Qu’est-ce qu’une sonde de courant ?
Une sonde de courant est une sonde permettant de mesurer le courant directement sur un oscilloscope.
La forme d’onde du courant est observée en serrant le câble avec la tête où circule le courant à mesurer. Une pince de mesure est un instrument conçu pour mesurer le courant circulant dans un câble sans couper ce dernier.
Le principal avantage est que le courant peut être mesuré pendant que l’éclairage ou l’équipement fonctionne normalement, puisqu’il n’est pas nécessaire de couper le câble à chaque fois qu’une mesure est effectuée. Comme les pinces de mesure, les sondes de courant peuvent également observer les formes d’onde du courant sans débrancher les câbles.
Utilisations des sondes de courant
Les sondes de courant sont utilisées pour observer les formes d’ondes de courant avec les oscilloscopes. Les utilisations comprennent la mesure du courant dans les équipements industriels et électroniques. Les cas spécifiques vont de la mesure des courants dans les onduleurs, des courants de charge dans les moteurs et les alimentations à découpage à l’évaluation des circuits de commande des éclairages à LED.
En fonction de l’ampleur du courant et de l’utilisation, différents modèles sont disponibles, notamment pour les grands courants, les petits courants et les courants à grande vitesse. Il existe également des sondes de courant pour les courants continus et alternatifs, et des sondes de courant uniquement alternatif qui ne peuvent mesurer que les courants alternatifs.
Principe des sondes de courant
Les sondes de courant utilisent le flux magnétique généré lorsque le courant circule dans un câble d’alimentation. Ainsi, contrairement à l’insertion d’un ampèremètre, elles peuvent effectuer des mesures sans déconnecter le circuit testé. La tête de la sonde de courant, la partie qui serre le câble, est constituée d’un matériau magnétique à haute perméabilité, matériau à base de fer tel que le Permalloy, similaire au noyau d’un transformateur, afin de piéger le flux magnétique généré par le câble.
Cependant, la méthode de détection du flux magnétique diffère entre les sondes de courant AC uniquement et les sondes de courant AC/DC à double usage.
1. Sondes de courant alternatif (CA)
Un transformateur est capable de convertir un courant alternatif appliqué au primaire en une tension ou un courant du côté secondaire, en fonction du rapport de transformation. Dans une sonde de courant, un câble transportant un courant alternatif est placé dans l’espace délimité par le noyau, qui agit de la même manière que l’enroulement primaire du transformateur.
Le noyau est également enroulé avec une bobine correspondant à l’enroulement secondaire. La valeur du courant circulant dans le câble peut être déterminée à partir des tensions apparaissant à ses deux extrémités en réponse aux variations du flux magnétique dans le noyau. Cette méthode est principalement utilisée dans les sondes de courant dédiées au courant alternatif.
Cependant, en courant continu, aucune tension n’apparaît dans l’enroulement secondaire car il n’y a pas de variation du flux magnétique. Par conséquent, la méthode ci-dessus utilisant le principe du transformateur ne peut pas être utilisée.
2. Sondes de courant alternatif-direct
Les sondes à double usage alternatif-direct, qui peuvent également mesurer des courants continus, utilisent une tête avec un élément Hall intégré à l’intérieur du noyau. L’élément Hall délivre une tension correspondant à la densité de flux magnétique due à l’effet Hall pour les courants continus et alternatifs. Lorsque cette tension est introduite aux bornes de l’oscilloscope, la valeur du courant est affichée à l’écran.
Informations complémentaires sur la sonde de courant
1. Réglage de la sonde de courant
Lors de l’utilisation de la sonde de courant, il y a deux choses qui doivent être réglées avant d’utiliser la sonde de courant :
Annulation du décalage
Bien que les sondes de courant AC-DC soient faciles à utiliser car elles peuvent mesurer du DC à 120 MHz AC, un décalage DC est inévitable car un élément Hall est utilisé pour la détection du courant. Sa sortie est amplifiée par un amplificateur DC et connectée à la borne d’entrée de l’oscilloscope. Il est donc nécessaire d’annuler ce décalage pour obtenir des mesures précises.
La procédure est la suivante :
- Démagnétiser le noyau à l’extrémité de la sonde pour éliminer tout magnétisme résiduel.
- Utiliser la fonction de réglage de la tension d’offset pour ajuster l’affichage de l’oscilloscope de manière à ce qu’il indique 0 A.
- Après ce réglage, la sonde de courant est fixée au circuit testé. Cependant, la procédure ci-dessus doit être répétée de temps en temps, car le décalage DC fluctue progressivement et la position 0A change sur une longue période de temps au fur et à mesure que la mesure se poursuit.
Réglage de l’obliquité
Lorsque des formes d’onde de courant et de tension sont observées simultanément à l’aide de sondes de courant et de tension, comme la mesure de puissance dans un circuit de puissance, il est nécessaire d’ajuster la phase des formes d’onde des signaux. C’est ce que l’on appelle le réglage du skew car le temps de retard des signaux arrivant au corps de l’oscilloscope diffère pour chaque sonde. Il existe des dispositifs d’ajustement tels que les dispositifs de désalignement pour les mesures de puissance, qui peuvent être utilisés pour ajuster la phase entre les sondes.
2. Ce qui doit être mesuré avec les sondes de courant alternatif
Comme indiqué ci-dessus, les sondes de courant alternatif utilisent le principe du transformateur pour détecter le courant circulant dans le circuit testé. Toutefois, l’on observe que la forme d’onde est faible pour les courants de basse fréquence. En particulier, la forme d’onde des signaux d’impulsion à faible vitesse est déformée en raison de l’affaissement.
Il est donc important de choisir une sonde de courant CA/CC à double usage lors de la mesure de signaux à basse fréquence contenant du courant continu.
3. Réponse en fréquence des sondes de courant
L’ampleur du courant pouvant être traité par une sonde de courant dépend de sa fréquence, le courant mesurable diminuant à mesure que la fréquence augmente. Cela s’explique par le fait que plus la fréquence est élevée, plus la chaleur générée dans le noyau et le transformateur est importante.
Le modèle de sonde à utiliser doit être choisi en fonction de la fréquence du courant à mesurer.
4. Effet de l’impédance d’insertion
La fixation d’une sonde de courant sur le circuit testé implique l’insertion d’une petite impédance dans le circuit testé. L’effet de cette impédance sur le circuit est si faible qu’il peut normalement être ignoré.
Toutefois, si la ligne parcourue par le courant est enroulée plusieurs fois autour du noyau afin de mesurer de faibles courants, l’impédance susmentionnée devient deux fois plus grande que le nombre d’enroulements et est donc plus susceptible d’affecter le circuit testé.