Planete Sciences

Bonjour,

Je souhaite réaliser un énergimètre piloté par un µc (genre PIC16F690 p.ex.) et je bute sur la compréhension de la mesure de courant (plus justement tension) à faire avec le µc.

Idéalement, l'étendue de mesure du montage est de 0 à 3000W sous 230VAC 50Hz.

Bien que des senseurs de courant tels que ceux de chez ALLEGRO existent, je voudrais faire avec des composants "plus simple".

Par conséquent, j'ai (entre autres) démonté un wattmètre et j'y ai trouvé ...une résistance de précision ("shunt") suivie d'un chip ADE7757. Dans la fiche technique de ce chip, je vois que la mesure se fait par un ADC Σ-Δ, aïe.

Je me suis donc jeté dans les Tips n' Tricks de Microchip, Tip #14 mais je ne comprends pas "à quoi ça sert", la mesure Delta-Sigma

Prenons les choses les unes après les autres, dans l'ordre.

Pour commencer, qu'est-ce qu'un comparateur Σ-Δ (Delta-Sigma) exactement?

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Roger

Avant de piger comment ça fonctionne, il y a un point sur lequel je veux attirer ton attention. Ce genre de Wattmètre est en classe II, c'est a dire que l'utilisateur n'a, en aucun cas, accès à une liaison avec les résultats (sinon en visuel !)

• Pas de liaison USB
• Pas de carte SD
• Pas de RS232
• Pas de partie métallique

Donc la mesure du courant et de la tension peuvent se faire par une liaison directe au 230V (shunt et diviseur). Par contre, si tu envisages de faire mieux (data logging sur un disque USB , par exemple), il est indispensable de prévoir une isolation galvanique dans la chaine .

Merci DAUDET,

Je suis conscient de ce problème et ai prévu une liaison radio grâce à ce genre de modules

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Roger

Un convertisseur Sigma-Delta est un type de convertisseur analogique-numérique. Delta-Sigma (ou Sigma-Delta) fait simplement référence à la technique de conversion qui est utilisée en interne. C'est un type assez classique de convertisseurs quand on recherche une grande résolution et que l'on peut se contenter d'une fréquence de conversion relativement faible (par rapport à d'autres technologies d'ADC) : typiquement 16 à 24bits, et une fréquence de mesure de quelques kHz.

Pour ce qui est de l'appnote de Microchip, elle décrit comment faire un convertisseur sigma-delta à la main, avec quelques composants discrets. Le mieux pour toi serait plutôt d'utiliser un ADC sous forme de circuit intégré, ou bien d'utiliser ceux du microcontrôleur (si tu estimes qu'ils sont assez précis pour tes mesures).

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Alors, côté pratique, comment cela se passe-t-il?

Dans mes tiroirs, j'ai une résistance de précision "Rm" de 1Ω 1W.

Placée en série avec la charge "c", la place de mesures que j'y ferai s'étend de 0,004V à 13V.
(2990W=230V*13A)

Comment dois-je faire la mesure (réaliser la connexion) entre Rm et le µc et comment traiter le signal alternatif?

Il me semble qu'il est un peu trop faible pour être redressé, non?

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Roger

Euh... 1Ω pour un shunt, c'est beaucoup trop. D'ailleurs, tes calculs le montrent bien : sous 3kW, le shunt constituera une chute de 13V, et dissipera 169W (alors qu'il s'agit d'une résistance 1W...). En plus, la chute de 13V fera que la tension disponible pour l'appareil alimenté ne sera plus que de 217V au lieu de 230V, donc on ne peut plus vraiment dire qu'il s'agit d'un appareil de "mesure" de consommation puisque son influence sur le circuit mesuré n'est pas négligeable.

Je te conseille donc de prendre un shunt de 0.1Ω (tout au plus) et capable de dissiper 3W (toujours surdimensionner).

La tension à mesurer serait alors comprise entre 0.4mV et 1.3V.
- Si tu veux pouvoir faire des mesures de consommation par pas de 1mA, alors il faudra que ton ADC ait une sensibilité de 0.1mV.
- Pour mesurer jusqu'à 13A soit 1.3V, alors il faudra que ton ADC ait une résolution d'au moins ceil(log2(1.3/0.0001)) soit 14 bits, 15 bits pour avoir les deux polarités, un ADC de 16 bits conviendra donc (pas de redressement, juste un "recentrage" à Vcc/2 avec un ampli monté en additionneur).

Par contre, j'attire ton attention sur le fait que le courant que tu vas mesurer sera déphasé du sinus de 50-60Hz de la tension secteur : ce déphasage est dû au fait que la charge alimentée n'est pas 100% résistive, et il faudra en tenir compte dans tes calculs de puissance (c'est aussi pour ça que tu as besoin de faire la mesure de tension en même temps).

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J'aurais dû m'en rendre compte tout de suite

Heureusement, j'ai aussi une RM de 0,1Ω dans un autre tiroir....

Je comprends mieux pourquoi le CI ADE7757 possède deux comparateurs (U "réseau" et U Rm)

Je ne comprends pas cela.

