Capteurs de courant: à chacun son argument!

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S olutions
I
l est aujourd’hui possible de
mesurer le courant électrique au
moyen d’une quinzaine de prin-
cipes ou technologies différents,
qui doivent être choisis en fonction
des besoins spécifiques de l’applica-
tion : valeur crête ou valeur efficace,
précision ou bande passante deman-
dées, contraintes environnementales à
supporter, sans oublier, bien sûr, le
prix. Ces capteurs de courant peuvent
être répartis en six catégories diffé-
rentes :
- capteurs CA, limités aux mesures de
courants alternatifs, comprenant les
transformateurs de courant traditionnels,
les capteurs sans circuit magnétique
basés sur une bobine de Rogowski ou
une technologie de capteur sur circuit
imprimé, développée récemment,
-capteurs de courant à effet Hall, avec les
variantes technologiques dites “à boucle
ouverte”,“à boucle fermée” et “ETA”
- capteurs de courant de type “Fluxgate”,qui se
déclinent en six grandes variantes,chacune ayant
ses propres caractéristiques
- capteurs utilisant d’autres technologies de détec-
tion de champ magnétique (les magnétorésis-
tances par exemple)
- les shunts
- les capteurs faisant appel aux tech-
nologies MEMS (Micro ElectroMecha-
nical Systems, systèmes électroméca-
niques)
1- Les capteurs de champ
magnétique
La mesure isolée d’un courant électrique est dans
la plupart des cas effectuée avec un capteur induc-
tif, qui détecte le champ créé par le courant à
mesurer.Il existe plusieurs techniques de mesu-
re basées sur ce principe :
- la cellule Hall : solution classique,disponible
dans plusieurs variantes (GaAs,InSb ou silicium),
- la magnéto impédance
- la résistance magnétique (MR) :anisotro-
pique (AMR),géante (GMR),tunnel (TMR),
colossale (CMR)
- la technique Fluxgate (“porte de flux”),
qui exploite l’effet de saturation de maté-
riaux magnétiques sensibles
- la technique magnéto-optique
-la résonance magnétique nucléaire (NMR),qui
convertit l’induction magnétique en fréquence
- la magnétostriction et l’effet piézoélec-
trique : le courant mesuré crée un champ
modifiant la taille d’un élément magnétos-
trictif. Ce dernier exerce une force sur un
élément piézoélectrique qui produit alors
une tension de sortie
- technologies diverses :effet
Meissner parama-
gnétique,effet Hall
quantum (à l’état supracon-
ducteur, ce qui nécessite un
refroidissement), effet Zee-
mann, SQUIDs (à l’état supraconduc-
teur), bobines mobiles permettant de
convertir un flux continu en un signal alter-
natif.
Le développement de ces technologies de
détection de champ est généralement focali-
sé sur les performances attendues dans les
marchés à fort potentiel de vente, à savoir la
mesure de position en général et la lectu-
re/écriture des têtes de lecture des disques
durs.En raison de sa taille marginale, le mar-
ché de la mesure du courant ne présente qu’un
intérêt limité pour les fabri-
cants de ces capteurs
inductifs,de sorte que les
produits proposés sur le
marché sont souvent
inadaptés pour réaliser des
applications de mesure.
Parmi tous les principes
de détection inductifs
connus,seuls l’effet Hall,
le Fluxgate, les AMR et
GMR sont actuellement
utilisés dans des capteurs
de courant fabriqués en
grandes séries.Des travaux
très spécifiques, souvent
dans le cas de la recherche
avancée,ont toutefois per-
mis l’émergence d’autres
technologies. Les TMR,
CMR, NMR et les autres
effets mentionnés en sont
▼
Il est aujourd’hui possible de mesurer le courant électrique au moyen d’une quin-
zaine de conceptions ou technologies différentes, avec isolation galvanique ou
non. Dans la plupart des cas, on fait appel à des technologies à isolement galva-
nique, qui mesurent indirectement le courant en détectant le champ magnétique
qui lui est associé.
Nous vous présentons ici les différentes technologies de mesure utilisées, avec
leurs avantages et inconvénients respectifs.
