle représentée sur la figure 5.

Le signal S peut être appliqué à l'enroulement 4 à l'aide d'un circuit électronique tel que celui représenté sur la figure 6. Ce circuit comprend un amplificateur 10

dont la sortie est reliée à une borne de l'enroulement 4.

L'entrée + de cet amplificateur 10 reçoit un signal de référence 11 ayant la forme souhaitée pour le signal S. Une résistance 12 est branchée entre la sortie de

l'amplificateur 10 et l'entrée + pour établir une contre-

réaction. L'entrée inverseuse - de l'amplificateur 10 est reliée à un point 13 situé entre deux résistances 14, 15, de valeurs appropriées et montées en série entre une borne + d'alimentation et la masse. L'autre borne de l'enroulement 4

est reliée au point 13.

L'amplificateur 10 fournit, sur sa sortie, un sig-

nal S ayant la même forme que le signal 11 mais dont la

puissance est amplifiée.

Les moyens de lecture L sont formés par un enroulement 16 dont les spires entourent une partie du tore 3. Le nombre de spires de l'enroulement 16 peut être de l'ordre d'une dizaine de spires, c'est-à-dire nettement

inférieur au nombre de spires de l'enroulement 4.

Les bornes de l'enroulement 16 sont branchées sur des moyens d'analyse R des signaux d'information fournis par

l'enroulement 16.

Un exemple de réalisation des moyens de production

P du signal d'exploration et des moyens d'analyse R des sig-

naux d'information sera décrit plus loin avec référence à la

figure 13.

Le fonctionnement d'un disposif de mesure conforme au schéma général de la figure 2 est expliqué maintenant avec référence à la figure 7 en supposant toujours, pour le moment, que l'intensité du courant circulant dans le fil

conducteur 1 reste comprise entre -10A et +10A.

Sur cette figure 7 on a représenté le cycle d'hystérésis du matériau du tore 3 en ayant porté, en abscisse, l'intensité I dans le fil 1 produisant le champ

magnétique créant l'induction B portée en ordonnée.

Au-dessous de ce cycle d'hystérésis, on a tracé la variation du champ magnétique produite par le signal S, en fonction du temps porté en ordonnée, l'axe du temps étant orienté en sens contraire de l'axe des inductions magnétiques B. Le champ magnétique créé par le signal S est porté en abscisse suivant le même axe que celui utilisé pour

le cycle d'hystérésis.

Sur la gauche de la figure 7, on a représenté les

signaux d'information n1, n2 fournis par les moyens de lec-

ture L. On a porté en abscisse, par exemple, l'intensité du courant circulant dans l'enroulement 16 (ou, en variante, la tension aux bornes de cet enroulement) et, en ordonnée, le temps. L'axe des ordonnées est orienté dans le même sens que pour la représentation des variations du champ magnétique produites par le signal S. A l'instant to, on souhaite mesurer le courant I circulant dans le fil conducteur 1. L'intensité de ce courant est inconnue; pour faciliter les explications on suppose que l'intensité I est telle que le matériau magnétique du tore 3 se trouve à l'état défini par le point

K sur la figure 7.

Au moment de la mesure, c'est-à-dire à l'instant to, le signal d'exploration S est produit. Au champ magnétique produit par le courant I à mesurer, vient s'ajouter le champ magnétique produit par le signal S. De ce fait, le point représentatif de l'état du matériau du tore 3, soumis au champ magnétique produit par le signal S dans l'enroulement 4, va se déplacer sur la courbe du cycle

d'hystérésis; comme le champ magnétique produit par le sig-

nal S correspond initialement à des courants négatifs, le point représentatif va se déplacer depuis K vers A4, A6, A2, jusqu'au point U. Du fait que l'amplitude absolue q définie avec référence à la figure 5 du signal S est au moins égale à celle nécessaire pour produire un champ magnétique de même valeur absolue que celui produit par l'intensité maximale (10A dans le cas considéré) dans le fil 1, on est assuré que le point U se trouvera au-delà du segment A6-A2 correspondant au changement rapide de l'induction magnétique

dans le matériau.

