ii. transformateur d`injection

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Dossier d’alternance
Fabrication de transformateurs étalons
Thomas LAFOREST
MT3
2009

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Sommaire
I. PRESENTATION GENERALE ...................................................................... 4
A. LE LNE ......................................................................................................................................... 4
1. Historique : .......................................................................................................................................... 4
2. Ses missions ......................................................................................................................................... 4
B. EXPRIMER L’UNITE DE RESISTANCE (Ω) EN UNITES SI ...... 5
1. Notion sur l’effet Hall quantique : ....................................................................................................... 5
2. Détermination directe du farad - Capacité calculable. ....................................................................... 6
3. Chaîne de mesure ................................................................................................................................. 7
4. Pont de comparaison d’impédances .................................................................................................... 9
5. Système d’injection : .......................................................................................................................... 10
II. TRANSFORMATEUR D’INJECTION ................................................ 11
A. CONCEPTION ...................................................................................................................... 11
1. Des tores magnétiques adaptés .......................................................................................................... 11
2. Un bobinage peu sensible aux parasites ............................................................................................ 12
3. Un transformateur avec un étage métrologique ................................................................................ 14
4. Des écrans électriques ....................................................................................................................... 16
5. Stabilité mécanique du bobinage : ..................................................................................................... 16
B. REALISATION : ................................................................................................................. 17
1. Moulage des guides ............................................................................................................................ 17
2. Bobinage : .......................................................................................................................................... 17
3. Assemblage ........................................................................................................................................ 18
C. TEST : .......................................................................................................................................... 18
1. Vérification du nombre de spire : ...................................................................................................... 18
2. Transformateur saturé : ..................................................................................................................... 19
3. Désaturation : .................................................................................................................................... 19
4. Test de comparaison et de qualification : .......................................................................................... 20
5. Résultats : .......................................................................................................................................... 22
6. Conclusion : ....................................................................................................................................... 23
III. TRANSFORMATEURS ETALONS : ............................................... 24
A. CONCEPTION : .................................................................................................................. 24
1. Autotransformateur ............................................................................................................................ 24
2. Dimensionnement des tores magnétiques .......................................................................................... 25
3. Choix du bobinage ............................................................................................................................. 26
4. Stabilité mécanique du bobinage : ..................................................................................................... 28
5. Ecran électrique ................................................................................................................................. 30
6. Boîtier & connectique ........................................................................................................................ 31
7. Réalisations des plans ........................................................................................................................ 32
IV. CONCLUSION ET REFLEXION DE L’APPRENTI ... 33
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES .......................................................... 34
ANNEXES .............................................................................................................................................. 35

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I. PRESENTATION GENERALE
A. LE LNE
1. Historique :
Fondé en 1901, le Laboratoire National de métrologie et d’Essais (LNE), à l’époque
laboratoire du CNAM (Conservatoire National des Arts et Métiers), avait pour but d’effectuer
des essais de conformité pour divers domaines (thermomètre, métaux, matériaux de
construction…). En 1978, la loi Scrivener lui donne le statut d’EPIC (Etablissement Public à
caractère Industriel et Commercial). Par la suite le LNE continuera de s’agrandir via
l’acquisition et le rattachement d’autres laboratoires.
Le LNE fournit des prestations aux entreprises dans bon nombre de domaines tels que la
métrologie, la santé, la construction, l’environnement, l’électrotechnique. Il est également
pilote de la métrologie française et, à ce titre, est laboratoire national pour le maintient des
étalons nationaux tous domaine confondus.
Je travaille au sein d’un pôle de recherche ayant pour mission de conserver et développer
les étalons nationaux dans les domaine de l’électricité et du magnétisme
2. Ses missions
Les missions de service public du LNE sont précisées dans le cadre d’un contrat
d’objectifs signé tous les quatre ans avec l’Etat.
Elles impliquent l’engagement financier de l’Etat sous forme de subventions annuelles, qui
permettent au laboratoire :
- d’être le laboratoire national de référence, pour l’industrie, en matière de métrologie.
- de poursuivre son développement scientifique et technique pour anticiper les besoins
nouveaux en matière de mesure et d’essai, liés aux évolutions technologiques et aux
attentes nouvelles de la société dans les domaines de la sécurité, de la santé, de la qualité
ou encore de la protection de l’environnement;
- de donner une assistance technique aux pouvoirs publics et aux acteurs économiques pour
l’élaboration de nouvelles réglementations et normes aux niveaux, international, européen et
national, la mise au point de nouvelles méthodes d’essai, et la surveillance du marché.
Sur la figure 1 est représenté la répartition des activités de recherche en métrologie au sein
du LNE.
Figure I.1 - Répartition des activités de recherche au sein du LNE [1]

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Le laboratoire Lampard, au sein duquel j’effectue mon apprentissage, travaille dans le
domaine de la métrologie électrique et plus particulièrement sur la représentation directe du
Farad et de l’ohm dans le système international d’unités.
B. EXPRIMER L’UNITE DE RESISTANCE (Ω) EN UNITES SI
Jusqu’en 1990 l’unité de résistance électrique était représenté par le rapport entre une
tension et un courant électrique. Cette méthode a le défaut de cumuler les erreurs des
mesures effectuées pour déterminer le volt et l’ampère. Par conséquent, en 1990, le comité
international des poids et mesures (CIPM) a recommandé aux divers laboratoires de
métrologie électrique à travers le monde d’utiliser l’effet Hall quantique (EHQ) pour réaliser
l’étalon de résistance.
1. Notion sur l’effet Hall quantique :
Lorsqu’un courant traverse un barreau conducteur et si un champ magnétique B et
appliqué perpendiculairement au sens de passage de courant, une tension appelée tension
de hall VH, proportionnelle à B apparaît sur les faces latérales du barreau Voir Schéma de la
figure I.2. On définit la résistance de Hall comme étant le rapport
I
V
RH
H
. Cette résistance
varie linéairement avec le champ magnétique (Figure I.2). Il s’agit de l’effet hall
« classique ».
De façons similaire, l'Effet Hall Quantique (EHQ) apparaît dans un gaz d'électrons
bidimensionnel parcouru par un courant longitudinal et soumis à un champ magnétique
perpendiculaire (Figure I.3). Ce gaz est en pratique réalisé à l'interface d'une hétérostructure
AlGaAs/GaAs ou au niveau du canal Drain-Source d'un MOSFET Silicium. Le puits de
potentiel de confinement, dont l'épaisseur (~3-4 nm) est très inférieure à la longueur d'onde
de Fermi, contraint les électrons à se mouvoir dans le plan de l'interface. La figure I.4
présente un échantillon étalon au sein duquel se produit l’effet hall quantique.
RH
B
Variation linéaire
(section et courant constant)
Figure I.2 – Schéma de principe de l’effet hall [2] & Courbe
représentant la variation linéaire de RH en fonction de B