L’essentiel
Une quinzaine de types de
capteurs de courant se dis-
putent le marché
En terme de performances,
elles se distinguent par le
type de courant mesuré
(continu ou alternatif), la
bande passante et la préci-
sion
L’encombrement et le prix
sont aussi des critères de
décision
De nouvelles technologies,
miniaturisées, arrivent.
Mais pour des raisons de
coût de production, il fau-
dra qu’elles accèdent à des
applications de masse pour
trouver des débouchés
dans les mesures de cou-
rant (comme ce fut le cas
pour les cellules de Hall)
MESURES ÉLECTRIQUES
Capteurs de
courant : à chacun
son argument!

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S olutions
soit au stade de la pré-étude (au niveau des
universités,) soit ils sont utilisés dans les cas
où l’on n’a besoin que d’une information
binaire,soit ils sont utilisés dans des applications
pointues de laboratoire, à cause de leur prix
élevé (NMR, effet Hall quantum, SQUID).
Les capteurs de courant basés sur des effets
magnéto optiques(comme par exemple,l’ef-
fet Faraday) ont été développés pour des appli-
cations à courants élevés (10-100 kA) et ils
présentent de bonnes performances pour les
mesures de courants alternatifs.Pour envisa-
ger de les utiliser pour les mesures de courant
alternatif, il faudra surmonter le problème des
dérives du zéro en fonction du temps et de la
température. Des travaux sont actuellement en
cours dans diverses industries et universités.
L’avantage majeur de la résonance magné-
tique nucléaire NRM est le fait que le signal
de mesure est indépendant de la température.
Mais elle a des inconvénients:fréquence nul-
le à champ nul, impossibilité de détecter la
polarité du champ et nécessité d’une imagerie
par résonance magnétique (MRI) pour l’inté-
gration sur un volume.
Les capteurs GMI et Fluxgate requièrent des
composants électroniques pour fournir un
signal de sortie. Les faibles valeurs de dérive
du Fluxgate s’expliquent par le fait que ces cap-
teurs intègrent un principe de compensation
(boucle fermée locale) : les harmoniques paires
d’un signal de détection sont maintenues
proche de zéro en ajustant le champ d’une
bobine de compensation intégrée.
En terme de complexité, la différence entre un
élément GMI et un Fluxgate miniature n’est
pas significative. Dans les deux cas,il faut pla-
cer au moins une bobine autour d’une petite
pièce ferromagnétique de façon à pouvoir
détecter la polarité du champ magnétique.
Le risque de destruction par un champ exté-
rieur élevé constitue un handicap certain pour
les capteurs AMR.Cet inconvénient peut être
atténué en appliquant sur la cellule, au moyen
d’une bobine auxiliaire,un champ perpendi-
culaire au champ à mesurer.En appliquant un
courant alternatif dans la bobine, le capteur
AMR est remis à zéro à chaque cycle de com-
mutation.
2-Les technologies à effet Hall
Il existe trois technologies exploitant l’effet Hall
pour la mesure du courant alternatif et continu.
Capteurs à effet Hall en boucle ouverte.Les
capteurs boucle ouverte à effet Hall disposent
d’un élément de détection Hall placé dans l’en-
trefer. La conception est telle que l’induction
magnétique détectée par la cellule Hall est théo-
riquement proportionnelle au courant primaire
à mesurer.Les imprécisions sur la mesure sont
principalement dues à la non-linéarité magné-
tique et électronique ainsi qu’aux décalages
créés par la cellule Hall,aux composants élec-
troniques de traitement et enfin à l’hystérésis
du circuit magnétique.L’utilisation d’un circuit
magnétique offre plusieurs avantages, à savoir la
concentration du champ sur la cellule Hall,
l’amplification de l’amplitude du champ et la
protection contre les perturbations magnétiques
externes.
Les capteurs à effet Hall en boucle ouverte sont
capables de mesurer des formes d’onde de
courants continus,alternatifs et complexes tout
en assurant une isolation galvanique.Ils se dis-
tinguent par leur faible consommation d’éner-
gie,un poids et une taille réduits et ils sont
particulièrement intéressants pour les courants
élevés.Ils n’introduisent pas de pertes d’inser-
tion dans le circuit à mesurer, ce qui ne les
empêche pas de bien résister aux surcharges
de courant. Ils sont bon marché et sont bien
adaptés aux diverses applications industrielles.
