Mesure d'un microcourant - Problème de bruit

[Gabzy8]

Bonjour,

Je vais tenter d'être clair dans l'exposé de mon problème.
Voila, j'ai un petit soucis pour mesurer un micro courant sur un montage suivant:

Une charge est reliée par ses 2 bornes à une alimentation stabilisée 30V réglable. Cette charge génère un micro courant sous l'effet, entres autres, de la tension appliquée.
Donc pour mesurer ce microcourant, j'ai placé sur le circuit une résistance (2,2 kOhms) et en parallèle de celle-ci, une carte NI qui mesure la tension sur une gamme de+/- 78 mV avec une résolution de 24 bit (normalement utilisée pour mesurer des tensions issues de thermocouples). Je peux donc mesurer des micro courant allant de -35 à + 35 µA.

Lorsque mon signal à mesurer est de l'ordre d'une dizaine de µA, mon système fonctionne, mais un problème de bruit apparaît quand je dois mesurer des courant de l'ordre du micro-ampère.

J'ai en effet un bruit parasite de 25 Hz, à peu près sinusoïdal, d'amplitude crête à crête pouvant justement approcher le µA.

Tous mes câbles sont blindés avec leurs blindages reliés à la masse. Je me suis alors aperçu que le bruit est généré par mon alimentation: si je banche uniquement mon câble sur la borne positive de mon alimentation, un bruit de 25 Hz apparait mais d'amplitude ~15nA donc négligeable, de même si je branche uniquement le blindage de ce câble à la masse référencée de l'alimentation.

C'est lorsque je branche le câble sur la borne négative qu'un bruit d'amplitude variable (sur un temps assez long) de 100nA à presque 1µA apparait. De fréquence 25Hz. Et c'est lui qui m'embête.

Le problème vient donc a priori de l’alimentation, mais est ce quelqu'un aurait-il une idée du pourquoi, et de ce qui faudrait faire pour éviter ce bruit (si changer d'alimentation, quelle est le paramètre à regarder dans ce but de réduction de bruit?)

Première précision : le bruit est identique, que l'alimentation soit éteinte ou allumée, branchée ou non...

Deuxième précision : l'alimentation stabilisée peut générer une tension mais aussi un courant (que je maintiens à 0, mais est ce que "des fuites" peuvent venir de la?)

Troisième précision : Mes câbles blindés sont longs (~5m de câbles en tout, de section 0.51 mm)

Je remercie tous ceux qui auront eu le courage de lire ce pâté indigeste et encore plus de me répondre

Pour information, je suis en thèse mais dans un tout autre domaine que l'électronique-électricité, d'où des connaissance très basiques dans ces domaines.

Cordialement,

Gabriel
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[PIXEL]

bonsoir , la réponse sera une réponse de jésuite, donc une question , mais beaucoup plus courte :

la mesure est elle DIFFÉRENTIELLE ?

structure incontournable dés qu'on manipule des signaux faibles.

[Gabzy8]

Oui en effet la mesure est différentielle

[PIXEL]

un shéma serait utile...

toutefois , 5 m entre prise de mesure et traitement , c'est chercher les emm.... à ce niveau de tension.

n'importe quel pollueur EM en profitera.

[A voir en vidéo sur Futura]

[xberger]

Deuxième précision : l'alimentation stabilisée peut générer une tension mais aussi un courant (que je maintiens à 0, mais est ce que "des fuites" peuvent venir de la?)

Bonjour,

Sur l'alimentation le courant que tu règles est surement la limitation en courant de l'alimentation. Donc non il ne faut pas la mettre à zéro car sinon ton alimentation de tension risque que fonctionner en régulation de courant. Même si les courant généré sont très faible.

Cordialement

Xavier

[bobflux]

> ce qui faudrait faire pour éviter ce bruit

La solution la plus sûre est de placer un ampli différentiel directement sur la résistance (un ampli d'instrumentation conviendra) qui convertira ta tension "voltage faible à haute impédance" en tension "voltage respectable à basse impédance", qui voyagera sans problème dans le câble.

Ou simplement réduire la longueur du câble.

Sinon, il faut un schéma de ton expérience...

[xberger]

Dans ce genre de problème, il faut déjà identifier si ton bruit (ou parasite) est en mode commun ou différentiel.
Connectes les fils ensembles du coté de ta résistance de mesure pour voir si le bruit disparait.

Il faut aussi faire attention à la masse. Bien comprendre si la terre et la masse sont reliée ensemble à travers la carte d’acquisition et/ou l'alimentation.

Xavier

[gienas]

Bonsoir Gabzy8 et tout le groupe

Bienvenue sur le forum.

Je bute un peu sur un détail que je ne m'explique pas.