Comment dois-réaliser "physiquement" le montage? Y-aurait-il un schéma sur lequel je puisse me baser?

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Roger

Ce n'est qu'une proposition, en fait tout dépend de comment tu comptes câbler et alimenter le tout. La chose à laquelle il faut faire attention est notamment la tension sur les entrées de l'ADC : tu comptes mesurer un signal alternatif, il faut que cette sinusoïde arrivant aux bornes de l'ADC reste entre le GND et le +Vref de l'ADC, faute de quoi il saturera (et grillera, potentiellement). Dans le cas où ta méthode de câblage fait que le signal mesuré est une sinusoüde centrée en GND, il est utile de la recentrer en Vref/2. Pour cela, tu peux utiliser un AOP monté en additionneur

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Ben... c'est bien ça, ma question

Dans le meilleur des mondes, quel serait le câblage parfait?

Et pour comparer, quel serait le câblage "simple et acceptable" si l'on ne veut pas d'un énergimètre de laboratoire mais tout-de-même suffisant pour mesurer le fonctionnement d'une TV ou d'un réfrigérateur pendant 1 mois par exemple?

Au sujet de la mesure de la tension du réseau en plus de celle du "courant", réflexion faite, je me demande si elle est vraiment nécessaire. À ma connaissance, le cos φ est utile pour le distributeur d'énergie (par exemple pour le dimensionnement des lignes et des installations de distribution du réseau) mais il ne change rien à la puissance intrinsèque du récepteur. Suis-je dans l'erreur?

PS1: merci pour le lien sur ce site que je ne connaissais pas encore
PS2: pourquoi y a-t-il d'énormes (ça va du simple au décuple, voire plus) différences de prix des chips A/D?

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Roger

L'autre solution si tu n'a besoin que du courant positif et de positionné une diode en contre réaction sur ton shunt. Pb, lors de l'alternance négative c'est elle qui prend les 13A (! dimensionnement).

Tout est une question de compromis.
Solution 1: Moins de dissipation, moins de précision
Solution 2: Plus de précision, composant plus gros (et encore).

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Président de l'association de robotique I-Grebot de Grenoble
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...et que se passe-t-il lorsque la tension de ma résistance de mesure est en-dessous de 0,6V (voire 0,2V avec une diode au germanium)?

Serais-je le premier à réaliser ce genre de montage qu'il soit apparemment si difficile de trouver un schéma? Ça m'étonnerai beaucoup d'être un précurseur

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Roger

C'est quoi cette histoire de diode ?????
Tu rentres la tension (image de ton courant) et la tension secteur dans les entrées analogiques du ADC. Evidemment avec un changement d'échelle et un décalage du niveau zéro pour rentrer dans la plage d'entrée du ADC.

Si tu fais un redressement avant numérisation tu perds toute notion de puissance ! Autant acheter un truc à 30€ qui te donnera un meilleur résultat .....

...je me pose la même question. Ça m'a l'air bien trop simpliste.

Plus sérieusement, comment vais-je mesurer la tension peak-to-peak "mise à l'échelle"? Comment fixer l'instant "i" pile-poil où mon ADC fera sa mesure? Comment est-ce que je décale le 0V?

Je vais me remettre aux LEGOs; ça me prend moins la tête

DAUDET, as-tu vu ma remarque au sujet de l'utilité la mesure de la tension du réseau/secteur?

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Roger

Oui, tu es en train de te noyer .... Il y a un bras qui dépasse encore !

Avant de faire un wattmètre, apprend quelques notions sur les puissances .....
[list=][*]La tension secteur peut varier de -20% à +10% ... je te laisse calculer l'erreur sur le calcul d'une puissance d'un grille-pain estimé à partir du courant mesuré
[*]La tension du secteur n'est plus trop sinusoïdale depuis que les lampe ECO ne bouffe que sur la crête de la sinusoïde
[*]Ta conception de l'utilisation du cos φ est un peu simpliste ! Avec un tube fluo, mesure le courant, la tension et ce qu'enregistre ton compteur d'abonné ....... tu verras que ce n'est pas le produit de V*I*Temps ! Et tu pigeras que le cos φ est important dans le calcul (même si ton compteur ne te facture que l'énergie active consommé)
[*]Beaucoup d'équipements, non équipés de PFC (Power Factor Correction), consomme le courant par pic .... va estimé une puissance en mesurant le courant uniquement ![/list]

Moralité
Si tu veux mesurer une puissance, tu prends 40 (ou plus) échantillons simultanés du courant et de la tension sur une période.
Et avec ça, en passant par une moulinette d'intégration, tu auras la vraie puissance consommée

Et même ceux prétendant en être équipé... même quand la norme l'impose, avec du made in China tu aurais bien des surprises en regardant tout ça à l'oscillo

Pour illustrer, je te laisse avec une lecture assez connue : http://www.x86-secret.com/dossier-36-30 ... oname.html (initialement une enquête du magazine CanardPC)



Le top du top dans cet article, c'est quand même les composants made in China présentant de fausses étiquettes pour être vendus comme des modèles supérieurs.

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