Les capteurs à effet Hall en boucle ouverte pré-
sentent par contre l’inconvénient d’avoir une
bande passante et un temps de réponse relati-
vement modestes et d’une précision de mesu-
re qui varie beaucoup avec la température.Dans
certaines applications spécifiques,les pertes de
courant de Foucault à haute fréquence risquent
également d’être un facteur restrictif.
Les courants nominaux vont de plusieurs
ampères à 10 kA,exceptionnellement au-delà
de 30 kA. La technologie accepte des impul-
sions de courant de courte durée nettement
supérieures à la valeur mesurable maximale
(5 à 10 fois par exemple).Mais cela peut néan-
moins créer un grand décalage magnétique,
ce qui se traduit par une erreur de mesure addi-
tionnelle permanente qui doit être annihilée
par une procédure de désaimantation dédiée.
Hall A résistance GMI Fluxgate
Si GaAs InSb magnétique
Sensibilité 0,06 µΩm 0,29 µΩm4 µΩm 16 µΩm 1 250 µΩm 25 000 µΩm
Décalage 800 A/m typ. 13 600 A/m max 1 760 A/m max 94 A/m NC 0,08 A/m
Dérive du décalage 0,6 A/m/K typ 19 A/m/K max 32 A/m/K max 0,375 A/m/K NC 0,8 x 10
–6
A/m/K
Dérive de la sensibilité 0,035 %/K -0,05 %/K -1,8 %/K -0,4 %/K NC 0,0002 %/K
Comparaison entre les capteurs basés
sur la détection de champ magnétique
Pour la sensibilité,l’unité µV/(A/m) choisie correspond au rapport entre le signal de sortie de l’élément de mesure du champ (µV) et le champ magnétique
mesuré (A/m):elle correspond donc à des µΩm.Les valeurs des sensibilités sont indiquées sur la base d’une alimentation des capteurs par une tension de 1V,ce
qui permet de réaliser des comparaisons crédibles.
Variantes de montage
de capteurs à effet Hall
On voit ici les trois grandes variantes de
montage des capteurs à effet Hall. Dans
tous les cas, le circuit magnétique sert à
concentrer sur la cellule Hall le champ
magnétique créé par le courant traversant
le conducteur.
Les montages en boucle fermée et ETA ont
un circuit de compensation qui permet
d’améliorer les performances.
Capteur en boucle ouverte
Capteur en boucle fermée
Capteur ETA
Circuit magnétique
Cellule
Hall
Courant
à mesurer

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La précision globale est de quelques pour-cent,
une valeur plutôt modeste qui s’explique par
le décalage du zéro pour les mesures de cou-
rant continu,les décalages de la cellule Hall et
des composants électroniques de traitement,
le décalage magnétique en courant continu,
l’erreur de gain et de linéarité,l’atténuation de
l’amplitude et le déphasage lorsque la limite
de la bande passante est atteinte ,et enfin le
bruit. Des erreurs supplémentaires apparais-
sent avec les variations de température,notam-
ment les variations de gain et de dérive du zéro.
Capteur à effet Hall en boucle fermée. Com-
parativement aux capteurs en boucle ouverte,
les capteurs à effet Hall en boucle fermée ont
un circuit de compensation intégré,qui opti-
mise les performances.La cellule Hall des cap-
teurs en boucle fermée est utilisée comme
signal de contre-réaction,régulant le courant
I
S
de la bobine secondaire de manière à ce que
le champ magnétique dans l’entrefer soit égal
à zéro. L’enroulement secondaire comprend
plus de tours (N
S
) que l’enroulement primai-
re (N
P
). Pour une induction nulle dans l’en-
trefer,les ampères-tours dans les deux bobines
sont identiques et par conséquent le rapport
de proportionnalité entre les courants secon-
daires I
S
et primaires I
P
est donné par le rap-
port des nombres de spires :I
S
= I
P
N
p
/N
S
.
La fréquence de mesure maximale est généra-
lement comprise entre 2 et 10 kHz.Cette gam-
me relativement réduite est due à la bande pas-
sante limitée des composants électroniques et
à la faible dynamique de tension qui permet
de générer le courant I
s
dans la bobine secon-
daire.La limitation de la bande passante du cap-
teur peut être contournée en utilisant la bobi-
ne secondaire comme transformateur de cou-
rant standard,convertissant le courant alterna-
tif primaire en courant secondaire.