Lors de la transition A6-A2, la variation d'induction magnétique dans le tore 3 engendre une force électromotrice dans l'enroulement 16 des moyens de lecture L et un premier signal d'information nl est recueilli, dans cet enroulement 16, à l'instant t'o o l'intensité du

courant dans l'enroulement 4 correspond aux segments A6-A2.

Comme la variation initiale du champ magnétique produite par la partie 5 (figure 5) du signal S est pratiquement instantanée, l'instant t'o n'est postérieur que de quelques

dizaines de microsecondes à l'instant to et peut être con-

fondu avec ce dernier.

Le champ magnétique produit par le signal S varie

ensuite selon une portion inclinée correspondant à la por-

tion 6 (figure 5) du signal S. Le point représentatif de l'état du matériau du tore 3 va se déplacer du point U vers les points A3, A4, repasser par K (lorsque le champ créé par l'enroulement 4 est nul) et atteindre le point V pour revenir au point K. Lors du changement brusque d'induction magnétique dans le matériau du tore 3, correspondant au segment A3-A4, une force électromotrice est créée dans l'enroulement 16, avec un signe contraire à la précédente. On recueille le signal d'information n2 dans cet enroulement 16 à un instant t1 pour lequel le champ magnétique produit par le signal S

correspond à celui nécessaire pour obtenir le segment A3-A4.

La position dans le temps des deux signaux nl, n2 par rapport au signal d'exploration qui a débuté à l'instant tO, et plus précisément la différence A t = t1 - to, qui dépend de la pente de la partie inclinée 6 (figure 5) du signal S permet de déduire le sens du courant circulant dans

le fil conducteur 1 et de mesurer son intensité.

Il est à noter que lorsque le point représentatif du matériau se déplace de K à V pour revenir à K (figure 7),

aucun basculement de l'induction ne se produit et aucun sig-

nal n'est recueilli sur l'enroulement 16.

L'intervalle de temps tl - to est significatif du courant I circulant dans le fil 1 au moment de la mesure. Cet intervalle peut être évalué et traité comme indiqué plus loin, en particulier par un microprocesseur, pour permettre d'en déduire le signe et la valeur du courant I. On examinemaintenant différents cas limites pour illustrer l'étalonnage de l'intensité à partir de

l'intervalle de temps t1 - to.

Le schéma de la figure 8 correspond au cas o l'intensité I est nulle au moment o la mesure est effectuée. Avec les valeurs numériques définies précédemment, à savoir pente de la partie inclinée du signal correspondant à 1A/ms au niveau du fil conducteur 1 et amplitude absolue maximale du signal S correspondant à 22 mA (22 milliamperes) c'est-à-dire à 11A au niveau du fil 1, le point U, sur la

figure 8, correspond à une intensité de -11A. Le bascule-

ment, à l'instant tl, correspond à une intensité de +O,5A pour l'exemple considéré. L'intervalle de temps tl - to correspond à une variation de 11, 5A et donc de 11,5 = ms (du

fait de la pente de 1A/ms).

La figure 9 correspond au cas o l'intensité I est

égale à +10A à l'instant tO de la mesure.

Le point U correspond à une intensité de -1A. Le basculement en tl sera obtenu pour une intensité de O,5A c'est-à-dire pour une variation de 1,5A à partir du point U. Cette variation correspond à un intervalle de

temps I1 - to = 1,5ms.

La figure 10 correspond au cas o l'intensité est égale à -10A au moment de la mesure. Le point U (non représenté) est repoussé, vers la gauche, sur le cycle

d'hystérésis à une intensité correspondant à -21A.

Le basculement en tl s'effectuera pour une intensité de + 0,5A c'est-àdire pour une variation d'intensité de 21,5A depuis le point U ce qui correspond à

21,5 ms.

Finalement, avec la forme du signal S de la figure 5, si l'on désigne par k la pente (intensité/temps) de la partie inclinée, q étant l'amplitude maximale positive du

signal, on peut écrire tl - to = ( (q-I) + j)/k.

La constante j correspond à l'intensité dans le

fil 1 pour le segment A3-A4 du cycle d'hystérésis.

Dans l'exemple numérique particulier décrit j=+O,5A, k=1 et q=11A si bien que:

tl - to = (11,5 - (I)) millisecondes.

