Moniteurs de courant large bande

Commencez par le courant de crête, le produit courant-temps, le temps de montée et l’affaissement ; la sensibilité ne doit être prise en compte qu’une fois ces limites satisfaites. Pour une impulsion rectangulaire, multipliez le courant de crête par la durée de l’impulsion et choisissez un modèle dont la valeur nominale I·t dépasse le résultat tout en restant inférieure à sa valeur de crête admissible ; sur l’ensemble de la gamme, ces limites vont de 0.0004 à 1,200 A·s et de 100 A à 500 kA. Estimez l’erreur sur le plateau en multipliant la durée de l’impulsion par le taux d’affaissement en utilisant des unités de temps cohérentes. Le temps de montée 10–90 % de l’impulsion doit être plus long que le temps de montée utilisable du moniteur, qui va de 1.5 ns à 2 µs selon le modèle. Une fois ces conditions remplies, sélectionnez la sensibilité et l’ouverture qui fournissent une tension de sortie exploitable et conviennent au conducteur isolé.

Pour un courant sinusoïdal continu, la sélection dépend du courant RMS, de la bande de fréquence et du rapport I/f, et non de la seule valeur de crête. Divisez le courant de crête par la fréquence de fonctionnement la plus basse et veillez à ce que le résultat reste inférieur à la limite I/f du modèle choisi, qui s’étend de 0.0025 à 7,500 A crête/Hz sur l’ensemble de la gamme. Le courant RMS attendu doit également rester inférieur à la valeur nominale du modèle, comprise entre 2.5 et 2,500 A. Le fonctionnement doit rester entre les points bas et haut à 3 dB de ce modèle ; la plage globale s’étend de 0.07 Hz à 250 MHz, mais aucun modèle unique ne couvre toute cette étendue. Enfin, vérifiez que la sensibilité choisie produit une tension suffisante pour l’instrument de mesure sans surcharger son entrée.

Utilisez une entrée à haute impédance lorsque la sensibilité nominale en V/A doit être conservée. La plupart des modèles se comportent approximativement comme des sources de tension avec une résistance série de 50 Ω ; l’ajout d’une terminaison de 50 Ω réduit donc de moitié la tension mesurée et la sensibilité effective. Le modèle 2093 fait exception avec une résistance de sortie de 1 Ω. Une terminaison adaptée peut néanmoins améliorer la fidélité du front d’impulsion lorsque le câble coaxial est électriquement long par rapport au signal le plus rapide, généralement au-delà d’environ un dixième de sa longueur d’onde. Le calcul du courant doit donc tenir compte du rapport de terminaison ainsi que de la sensibilité indiquée. Le type de câble, la famille de connecteurs et le mode d’entrée de l’oscilloscope doivent être définis avant d’entrer le facteur d’échelle dans le système d’acquisition.

Les moniteurs ne reproduisent pas le courant continu en régime établi, car leur sortie dépend des variations du flux magnétique. Un train d’impulsions unipolaires répétitives contient une composante continue moyenne ; la forme d’onde affichée peut donc présenter une ligne de base négative même lorsque le courant primaire ne devient jamais négatif. Cette composante moyenne, combinée à l’I·t de l’impulsion, peut pousser le noyau vers la saturation, augmentant l’affaissement et relevant la coupure basse fréquence avant l’effondrement de la forme d’onde. Une polarisation de réinitialisation du noyau peut être utilisée sur les modèles adaptés pour compenser la composante moyenne ou récupérer une excursion de flux utilisable plus importante. La conception doit donc être vérifiée en fonction du rapport cyclique, du courant moyen et de l’I·t, et pas seulement de la valeur de crête de chaque impulsion.

L’utilisation en haute tension exige que le conducteur primaire soit isolé pour toute la différence de potentiel, car le boîtier du moniteur est conducteur et sa peinture ne constitue pas un système d’isolation électrique. Les ouvertures plus grandes, y compris les versions de 3.5 et 10.75 pouces, laissent de la place pour l’isolation et aident à maîtriser les gradients de champ électrique lorsque le conducteur est centré. Certains modèles sont à double blindage, ce qui permet de relier le boîtier extérieur à la terre via la quincaillerie de montage, tandis que le blindage intérieur et le connecteur peuvent être référencés à l’instrument ou à un autre point approprié. La construction étanche permet une installation dans l’huile de transformateur ou sous vide, mais la distance de fuite, la propreté et les matériaux de barrière restent des éléments de la conception du système. Il ne faut jamais tenter l’installation ou le retrait sur un conducteur sous tension.

Le temps de montée utilisable correspond à la transition de courant 10–90 % la plus rapide que le moniteur peut reproduire tout en maintenant le dépassement et les oscillations dans une plage de 10 % de l’amplitude de l’échelon. Le moniteur choisi doit donc avoir un temps de montée spécifié plus court que celui de l’impulsion mesurée ; l’utilisation d’un moniteur plus lent peut arrondir le front ou introduire des oscillations qui masquent le comportement de commutation. Les valeurs disponibles vont de 1.5 ns pour les variantes rapides à 2 µs pour les modèles à courant élevé et bande passante plus faible. L’oscilloscope, le câble, les adaptateurs et toute terminaison doivent également offrir une bande passante suffisante, sans quoi le temps de montée du système sera plus lent que celui du moniteur seul. Pour les mesures critiques en termes de synchronisation, évaluez l’ensemble de la chaîne du signal plutôt que de vous baser uniquement sur le point 3 dB à haute fréquence.

La perturbation du circuit primaire est généralement faible, mais elle n’est pas strictement nulle. Les modèles standard introduisent moins de 20 mΩ de résistance série équivalente, et le couplage magnétique peut légèrement réduire l’inductance de boucle, car les ampères-tours du secondaire s’opposent à une partie du flux primaire. Dans les circuits rapides à faible inductance, cette modification peut devoir être prise en compte dans l’évaluation du montage de mesure. Un bruit en mode commun couplé capacitivement peut également se propager sur le blindage du câble coaxial et apparaître à l’entrée de l’instrument. Une mise à la terre correcte, un modèle à double blindage si nécessaire, ainsi qu’un ou plusieurs noyaux de ferrite autour de spires du câble coaxial peuvent réduire cette erreur.

La polarisation est pertinente lorsqu’un modèle est indiqué comme l’exigeant pour atteindre la valeur nominale complète de courant-temps, ou lorsqu’un courant unidirectionnel répétitif crée une composante moyenne qui pousse le noyau vers la saturation. Une polarisation appropriée réinitialise le point de fonctionnement magnétique, autorise une plus grande excursion de flux et aide le moniteur à conserver les caractéristiques d’affaissement et d’I·t spécifiées. Elle peut être appliquée via un conducteur primaire supplémentaire ou injectée dans le secondaire au moyen d’un adaptateur en T, à condition que la source de polarisation ne charge pas la sortie du signal. Pour une sortie de 50 Ω, une résistance de source de polarisation de 5 kΩ correspond à une variation de sensibilité d’environ 1 %, qui doit être prise en compte dans le budget d’incertitude. La polarisation n’augmente pas la capacité I/f pour un signal purement AC, car ses excursions de flux positives et négatives sont déjà équilibrées.