Les capteurs à effet Hall en boucle fermée sont
capables de mesurer des formes d’onde de
courants continus,alternatifs et complexes tout
en assurant une isolation galvanique.Ils se dis-
tinguent par d’excellentes précisions et linéa-
rité,une faible dérive de température, un temps
de réponse rapide,une bande passante élevée,
aucune perte d’insertion dans le circuit pri-
maire et une sortie de courant très résistante
aux interférences électromagnétiques.
Les principaux inconvénients de la technolo-
gie boucle fermée sont la puissance relative-
ment élevée de l’alimentation secondaire, de
plus grandes dimensions (spécialement pour
les courants élevés) et un coût évidemment
supérieur à celui d’un capteur à boucle ouver-
te (de conception plus simple).
Les courants nominaux vont de quelques
ampères à plus de 20 kA,certains modèles
allant même jusqu’à 500 kA.Pour un modè-
le donné,le courant maximum mesurable est
par conception limité par le niveau de satura-
tion de l’électronique de commande,en géné-
ral uniquement aux fréquences basses.
Les capteurs de courant boucle fermée dispo-
sent d’une excellente linéarité sur une vaste
plage de mesures avec une précision totale res-
tant généralement inférieure à 1 %. Les fac-
teurs affectant la précision sont les mêmes que
pour les capteurs en boucle ouverte mais leur
importance est bien moindre en raison du
principe à flux nul (réduction des décalages,
plus de non-linéarité magnétique,gain moins
dépendant de la température).Aux fréquences
élevées,la performance de la mesure est déter-
minée par la performance du transformateur
de courant.
Les capteurs en boucle fermée peuvent tou-
jours être sensibles aux décalages magnétiques
qui subsistent en cas d’utilisation dans des
conditions anormales (courant primaire à bas-
se fréquence excédant significativement la
valeur maximale spécifiée). La bande passan-
te est en général excellente,dépassant 100 kHz
dans la plupart des cas. Elle peut parfois
atteindre plus de 300 kHz.Les temps de répon-
se sont tels que l’on peut mesurer des varia-
tions de courant (di/dt) atteignant plusieurs
centaines de A/µs.
Les capteurs à effet Hall de type ETA.La
conception des capteurs ETA à effet Hall res-
semble à celle des capteurs boucle fermée,avec
le même agencement du circuit magnétique,
de la cellule Hall et de l’enroulement secon-
daire.Les différences résident dans la concep-
tion du circuit magnétique et la façon dont les
signaux sont traités par l’électronique de sor-
tie.En fait, les capteurs ETA à effet Hall com-
binent les caractéristiques des technologies
boucle ouverte et boucle fermée.Aux faibles
fréquences (généralement entre 2 et 10 kHz),
ils fonctionnent comme des capteurs en boucle
ouverte, la cellule Hall fournissant un signal
proportionnel au courant primaire à mesurer.
Aux fréquences élevées, ils fonctionnent com-
me un simple transformateur de courant.Les
signaux du transformateur et de la cellule Hall
sont électroniquement ajoutés, pour former
Technologies à effet Hall Technologies Fluxgate Technologies sans
Boucle Type ETA Boucle Type IT Type C A deux noyaux Type circuit magnétique
fermée ouverte à trois noyaux à deux noyaux magnétiques standard
magnétiques magnétiques sans transfo LEM-Flex PRiME
Plage de mesure 0-15 000 A 25-150 A 0-15 000 A 0-600 A 0-150 A 0-400 A 0-500 A 0-10 000 A 0-10 000 A
Bande passante 0-200 kHz 0-100 kHz 0-25 kHz 0-100 kHz 0-500 kHz 0-100 Hz 0-200 kHz 10 Hz-100 kHz 100 kHz
Temps de réponse < 1 ms < 1 ms < 3 – 7 ms < 1 ms 0.4 ms 5 ms < 1 ms 10-50 ms 2-50 ms
(@ 90 %)
Précision ± 0.5 % ± 1.5 % (CC) ± 1,5 % ± 0,0002 % ± 0,1 % ± 0,1 % ± 0,2 % ± 1 % ± 0,5 %
typique
Linéarité ± 0.1 % ± 0.5 % (CC) ± 0.5 % ± 0.0001 % ± 0.05 % ± 0.1 % ± 0.1 % ± 0.2 % ± 0.2 %
± 0.1 % (CA)
Points - Précision - Vitesse - Faible - Très grande - Grande résolution - Résolution - Résolution - Précision - Précision
remarquables - Vitesse - Faible consommation résolution - Grande précision - Précision - Précision - Bande passante - Bande passante
consommation - Petite taille - Très grande - Top vitesse - Basse - Vitesse - Faible masse - Faible masse
- Basse tension(5 V) - Bas prix précision fréquence - CA - CA
- Vitesse - Bas prix
Comparaison des différents types de capteurs de courant

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un signal commun de sortie.