I est le nombre algébrique correspondant à

l'intensité, exprimée en ampères, du courant dans le fil 1.

Les explications qui précèdent ont été fournies en supposant que l'intensité du courant I restait comprise entre les limites -10A et +10A à l'intérieur desquelles on souhaite effectivement mesurer l'intensité du courant, à

environ 0,5A près.

La mesure de l'intensité est transformée, grâce à la partie inclinée 6 du signal S (figure 5) en une mesure de temps. Si l'intensité dans le fil 1 se situe-en dehors de la plage considérée, l'application du signal S à l'enroulement 4 ne permet plus d'obtenir les basculements du

cycle d'hystérésis correspondant aux segments A3-A4 et A6-

A2. Il peut être utile d'avoir au moins l'indication du sens de courant pour des plages de l'intensité situées à l'extérieur de la première plage considérée. Par exemple, on peut souhaiter obtenir l'indication du sens du courant dans le fil 1 dans un domaine de mesure s'étendant de -50A à + 50A, la mesure effective de l'intensité n'ayant lieu que

dans la plage -10A/+10A.

Il suffit alors d'appliquer à l'enroulement 4 un signal Sa représenté sur la figure 11 o l'intensité est portée en abscisse et le temps est porté en ordonnée, l'axe

des ordonnées étant dirigé vers le bas.

Les parties initiales et finales 5a, 9a, horizon-

tales selon la représentation de la figure 11, correspondent aux parties verticales 5 et 9 de la représentation de la

figure 5.

La partie inclinée 6a correspond à la partie 6 de la figure 5. Toutefois, la partie inclinée 6a part d'un point 17 correspondant à une intensité de valeur inférieure, en amplitude absolue, à celle de l'extrémité 18 de la partie initiale 5A. Cette extrémité 18 correspond, au minimum, à l'intensité négative maximale c'est-à-dire -50A dans l'exemple considéré, du domaine dans lequel on souhaite pouvoir déterminer au moins le sens du courant dans le fil 1. Le segment de raccordement 19 entre les extrémités 17 et 18 est sensiblement orthogonal à l'axe des temps;lorsque cet

axe des temps constitue l'axe des abscisses et est horizon-

tal (ce qui correspond à une représentation dans le système d'axes de la figure 5), le segment 19 est vertical. Selon la

représentation de la figure 11, le segment 19 est horizon-

tal. La partie inclinée 6a se termine en un point 20 symétrique de l'extrémité 17 par rapport à l'intersection 21 de 6. avec l'axe des temps. L'extrémité 20 correspond à une

intensité dont l'amplitude est inférieure, en valeur abso-

lue, à celle de l'extrémité 22 de la partie finale 9a du signal Sa. Cette extrémité 22 est également symétrique de l'extrémité 18 par rapport au point 21 et correspond, dans l'exemple considéré, à +50A, c'est-à-dire à l'intensité positive maximale du courant. L'extrémité 20 se raccorde à l'extrémité 22 par un segment 23 sensiblement orthogonal à

l'axe des temps.

Les extrémités 17 et 20 de la partie inclinée 6a correspondent aux deux limites de la plage d'intensité à l'intérieur de laquelle on souhaite déterminer non seulement le sens du courant dans le fil 1, mais également la valeur de l'intensité de ce courant. Cette plage, dans l'exemple

considéré, s'étend de -10A à +10A.

Si le courant I circulant dans le fil 1 se trouve en dehors de la plage 10A et +10A, tout en restant à l'intérieur de la plage -50A et +50A, les deux signaux d'information nl,n2 décrits avec référence à la figure 7

* seront produits pratiquement simultanément soit par la par-

tie 5a et le segment 19, soit par le segment 23 et la partie 9a. On peut considérer, dans la pratique, qu'un seul signal

d'information sera obtenu.

Avec la forme de signal Si représenté sur la fig-

ure 11, qui est négatif au début, puis positif, le signal ou l'impulsion d'information recueilli sur l'enroulement 16 sera -produit au début du signal d'exploration Sa si le courant I est positif, ou à la fin du signal Sa si le

courant I est négatif.

