de métrologie et d’essais Intro Laboratoire national de métrologie et d’essais 1 1 1

Plan Le LNE Contexte Réalisation d’un transformateur d’injection Conception d’un autotransformateur étalon Conclusion 2

Le LNE LNE … Ω V F I W Métrologie scientifique et industrielle Essais Certification, formation Expertise, conseil … Électricité Métrologie avancée Thermique Chimie Mécanique … Effet Hall quantique Effet Josephson Capacité calculable de Thompson-Lampard Effet tunnel Mono-électronique Balance du Watt Ω V F I W 3

Métrologie électrique : le farad Mise en œuvre de l’étalon calculable de capacité électrique Thomson-Lampard  Permet de déterminer une variation de capacité à partir d’une mesure de longueur Détermination de constantes fondamentales parmi lesquelles la constante de von Klitzing RK (objectif : incertitude de 1.10-8) 4

Pont de comparaison d’impédances L’équilibre de ce pont est établie quand VD = 0 V Autotransformateur étalon Cas théorique : Cas pratique : Inj G VD Écart entre la valeurs théorique et la valeur réelles du rapport Capacités inter-enroulements, Courants de de fuites, flux magnétique de fuite … = quelques millionième jusqu’à 2kHz connu à quelques 10-9 D : détecteur G : source de tension alternative Zx : impédance inconnue Zc : impédance connue / étalon

Équilibrage du pont Système d’injection : Diviseurs inductifs Boîtier d’injection Transformateur d’injection (1/100) Cx CE V2 V1 Vinj U Système d’injection Câble constituant le secondaire du transformateur d’injection Écart entre et = ± 1.10-4 au maximum max = 1.10-4 ± 1.10-9 Erreur relative introduite par le système d’injection max = 1.10-4.(1±10-5)

Objectif de cette session professionnelle Fabrication d’un transformateur d’injection Répondre à un besoin du laboratoire But didactique Fabrication d’un autotransformateur étalon Amélioration des ponts de comparaisons d’impédances actuels

Transformateur d’injection Rapport 1/100 avec une erreur relative de l’ordre de quelques 10-5 Transformateur double étage Tores magnétiques adaptés Bobinage peu sensible au champ magnétique environnant écrans électrostatique

Transformateur d’injection réalisé Assemblage du bobinage, Réalisation Moulage des 4 guides fils Transformateur d’injection réalisé Assemblage du bobinage, écran, secondaire ….

Dispositif d’injection Tests & résultats Comparaison D Dispositif d’injection U k1.U k1.k2.U k4.k3.U k3.U TM2E1 Bloc 1 Bloc 2 (V) (V)

Autotransformateur étalon Autotransformateur avec étage métrologique Plusieurs rapport de transformation possible (1:1, 1:10, 8:3 …) Incertitude sur l’erreur du rapport de tension de l’ordre de quelques 10-9

Choix des bobinages 2 bobinages différents : Magnétisant Métrologique le bobinage est divisé en 4 sections afin de pouvoir être alimenté sur 200, 220 et 240 spires Nappe de 12 fils effectuant 20 spires Spire de retour Ayrton-Perry Encore moins sensibles au champ magnétique environnant

Stabilité mécanique du bobinage Guide de fils Spires régulièrement réparties Positions des fils garanties Tiges guides Position garantie sur les faces latérales

Écran électrostatique Diminution du couplage capacitif entre les deux enroulements Écran Rigide en Cuivre

Réalisation des pièces

Conclusion & développement Difficultés rencontrées : Bobinage, soudure Compétences acquises : Techniques o   CAO : entière gestion de la réalisation de la CAO du transformateur o   Transformateurs : Réalisation de différents types de bobinages, de matériaux magnétiques… Documentaire Utilisation pertinente des ressources du LNE Métrologique Soin apporté au travail, travail d’auto-vérification, tirer leçons de ses erreurs Relationnelle Interaction avec l’atelier → simplification de pièces et diminution du coût et des délais

Bilan Travail préliminaire à la réalisation d’un transformateur Apprentissage du fonctionnement des ponts Conception du transformateur d’injection (CAO + matériaux) Réalisation d’un moule pour le guidage des fils du bobinage des enroulements du transformateur Assemblage Tests Étalonnage Mise en place de celui-ci dans un pont de comparaison de l’autotransformateur étalon 1er période professionnelle 2ème période professionnelle 3ème période professionnelle  Réalisation et test du transformateur d’injection Conception de l’autotransformateur étalon et réalisation des pièces mécaniques

Merci de votre attention