... J'ai en effet un bruit parasite de 25 Hz, à peu près sinusoïdal ...

Es-tu bien sûr de ne pas te tromper d'un facteur 2? As-tu une explication pour un parasiteur à cette fréquence? Dans quel environnement te trouves-tu?

[xberger]

Es-tu bien sûr de ne pas te tromper d'un facteur 2? As-tu une explication pour un parasiteur à cette fréquence? Dans quel environnement te trouves-tu?

Bonjour,

C'est vrai. Pour tuer le mal, il faut l'identifier.
Tu en es sur c'est pas du 50Hz ?

Cordialement

Xavier

[Gabzy8]

Tout d'abord merci pour vos réponses:

Vous trouverez un schéma du montage en pièce jointe. Quelques informations supplémentaires sur celui-ci: l'interrupteur représente physiquement deux électrodes placées dans une flamme. Le microcourant que l'on récupère provient d'électrons créés par les réactions chimiques de combustion et captés par l’électrode polarisée positivement. Lorsqu'il n'y a pas de flamme, on a donc un interrupteur ouvert. Le bruit mesuré est identique que l'on soit en présence de flamme ou non.

Je vous joins aussi le circuit de la carte d'acquisition, je branche TC+ et TC- aux bornes de la résistance.

C'est assez compliqué de réduire ma longueur de câble, mais s'il n'y a que cela à fairel...

@ Giena : Alors oui, je me suis trompé, c'est un bruit de 50Hz (ma fréquence d'échantillonnage était trop faible), qu'est ce que cela signifie? (que ma perturbation peut venir de n'importe quel outil alimenté sur secteur?

@ xberger : La masse de mon alimentation est bien reliée à la terre.
Quand vous dites: "Connectes les fils ensembles du coté de ta résistance de mesure pour voir si le bruit disparait". Vous parlez des fils reliés à la carte d'acquisition que je connecte d'un coté ou de l'autre de la résistance? J'ai fait cela et mon bruit disparaît, celui-ci est donc en mode différentiel, c'est ça? Je ne vois pas trop l'incidence sur la suite...
J'ai changé ma valeur de courant, pas d'impact.

@bobfuck : La carte d'acquisition (qui contient un ampli différentiel) est directement reliée à ma résistance de mesure (enfin 2 câbles blindés d'environ 30 cm).

Vu que je récupère du bruit lorsque je me connecte à l'alimentation, je vais voir s'il en existe pas des "bas bruits" à tout hasard.

schéma montage.png

circuit carte NI.png

[bobflux]

> La carte d'acquisition (qui contient un ampli différentiel) est directement reliée à ma résistance de mesure (enfin 2 câbles blindés d'environ 30 cm).

Il ne font pas 5 m ?

Mets une photo, et un plan de câblage incluant les masses (ton schéma ne donne pas assez d'info).

Ce que tu appelles carte d'acquisition, c'est quoi et c'est installé où ? c'est l'ampli différentiel ou bien l'ADC qui vient après ?

Ta carte d'acquisition a quoi comme connecteur en entrée ?

Pour que ta mesure différentielle annule les interférences, il faut que les 2 fils ramassent les mêmes interférences. Normalement, pour du différentiel, on utilise un câble blindé avec une paire torsadée dedans. Un câble de micro professionnel convient, ce genre-là :

http://www.electronique-diffusion.fr...ducts_id=83593

Si t'en as pas sous la main, tu peux mendier un bout de twinax, de câble réseau STP (blindé), un câble SATA, USB, n'importe quoi de torsadé et blindé. Un câble USB dont tu coupes les connecteurs, ce serait pas mal.

> Quand vous dites: "Connectes les fils ensembles du coté de ta résistance de mesure pour voir si le bruit disparait".
> Vous parlez des fils reliés à la carte d'acquisition que je connecte d'un coté ou de l'autre de la résistance

La carte d'acquisition, elle est à 5m ou à 30cm de la mesure ?

[Gabzy8]

Alors il y a 5m de câble en tout mais à peine 30 cm, de ma résistance à ma carte d'acquisition.

La carte d'acquisition NI 9213 regroupe l'ampli et l'ADC (cf. schéma précédent post), elle a 16 paires de connecteurs à attaches rapides (pour 16 mesures différentielles)

Les photos avec explications (bon je reconnais que c'est un peu le bazar):

photo du montage niveau résistance.png

photo du montage niveau alimentation.png

schéma montage actualisé.png

Merci pour l'idée des câbles torsadés blindés, je vais en commander.

[F1EIE]

Bonjour,

Des µa et des na ok mais quelle est l'impédance de l'alimentation ???
ca doit-être pointu et être largement inférieur à l'ohm en tant que Z

Amusez vous bien quand aux connexions alors là il y aurait beaucoup à dire c'est pas avec des fiches bananes, soudez ou brasez .