Ainsi, la position dans le temps du signal d'information par rapport au signal d'exploration permet de

déduire au moins le sens du courant circulant dans le fil 1.

Dans la plage d'intensité correspondant à la par-

tie inclinée 6a, on pourra déterminer non seulement le sens

du courant mais également l'intensité de ce courant.

La figure 12 représente une autre forme possible du signal d'exploration Sb dans un système d'axes de

coordonnées semblable à celui de la figure 11.

La partie inclinée du signal Sb est composée d'un segment rectiligne 6b, formant la partie médiane, avec une pente déterminée, et de deux segments d'extrémité 19b, 23b parallèles l'un à l'autre, ayant une pente différente de celle du segment 6b. La partie inclinée forme donc une ligne

brisée. La partie médiane 6b a une pente plus forte permet-

tant de déterminer avec une plus grande précision l'intensité du courant dans le fil 1, pour une plage donnée, par exemple -10A/+10A. Les segments d'extrémité 19b 23b sont inclinés avec une pente moins forte; ils permettent non seulement de déterminer le sens du courant comme les segments 19 et 23 de la figure 11 mais également de déterminer l'intensité de ce courant avec une précision plus faible que dans la zone correspondant à 6b. Les plages correspondant aux segments 19b, 23b peuvent être comprises, par exemple, d'une part entre -30A et -10A et, d'autre part

entre +10A et +30A.

La figure 13 est un schéma d'un exemple de réalisation d'un dispositif de mesure selon l'invention, du courant continu entrant ou sortant de la batterie d'un véhicule automobile, ce dispositif de mesure étant destiné à

être associé à un calculateur 24 à microprocesseur. Le cal-

culateur 24 est muni, entre autres, de cinq sorties sur lesquelles sont branchées cinq lignes D1...D5 sur lesquelles apparaîtront une succession d'états binaires au moment o le calculateur 24 demande à connaître l'intensité du courant I

dans le fil 1.

La ligne D1 correspond au bit de poids le plus important (MSB) tandis que la ligne D5 correspond au bit de

plus faible poids (LSB).

Les lignes D1.. D5 sont reliées respectivement par des résistances R1... R5 à une source de tension de référence par exemple de + 5V. Cette source de tension (non représentée) peut être constituée par une alimentation

stabilisée comportant une diode Zener comme référence.

Les lignes D1 à D5 sont en outre reliées, en parallèle, à l'entrée inverseuse d'un amplificateur 25. La liaison est effectuée par l'intermédiaire d'un jeu de deux résistances pour chaque ligne, ces résistances étant désignées par R6, R7 pour la ligne D1 et ainsi de suite

jusqu'à R14, R15 pour la ligne D5.

La sortie de l'amplificateur 25 est reliée à son

entrée inverseuse par une résistance R16.

L'entrée + de l'amplificateur 25 est reliée au curseur d'un potentiomètre P1 branché entre la source de

tension de référence et la masse.

La sortie de l'amplificateur 25 est reliée par une résistance R17 à l'entrée + d'un amplificateur 26â dont l'entrée inverseuse est reliée par une résistance R18 à la masse. Un condensateur 27 est branché entre l'entrée + de l'amplificateur 26a et la masse. Cette entrée + de l'amplificateur 26a est en outre reliée par l'intermédiaire d'une résistance R19 à l'entrée inverseuse d'un autre amplificateur 26b. L'entrée + de cet amplificateur 26k est reliée au curseur d'un potentiomètre P2 branché entre la source de tension de référence et la masse. La sortie de l'amplificateur 26a est reliée par l'intermédiaire d'un amplificateur de puissance 28 à l'une

des bornes de l'enroulement 4. L'autre borne de cet enroule-

ment 4 est reliée à la sortie d'un amplificateur de puis-

sance 29 dont l'entrée est reliée à la sortie de

l'amplificateur 26k.

L'enroulement 16 des moyens de lecture est relié, d'un côté, à la masse et, de l'autre, à la source de tension de référence par l'intermédiaire de deux résistances R20,

R21 montées en série.

Le point situé entre les résistances R20 et R21 est relié, par l'intermédiaire d'une résistance R22, à l'entrée + d'un amplificateur 30. Un condensateur 31 est

branché entre cette entrée + et la masse.

