111/09/2009 Présentation du dossier d’alternance 1

Intro

1

Laboratoire nationalde métrologie et d’essais

211/09/2009 Présentation du dossier d’alternance 2

Plan

Le LNE

Contexte

Réalisation d’un transformateur d’injection

Conception d’un autotransformateur étalon

Conclusion

311/09/2009 Présentation du dossier d’alternance 3

Le LNE

LNE

Métrologie scientifiqueet industrielle

Essais Certification, formation

Électricité

…Expertise, conseil

Métrologie avancée Thermique MécaniqueChimie …

Effet Hall quantique

Effet JosephsonCapacité calculable

de Thompson-LampardEffet tunnel

Mono-électroniqueBalance du

Watt

Ω V F I W

411/09/2009 Présentation du dossier d’alternance 4

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 lesquellesla constante de von Klitzing RK (objectif : incertitude de 1.10-8)

511/09/2009 Présentation du dossier d’alternance

Pont de comparaison d’impédances

2

1

2

1

n

n

Z

Z

V

V

c

x

D : détecteurG : source de tension alternativeZx : impédance inconnueZc : impédance connue / étalon

VD

G

L’équilibre de ce pont est établie quand VD = 0 V

Cas théorique : Autotransformateur étalon

Cas pratique :

c

x

Z

Z

V

V

2

1 1

Capacités inter-enroulements,Courants de de fuites, flux magnétique de fuite … = quelques millionième jusqu’à 2kHzconnu à quelques 10-9

2

1

n

n 1

Écart entre la valeurs théorique et la valeur réelles du rapport

c

x

Z

Z

Inj

611/09/2009 Présentation du dossier d’alternance

Équilibrage du pont

Système d’injection :Diviseurs inductifs

Boîtier d’injection

Transformateur d’injection (1/100)

Cx

CE

V2

V1

Vinj U

Système d’injectionCâble constituant le secondaire du transformateur d’injection

max = 1.10-4.(1±10-5)Erreur relative introduite

par le système d’injection

max = 1.10-4 ± 1.10-9

Écart entre et = ± 1.10-4 au maximumnominale

X

E

C

C

réelle

X

E

C

C

711/09/2009 Présentation du dossier d’alternance

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

811/09/2009 Présentation du dossier d’alternance

Transformateur d’injection

Rapport 1/100 avec une erreur relative de l’ordre de quelques 10-5

Transformateur double étage

Bobinage peu sensible au champ magnétique environnant

écrans électrostatique

Tores magnétiques adaptés

911/09/2009 Présentation du dossier d’alternance

Réalisation

Moulage des 4 guides fils

Assemblage du bobinage, écran, secondaire ….

Transformateur d’injection réalisé

10

11/09/2009 Présentation du dossier d’alternance

Tests & résultats

Comparaison

DDispositif d’injection

U

k1.U k1.k2.U k4.k3.Uk3.U

U

TM2E1

Bloc 1 Bloc 2

(V) (V)

11

11/09/2009 Présentation du dossier d’alternance

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

12

11/09/2009 Présentation du dossier d’alternance

Choix des bobinages

2 bobinages différents :

Ayrton-PerrySpire de retour

Magnétisant Métrologiquele bobinage est divisé en 4 sections afin de pouvoir être alimenté sur 200, 220

et 240 spires

Nappe de 12 fils effectuant 20 spires

-U

0

+U

+8U

+9U

+10U+11.U

+10.U

+9.U

Encore moins sensiblesau champ magnétique

environnant

13

11/09/2009 Présentation du dossier d’alternance

Stabilité mécanique du bobinage

Guide de fils

Spires régulièrement réparties

Positions des fils garanties

Tiges guides

Position garantie sur les

faces latérales

14

11/09/2009 Présentation du dossier d’alternance

Écran électrostatique Diminution du couplage capacitif entre les deux

enroulements

Écran Rigide en Cuivre

15

11/09/2009 Présentation du dossier d’alternance

Réalisation des pièces

16

11/09/2009 Présentation du dossier d’alternance

Conclusion & développement

Difficultés rencontrées : Bobinage, soudure Compétences acquises :

Techniqueso   CAO : entière gestion de la réalisation de la CAO du transformateuro   Transformateurs : Réalisation de différents types de bobinages, de matériaux magnétiques…

Documentaire Utilisation pertinente des ressources du LNE

MétrologiqueSoin apporté au travail, travail d’auto-vérification, tirer leçons de ses erreurs

RelationnelleInteraction avec l’atelier → simplification de pièces et diminution du coût et des délais

17

11/09/2009 Présentation du dossier d’alternance

Bilan

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

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

AssemblageTestsÉtalonnageMise en place de celui-ci dans un pont de comparaison

de l’autotransformateur étalon

18

11/09/2009 Présentation du dossier d’alternance

Merci de votre attention