F1EIE . Un Vieux .

[Tropique]

En fait, tu n'as pas réellement besoin de travailler avec une paire sous blindage: il suffit d'un blindé ou un coax simple, avec la tresse connectée sur l'entrée - et la terre. Avec ton entrée différentielle, il n'y a aucun risque de créer des boucles parasites.
Bon, ça ne changera rien à ton problème, mais c'est inutile de se compliquer la vie pour rien.

Il faudrait savoir de quelle bande tu as besoin: si tu te contentes de 1Hz p.ex, tu pourrais déjà bien filtrer et faciliter les choses.

Sinon, il faut s'attaquer à la cause du problème: ce qui ramasse, c'est l'électrode et la connection qui y mène, entourés en rouge:


Tout cela doit être aussi court et bien blindé que possible. L'électrode ne peut pas l'être évidemment, mais à part elle, tout doit être faradisé.
Ensuite, il faut que dans l'environnement de cette électrode il n'y ait pas de source de pollution 50Hz: tout ce qui est conducteur à proximité doit être réuni à la terre/masse de la carte; il ne faut surtout pas de câble secteur ou transfo ou autre à proximité.
Si nécéssaire, ajouter des capots en tôle pour confiner les sources de pollution inamovibles.

[Gabzy8]

Merci pour ces conseils:

@Tropiques: Le petit problème avec un filtre, c'est que je dois mesurer des phénomènes transitoire de l'ordre de la dizaine de Hz, donc pour avoir une certaine précision, une centaine de Hz en fréquence d’échantillonnage est nécessaire.

@F1EIE: ok pour le soudage, je vais y penser
Je n'ai plus la documentation de cette (vieille) alimentation, avez une technique pour mesurer l'impédance d'une alimentation?

J'ai lu sinon qu'une technique est d'utiliser une alimentation suivi d'un convertisseur CC-CC pour avoir une tension très stable, est ce que quelqu'un en sait plus?

[Tropique]

Dans ce cas ci, l'alim n'est pas du tout critique, et se soucier de son impédance est une perte de de temps.

Ajouter encore un convertisseur dans l'histoire est non seulement superflu mais nuisible: cela fera une source de problèmes et de bruits supplémentaire.
Vu le contexte, je recommanderais au contraire de s'en passer totalement: les 30V ne servent que de tension de polarisation et le débit est négligeable, ce qui permet l'utilisation de piles.
Trois piles alcalines de 9V neuves totaliseront une tension très proche de 30V, et seront aussi stables qu'une bonne alim, avec le gros avantage d'être totalement flottant et de ne générer aucun parasite, qu'il soit HF ou BF.

[Gabzy8]

Super, je teste ça dès que possible et je vous tiens au courant.

[Gabzy8]

Merci Topique!

Avec les piles, plus de problème de bruit, et je n'ai pas changé mes longueurs de câbles.
Donc cela vient juste du fait que les piles sont flottantes? les bruits parasites étaient juste des bruits issus de la terre?

Par contre maintenant, il va falloir que je contrôle toujours la tension aux bornes des piles, mais c'est un moindre mal.

Merci aussi à tous ceux qui ont proposé des réponses à mon problème, ça m'a beaucoup aidé.

[bobflux]

Avec les piles, plus de problème de bruit, et je n'ai pas changé mes longueurs de câbles.
Donc cela vient juste du fait que les piles sont flottantes? les bruits parasites étaient juste des bruits issus de la terre?

Oui, soit une boucle de masse, soit l'alim qui a une ondulation résiduelle en 50 Hz (elles en ont toutes, moins tu en veux plus c'est cher)...

[Tropique]

Merci Topique!

Avec les piles, plus de problème de bruit, et je n'ai pas changé mes longueurs de câbles.
Donc cela vient juste du fait que les piles sont flottantes? les bruits parasites étaient juste des bruits issus de la terre?

Par contre maintenant, il va falloir que je contrôle toujours la tension aux bornes des piles, mais c'est un moindre mal.

Merci aussi à tous ceux qui ont proposé des réponses à mon problème, ça m'a beaucoup aidé.

Tu peux essayer, en gardant les piles, de te rapprocher de la configuration initiale: tu remets l'alim secteur physiquement au même endroit, reliée au secteur mais complètement déconnectée de ton expérience.
Ensuite, même chose, mais tu connectes juste les masses en plus du secteur, etc jusqu'à ce que tu trouves le facteur déterminant.

Pour les piles, si tu les as prises neuves et que les variations de température ne sont pas trop importantes, tu ne dois pas trop te soucier de leur tension, avec le débit que tu leur demandes, elles resteront stables pendant des semaines.