L'entrée inverseuse de l'amplificateur 30 est reliée à un point 32 d'un diviseur de tension formé par un ensemble de résistances R23 à R26 branchées, comme montré sur la figure 13, entre la source de tension et la masse. La

sortie de l'amplificateur 30 est reliée à son entrée inver-

seuse par une résistance R27. Cette sortie est en outre reliée à une borne du calculateur 24 pour fournir l'information de basculement du cycle d'hystérésis du

matériau du tore 3.

Le fonctionnement du dispositif de la figure 13

est le suivant.

Comme déjà indiqué précédemment, le calculateur 24, au moment o il souhaite qu'une mesure du courant I dans le fil 1 soit effectuée, envoie une succession d'états binaires sur les lignes D1.....D5 ce qui permet de créer une rampe de tension en marches d'escalier, par le jeu des

résistances R1 à R15.

L'amplificateur 25 donne, sur sa sortie, l'amplitude correcte à cette rampe, le centrage étant

assuré, par ailleurs, par le potentiomètre P1.

Les amplificateurs 26a, 26b et 28, 29 créent l'amplification de puissance nécessaire à établir le courant

dans l'enroulement 4.

Pratiquement, les amplificateurs 26a et 28 créent une onde en escalier montante sur la borne de l'enroulement 4, tandis que les amplificateurs 26b et 29 créent une onde

descendante sur l'autre borne dudit enroulement 4.

Il est ainsi possible d'assurer une excursion plus grande de tension relative entre les deux extrémités de l'enroulement 4. En conséquence, il est possible de prévoir davantage de spires sur cet enroulement 4, ce qui réduit l'intensité du courant nécessaire pour compenser le champ

magnétique créé par le courant circulant dans le fil 1.

De plus, le courant dans l'enroulement 4 peut cir-

culer dans les deux sens. Au début de la rampe, le courant va passer dans un certain sens puis décroître vers la valeur nulle pour croître dans l'autre sens. Il est donc possible

de mesurer les courants entrants et sortants de la batterie.

Le signal d'information est constitué par l'impulsion recueillie sur l'enroulement 14, comme expliqué

précédemment, lors du basculement du cycle d'hystérésis.

Ce signal, amplifié par l'amplificateur 30 est

envoyé sur une entrée du calculateur 24 de manière à consti-

tuer l'information de basculement, qui est traitée par le calculateur. Le dispositif de l'invention permet à l'aide d'un capteur simple et économique (matériau magnétique) de mesurer avec une précision satisfaisante, le sens et

l'intensité d'un courant continu. Dans le cas d'une applica-

tion à la mesure de l'intensité du courant de batterie d'un véhicule automobile, on pourra utiliser le calculateur à microprocesseur qui, de plus en plus, est monté sur les véhicules pour assurer de multiples fonctions, ce qui

n'entraîne pas de coût supplémentaire.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de mesure d'un courant continu dans un fil conducteur, caractérisé par le fait qu'il comprend en combinaison: - un élément (C) en un matériau magnétique à bonne perméabilité, cet élément étant destiné à être influencé par le fil conducteur (1); - des moyens d'exploration (E) de l'état magnétique de l'élément (C) comprenant un enroulement d'exploration (4) sur ledit élément (C) et des moyens de production (P) d'un signal d'exploration (S) propres à faire circuler, dans ledit enroulement d'exploration (4), un signal de courant dont l'intensité subit des variations suffisantes pour faire passer l'induction magnétique, dans l'élément (C), par les zones (A6-A2; A3-A4) de fortes variations du cycle d'hystérésis; - et des moyens de lecture (L) de la variation

d'induction magnétique dans l'élément (C), lors de la pro-

duction du signal d'exploration, propres à fournir une information (n1, n2) lors du franchissement des zones de fortes variations du cycle d'hystérésis, de telle sorte que la position dans le temps de cette information par rapport au signal d'exploration permette de déduire au moins le sens

du courant circulant dans le fil conducteur.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément (C) est formé par un

tore (3) ou équivalent.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le matériau magnétique présente

un cyle d'hystérésis (A6, A2, A3, A4) sensiblement rectangu-

laire.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendi-

cations précédentes, caractérisé par le fait que le signal d'exploration (S, Sa, Sb) est formé par un courant dont

