Précision des capteurs de courant et origine des erreurs de mesures
- sensilec
- il y a 1 jour
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La précision d’un capteur fait référence à sa capacité à fournir des mesures proches de la valeur réelle de la grandeur qu’il mesure.
Les spécifications des différents capteurs de courant incluent généralement plusieurs notions relative à la précision tel que : linéarité, décalage, hystérésis, stabilité en température, dérive de long terme, influence de la charge, influence du signal de mesure, influence de la tension d'alimentation, offset magnétique.......
Ces valeurs définissent l'écart maximal entre la sortie du capteur et la valeur idéale.
La précision est habituellement exprimée en pourcentage de la valeur mesurée ou en pourcentage de la plage de mesure.
Lorsque la précision est exprimée en pourcentage de la mesure, l'erreur tolérée diminue à mesure que le niveau d'entrée diminue. Pour une précision exprimée en pourcentage de la plage, l'erreur tolérée est constante, quel que soit le niveau d'entrée.
En fonction du type et de la technologie du capteur, on retrouve une combinaison des différentes grandeurs d'influence qui agissent sur la précision globale du capteur.
Pour les capteurs passifs comme les shunts et les transformateurs de courant, l'erreur est souvent exprimée en pourcentage du courant mesuré, celle-ci étant presque uniquement proportionnelle à la mesure. (pas d'offset et peu de dérive thermique)
Ces capteurs ont une excellente linéarité, l'erreur se résume principalement à une erreur de pente autour de la valeur théorique avec une très bonne répétabilité.
Ci-dessous la représentation de la courbe d'erreur en fonction de la mesure.
Pour les capteurs actifs comme les capteurs à effet hall ou les transformateurs de courant incorporant une électronique de conditionnement, l'erreur est exprimée, soit en pourcentage de l'échelle de mesure (plage d'erreur constante sur toute la gamme de mesure) soit avec une combinaison d'erreur de décalage (offset) et d'erreur de pente (gain) pour compenser une erreur supplémentaire à faible niveau de signal.
Ces erreurs proviennent des incertitudes de calibration ainsi que de la stabilité et la répétabilité du capteur.
Ci-dessous les représentations de la courbe d'erreur en fonction de la mesure.
La précision d’un capteur indique à quel point les mesures fournies sont proches de la valeur correcte ou vraie.
Elle inclut souvent plusieurs aspects, comme :
Exactitude (accuracy) : différence entre la valeur mesurée et la valeur réelle.
Fidélité (repeatability) : capacité du capteur à donner la même valeur lorsqu’on mesure plusieurs fois la même chose.
Résolution : plus petite variation que le capteur peut détecter.
Généralement, la précision est donnée pour les conditions nominales de fonctionnement du capteur et n'inclut pas les grandeurs d'influence indirectes comme la température, la variation de la tension d'alimentation ou de la charge.
Définition des termes présent dans les fiches techniques
Paramètre | Description |
Exactitude | Proximité de la valeur mesurée à la vraie valeur |
Fidélité (répétabilité) | Capacité à répéter la même mesure dans les mêmes conditions |
Résolution | Plus petite variation détectable |
Linéarité | Proportionnalité de la réponse (rectitude) |
Hystérésis | Différence de mesure entre montée et descente du signal |
Dérive | Changement de la mesure dans le temps, (dérive de long terme exprimée en ppm/an) ou influence de la température ambiante (dérive thermique exprimée en ppm/°C) |
Sensibilité | Réaction à de petites variations |
Reproductibilité | Cohérence des résultats dans différents contextes |
Cas particulier du décalage magnétique et son influence sur la précision
Le décalage magnétique dans les transducteurs à effet Hall est un décalage de mesure causé par le flux résiduel du noyau magnétique du transducteur. Sa valeur dépend de la magnétisation précédente du noyau et atteint son maximum après que la bobine ait été magnétisée jusqu'à saturation complète ou au-delà. On peut le caractériser comme l'hystérésis de la réponse du transducteur. Un courant d'entrée donné produira des valeurs de sortie différentes selon que le courant d'entrée était supérieur ou inférieur quelques instants avant la mesure.
Une erreur de linéarité peut être provoquée par la saturation du noyau magnétique,
Pour éviter les erreurs de linéarité dues à la saturation du noyau,
il faut choisir un type de transducteur dont le noyau magnétique n'atteindra pas les niveaux de saturation dans la plage de courant souhaitée pour l'application spécifiée.
Le transducteur fonctionnera alors dans la partie « linéaire » de la courbe de réponse.
Le décalage magnétique étant traité comme une caractéristique d'erreur distincte,
son impact n'est généralement pas pris en compte lorsqu'on parle d'erreur de linéarité.
Bien que peu pratique dans de nombreuses applications, les décalages magnétiques peuvent être supprimés ou minimisés en effectuant un cycle de démagnétisation pour démagnétiser la bobine du transducteur.
Comment sélectionner la plage d'entrée d'un Capteur pour préserver la précision
La précision d'un transducteur étant exprimée en pourcentage de la plage de sortie, le concepteur doit s'efforcer de couvrir la plus grande partie possible de cette plage afin de préserver la précision. Un défaut fréquent consiste à surdimensionner un transducteur de courant pour des raisons de sécurité ou pour anticiper de futures augmentations de charge. L'installation de transformateurs de courant d'une capacité deux fois supérieure à celle du courant transforme un transducteur de classe 0,5 en transducteur de classe 1.
Il est important de noter que les transducteurs doivent pouvoir fonctionner à 120 % de leur utilisation nominale, ce qui évite les petites surcharges. Il est beaucoup plus probable qu'une mesure hors plage affecte négativement une partie du système de mesure, comme un enregistreur de données ou un automate programmable, et ces derniers doivent être choisis en conséquence.
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