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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
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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
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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
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11/09/2009 Présentation du dossier d’alternance
Écran électrostatique Diminution du couplage capacitif entre les deux
enroulements
Écran Rigide en Cuivre
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11/09/2009 Présentation du dossier d’alternance
Réalisation des pièces
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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
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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
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11/09/2009 Présentation du dossier d’alternance
Merci de votre attention