Les capteurs ETA sont capables de mesurer des
formes d’onde de courant continue,alternative
et complexe, tout en assurant une isolation gal-
vanique. L’ETA est recommandé lorsque l’on
recherche une bande passante élevée,un temps
de réponse rapide, une faible consommation
d’énergie (en raison de la bobine secondaire qui
n’est jamais activement sous tension) et une ten-
sion d’alimentation à faible tension du secon-
daire (par exemple, +5V).Au-dessus de 2-
10 kHz,la précision et les dérives de température
sont bonnes (semblables à celles obtenues en
boucle fermée). Les capteurs ETA ne créent pas
de pertes d’insertion dans le circuit à mesurer et
résistent parfaitement aux surcharges de courant.
L’inconvénient majeur se situe dans la taille et le
poids du circuit magnétique,dus au fait qu’il faut
avoir à la fois une bobine secondaire encombran-
te (comme pour les capteurs boucle fermée) et
un noyau magnétique de forte section (comme
pour les capteurs boucle ouverte).Aux basses fré-
quences,la précision de mesure de la technolo-
gie ETA est plus sensible aux variations de tempé-
ratures (comme pour les capteurs boucle ouverte).
Le coût d’un produit ETA est supérieur à celui des
modèles plus simples en boucle ouverte et proche
de celui des solutions en boucle fermée.
Les courants nominaux sont généralement com-
pris entre 25A et 150A. Cette plage de travail,
particulièrement étroite,n’est pas limitée par des
aspects technologiques mais plutôt par des fac-
teurs de coût et de marché: pour les courants
inférieurs à 25A, il est possible de travailler dans
des conditions semblables avec la technologie
boucle fermée,plus performante,alors que pour
des courants supérieurs à 150A une tension d’ali-
mentation secondaire plus élevée (par exemple
±15 V) est généralement disponible, ce qui
conduit à privilégier la technologie en boucle fer-
mée,mieux adaptée.En effet,la faible consom-
mation du secondaire obtenue avec la technolo-
gie ETA ne présente en général pas un grand
intérêt lorsque l’on mesure des courants élevés.
La précision des capteurs ETA dépend de la fré-
quence.Pour des basses fréquences (typiquement
de 2 à 10 kHz), la précision globale est de quelques
pour-cents,comme pour les modèles en boucle
ouverte.Pour les fréquences supérieures,la préci-
sion globale est généralement inférieure à 1%.
Après une surcharge de courant excédant les
valeurs spécifiées, le risque d’avoir un décala-
ge résiduel dû à une rémanence du circuit
magnétique est à basse fréquence le même que
pour les capteurs en boucle ouverte.
La bande passante,le temps de réponse et le
comportement di/dt des capteurs ETA sont très
proches de ceux de la technologie en boucle
fermée,avec néanmoins une petite réduction de
performance.La limite supérieure en fréquen-
Le schéma de principe est assez proche de celui des capteurs à effet Hall en boucle fermée. Mais
ici, le champ dans l’entrefer est mesuré à l’aide d’une self saturable au lieu d’une cellule à effet
Hall. On mesure les variations de changement de la valeur de l’inductance de la self.