l'intensité varie d'une valeur nulle à deux valeurs maxi-

males de signes opposés, mais de même ou sensiblement même amplitude absolue (q), le courant revenant à une valeur nulle à la fin du signal, ladite amplitude (q) étant au moins égale à celle nécessaire, compte tenu du nombre de spires de l'enroulement d'exploration (4), pour produire, au niveau de l'élément (C), un champ magnétique d'amplitude égale, en valeur absolue, à celle du champ produit par le

susdit fil conducteur.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le signal d'exploration (S, Sa, SL), selon une représentation graphique o le temps est porté suivant un axe et l'lntensité du courant du signal est portée suivant un autre axe orthogonal, a une forme présentant une partie (5,5à, 5k) sensiblement orthogonale à l'axe des temps partant de la valeur nulle, suivie d'une partie inclinée (6, 6&, 6h) qui repasse par la valeur nulle de l'intensité et se termine en un point sensiblement symétrique du point de départ de cette partie inclinée,

cette dernière étant suivie d'une autre (9, 9L, 9k) sensi-

blement orthogonale à l'axe des temps assurant le retour &

la valeur nulle de l'intensité.

6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait que la partie initiale (5, 5q, 5h) du signal d'exploration est une partie descendante passant

de la valeur nulle à une valeur négative, tandis que la par-

tie inclinée (6, 6a, 6h) a une pente positive et que la par-

tie finale (9, 9f, 9b) est également descendante.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendi--

cations 4 à 6, caractérisé par le fait que la partie inclinée (6) du signal d'exploration (S) part de l'extrémité (8) de la partie initiale (5) sensiblement orthogonale à l'axe des temps et se termine à l'extrémité (7) de la partie finale (9) également sensiblement orthogonale à l'axe des temps.

8. Dispositif selon]'une quelconque des revendi-

cations 4 à 6, caractérisé par le fait que la partie inclinée (6e) du signal (Si) part d'une valeur inférieure,

en amplitude absolue, à celle de l'extrémité (18) de la par-

tie initiale, un segment de raccordement (19) sensiblement orthogonal à l'axe des temps étant prévu entre cette extrémité (18) et le début (17) de la partie inclinée (6a), cette dernière se terminant également avec une valeur inférieure, en amplitude absolue, à celle de l'extrémité (22) de la partie finale (9a) du signal, un autre segment (23), orthogonal à l'axe des temps, assurant le raccordement entre l'extrémité (20) de la partie inclinée et l'extrémité

(22) de la partie finale.

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendi-

cations 5 à 8, caractérisé par le fait que la partie

inclinée (6, 6_) du signal est composée d'un segment rec-

tiligne ayant une pente déterminée.

10. Dispositif selon l'une quelconque des revendi-

cations 5 à 8, caractérisé par le fait que la partie

inclinée du signal est composée de plusieurs segments rec-

tilignes (6k, 19b, 23k), de pentes différentes formant une

ligne brisée.

11. Dispositif selon l'une quelconque des revendi-

cations précédentes, caractérisé par le fait que l'enroulement d'exploration (4) comporte plusieurs centaines

de spires.

12. Dispositif selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 8, et 11, caractérisé par le fait qu'il est associé à un calculateur (24) à microprocesseur et que la partie inclinée du signal est formée par une rampe en

marches d'escalier convenablement amplifiée par un amplifi-

cateur (25).

13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé par le fait que la rampe en marches d'escalier résulte de la combinaison d'une onde en escalier montante provenant d'un amplificateur (26a) relié à une borne de l'enroulement (4) d'exploration et d'une onde descendante provenant d'un autre amplificateur (26b) relié à l'autre

borne de l'enroulement (4).

14. Dispositif selon l'une quelconque des revendi-

cations précédentes, destiné à mesurer l'intensité du courant de charge ou de décharge d'une batterie d'un véhicule automobile, caractérisé par le fait que le signal d'exploration comprend une partie inclinée (6, 6a, 6k) qui s'étend entre deux valeurs correspondant à des intensités

d'environ - 10A et + 10A dans le fil conducteur.