Comportement du courant dans la self
saturable dans le cas simple d’une soudaine
augmentation de la tension à ses bornes
(échelon unité) :
la courbe “inductance constante” montre
la réponse classique du courant, de forme
exponentielle
la courbe “Bext = I
1
= 0” correspond à un
courant primaire du capteur nul, ne créant
aucun champ dans l’entrefer et donc aucun champ externe sur l’élément saturable (Bext = 0). La
réponse du courant I
Si
dans l’élément saturable comprend trois sections bien distinctes. Pour les
faibles valeurs du courant I
SI
(zone 1), la variation du courant est lente puisque l’élément saturable a
été conçu pour avoir une inductance élevée à faible niveau de saturation. Lorsque le courant dépasse
un certain niveau (zone 2), le niveau de saturation de l’inductance est atteint et la valeur de cette der-
nière chute, conduisant à une forte variation du courant. Cette chute d’inductance, soudaine et mar-
quée, est obtenue par conception de l’élément saturable. Dans la zone 3 enfin, le courant atteint le
niveau asymptotique fixé par la tension du courant disponible (U/R) ;
la courbe “I
1
≠0”. Lorsque le courant primaire n’est pas égal à zéro, un champ externe est appli-
qué à la bobine inductrice saturable et la réponse du courant est modifiée.
La bobine de l’élément saturable est
alimentée par une tension carrée u(t),
ce qui se traduit par un courant I
si
(t)
alternatif. En mesurant les différences
d’allure de ce courant, on peut en
déduire la valeur du courant primaire
I
1
. Il existe plusieurs méthodes pour
détecter ces différences : mesure de la
composante continue du courant de
l’élément saturable I
SI
, analyse spectra-
le du courant I
SI
et mesure de l’ampli-
tude d’une harmonique remarquable
(généralement celle de rang 2 ou 3) et
enfin mesure du rapport cyclique de la
tension u(t). Le paramètre détecté est
ensuite utilisé comme signal de retour
pour la boucle fermée.
Constitution d’un capteur Fluxgate standard
Capteur Fluxgate standard
Réponse du courant à une augmentation de la tension
Réponse du courant à l’application d’un signal carré
pour un courant primaire I1non nul
Self saturable
pour un courant primaire I1nul

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MESURES 763 - MARS 2004
S olutions
ce est généralement de 100 kHz. Le temps de
réaction est rapide,inférieur à 1µs.
La technologie Fluxgate (“porte de flux”) peut
être déployée de différentes manières,en uti-
lisant toujours sur le même principe mais don-
nant des performances diverses suivant la com-
plexité de la conception.
3-Les technologies fluxgate
Le capteur Fluxgate “standard”.Un capteur
Fluxgate isolé peut être conçu comme un capteur
à cellule Hall en boucle fermée,avec le même
agencement du circuit magnétique,comprenant
un entrefer et un enroulement secondaire. C’est
au niveau de la détection du champ dans l’en-
trefer que réside la principale différence entre les
deux technologies : dans le cas du Fluxgate,elle
est réalisée au moyen d’un élément saturable et
non d’une cellule Hall, ce qui implique d’im-
portantes modifications au niveau de l’électro-
nique de contrôle,tant au niveau de l’alimenta-
tion que du traitement du signal de sortie.
L’“inducteur saturable”,qui est au cœur de cet-
te technologie,est composé d’un petit noyau
magnétique mince sur lequel est placé le bobi-
nage.Il est généralement fabriqué avec des élé-
ments discrets (noyau et fil en cuivre) mais dif-
férentes conceptions sont envisageables, y compris
les concepts évolués basés sur les technologies
MEMS (microstructures électromécaniques).
La valeur de l’inductance de l’élément saturable
dépend des propriétés magnétiques du noyau
(perméabilité). Lorsque la densité du flux est éle-
vée,le noyau est saturé,sa perméabilité est bas-
se et la valeur de l’inductance est faible. Par contre,
dans le cas d’une faible densité de flux,la valeur
de l’inductance est élevée.La conception du cap-
teur de courant doit être telle que l’inductance de
l’élément saturable soit affectée à la fois par le
courant primaire et par un courant injecté dans
la bobine de l’élément saturable :
- le fait que l’inductance soit affectée par le
courant primaire est utilisée comme un signal
de retour pour le principe de boucle fermée
- la forme d’onde du courant de l’inducteur
saturable est utilisée pour la détection du chan-
gement d’inductance
Comme pour les capteurs à effet Hall en boucle
fermée,la bobine secondaire est souvent utili-
sée comme un transformateur de courant clas-
sique,pour mesurer les composantes hautes
fréquences du courant. Selon le modèle de cap-
teur Fluxgate considéré, cet effet transformateur
à haute fréquence n’est pas toujours dispo-
nible et entraîne des limites de la bande pas-
sante ou du temps de réponse.
Types principaux de capteurs Fluxgate.On en
distingue quatre grandes variantes :
- le Fluxgate standard
- le Fluxgate à deux noyaux magnétiques,dont
les performances sont nettement améliorées en
utilisant un des deux tores magnétiques com-
me élément saturable, sans espace d’air entre
les deux.Pour ce qui est du comportement aux
hautes fréquences, un second tore bobiné est
utilisé comme transformateur de courant, ici
non plus,il n’y a pas d’entrefer.
- les Fluxgate à trois noyaux magnétiques appor-
tent une amélioration supplémentaire de per-
formances en dédoublant la tête de détection du
champ,en utilisant deux tores bobinés séparé-
ment.La bobine d’excitation est enroulée autour
de chaque tore. Pour les hautes fréquences,
l’amélioration est apportée en optimisant la
conception du transformateur de courant et en
combinant plusieurs bobinages sur le même
tore avec une électronique adaptée.
- les Fluxgate basses fréquences, se servant uni-
quement de la partie basse fréquence du Flux-
gate à deux noyaux magnétiques, et en sup-
primant la partie transformateur de courant.
Performances des technologies Fluxgate.Il est
difficile de comparer simplement les diverses
conceptions Fluxgate mais on peut néanmoins
souligner des tendances générales.
Au nombre des avantages, on trouve le faible
décalage et la faible dérive du décalage,la préci-
sion et la résolution élevées, la grande plage de
températures de fonctionnement, la grande dyna-
mique de mesure de courant (rapport maxi-
mum/minimum élevé),la bande passante éle-
vée,le temps de réponse très bref,et ce jusqu’à
200 kHz typique,800 kHz maximum.
Au nombre des inconvénients, on peut citer la
bande passante limitée pour les modèles les plus
simples,le risque d’une injection de bruit (cou-
rant/tension) dans le conducteur primaire et
enfin la consommation de courant secondaire
relativement élevée (mais semblable aux capteurs
en boucle fermée basés sur la technologie Hall).
4- Les transformateurs de courant
Dans les cas où il ne faut mesurer que des cou-
rants alternatifs ou à impulsions, la solution la
plus simple est généralement de considérer un
transformateur de courant traditionnel,combi-
nant des bobines primaire et secondaire sur un
circuit magnétique, sans qu’il soit nécessaire
d’ajouter des composants électroniques.Avec
les transformateurs de courant,le courant au
secondaire,réduit de quelques ordres de gran-
deurs par rapport au courant primaire,est mesu-
ré avec un shunt. Les transformateurs de cou-
rant sont généralement robustes et ils assurent
une isolation galvanique.Il en existe une gran-
de variété sur le marché,pour les courants pri-
Fluxgate standard Fluxgate à 2 noyaux
magnétiques
Fluxgate à 2 noyaux magnétiques
sans transformateur de courant
(applications basses fréquences)
Fluxgate à 3 noyaux
magnétiques
Principales configurations de capteurs Fluxgate
Mesure de Tension Technologies Fluxgate AV100 OptiLEM
à effet Hall à deux noyaux (effet Hall)
boucle fermée magnétiques
Plage de mesure 0 – 9 500 V 0 – 7 000 V 50 – 1 500 V 100 – 6 000 V
Bande passante quelques kHz 0 - 2 / 10 / 800 kHz 0 – 13 kHz 0 – 13 kHz
Temps de réponse (@ 90 %) 10…100 ms min. 0.4 ms < 30 ms < 30 ms
Précision typique ± 1 % ± 0.2 % ± 1.7 % ± 1.5 %
Linéarité < 0.5 % ± 0.05 % ± 0.1 % ± 0.1 %
Commentaires - Performances - Grande précision - Faible dimensions - Robuste aux
moyennes - Très grande vitesse - Tension limitée perturbations CEM
- Basse fréquence - Faible vitesse - Très bonne tenue d’isolation
- Faible vitesse
Comparaison
des différents types de capteurs de tension