Un appareil de désaimantation utilisant des photorésistances

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Un appareil de désaimantation utilisant des

photorésistances

L. Brugel, B. Morel, G. Rimet

To cite this version:

35 A.

UN APPAREIL DE

DÉSAIMANTATION

UTILISANT DES

PHOTORÉSISTANCES

Par L.

_BRUGEL,

B. MOREL et G.

_RIMET,

Laboratoire de

_Physique

industrielle de la Faculté des Sciences de Grenoble.

Résumé. 2014 Nous décrivons en détail un _appareil de _{désaimantation,} de _{conception simple} et robuste, utilisant les propriétés des _{photorésistances.} La _{puissance disponible} est de l’ordre de 50 watts. L’installation est utilisable à _{n’importe quelle fréquence.} La loi de décroissance du courant

se _rapproche assez bien de la loi _optimale et le _rapport des courants extrêmes _peut atteindre 106. Abstract. 2014 A detailed

description is given of a _simple and robust apparatus for

demagnetiza-tion, employing photoresistances. The _{available power is about} 50 watts _{and any frequency} can

be used. The time-variation of the current is _quite close to the _optimum, and the ratio of the

extreme values is of the order of 106.

PHYSIQUE APPLIQUÉE TOME _24, MARS _1963, P

1. Le

_problème

de la désaimantation. -

Si

l’horloger,

quelquefois

l’ingénieur,

démagnétisent

une

_pièce

aimantée en

_{l’extrayant}

lentement d’un solénoïde parcouru par le courant alternatif indus-triel à 50

_Hz,

et si leurs besoins sont ainsi satis-faits à l’échelle

_{macroscopique,}

il n’en est _{pas de} même pour le

physicien.

Dans la

_plupart

des études

_{magnétiques qu’il entreprend}

_{pour élucider} ou vérifier le

_comportement

d’une

substance,

il est essentiel de

_partir

d’un état initial

_parfaitement

défini et

_{reproductible.}

Il

_s’agit,

le

_plus

_souvent,

de l’état dit « désaimanté _», défini par une

distri-bution

statistiquement

isotrope

des domaines élé-mentaires de Weiss. Pour obtenir un tel

_état,

l’expérience

montre _{que les conditions}

_optimales

de

_{désaimantation,}

très difficiles sinon

_impossibles

à connaître

_{théoriquement,}

sont au moins au nombre de

_{cinq :}

- les meilleurs résultats sont obtenus _en

plaçant

l’échantillon dans un

_champ

_magnétique

alternatif

de valeur moyenne nulle. Les

harmoniques

impairs

ou

pairs déformant,

_par

exemple,

ùn

champ

sinu-soïdal n’ont pas une influence

appréciable.

- l’amplitude

initiale du

_champ

doit être au moins de l’ordre de 5 fois le

_champ

coercitif de la substance

étudiée ;

-

cette

_amplitude

doit ensuite décroître lente-ment et

_{régulièrement,}

chacune ne différant _que de 1

_%

au

_plus

de celle

qui

la

_précède.

Il revient au même _{de dire que le}

_{champ alternatif,}

de

pseudo-période

T,

doit décroître selon une loi

_temporelle

exponentielle

de constante de

_temps

au moins

égale

à 100 T. La

_fréquence

industrielle de 50 Hz convient

_chaque

_{fois que les} courants de Foucault ne

_gênent

_{pas la}

_{pénétration}

du

_champ

9-émagné-tisant dans

_{l’échantillon ;}

_quand

ce dernier est massif et le matériau de faible

_{résistivité,}

on est

amené à choisir une

_{fréquence plus basse ;}

- le

rapport

des

_champs

maximal et minimal entre le début et la fin de

_{l’opération}

doit être au

moins de l’ordre de

_104,

voire

_{105 ;}

-

enfin,

des travaux récents

_[1]

_ayant

_précisé

le rôle de la

_température

de

_{désaimantation,}

montrent _que cette dernière doit être isotherme.

2. Les

appareils

de désaimantation. -

Le pro-blème

_technique

consiste à alimenter une bobine de

champ

par un courant alternatif décroissant selon les

_{prescriptions précédentes.}

Avec des résistances

_liquides

variables

(électro-lyte

et électrodes

_plongeantes)

le

_rapport

du

cou-rant maximal au courant minimal atteint avec

peine

103 et la _{variation n’est pas aussi}

_progressive

qu’il

le faudrait.

P. Brissonneau

_[2]

utilise comme

_générateur

de courant un transformateur dont l’enroulement secondaire

_s’éloigne

à vitesse constante de l’enrou-lement

_primaire,

réalisant ainsi une mutuelle inductance variable

_{approximativement}

_jusqu’à

zéro. Au cours de

_{l’opération qui}

dure une minute

environ, l’amplitude

du

_{champ magnétique}

décroît dans le

_rapport

_1/3.104.

Il est difficile d’améliorer cette valeur

_et,

_par

_ailleurs,

si le

_dispositif

fonc-tionne correctement aux

_fréquences

voisines de 50

_Hz,

il devient de

_plus

en

_plus

volumineux donc

prohibitif

aux

fréquences

inférieures.

Bonnet et Gariod

_{[3], Nguyen}

Van

_{Dang [4]}

uti-lisent un

_appareil

de désaimantation

_{électronique,}

mettant à

_profit

la diminution de conductibilité

de

_l’espace

anode-cathode d’une diode dont on arrête

_brusquement

ou

_{progressivement}

le

chauf-fage

du filament. On arrive avec ce

_dispositif

à un

rapport

de

_104,

_{peu améliorable} à cause des

ten-sions

_parasites

et des inévitables défauts de

symé-trie. D’autre

_part,

la loi de _{décroissance n’est pas} aussi facile à contrôler

_qu’on

ne le _{pense a}

priori.

Nous proposons dans le

présent

article un

appà-reil de désaimantation de

_{conception simple}

et

robuste, qui

nous a donné d’excellents résultats en

faisant

_appel

aux

propriétés

des

photorésis-tances

_[5].

Les résistances variables avec la

_lumière,

36 A

lisées communément dans les cellules

photoélec-triques,

évitent en effet les

_{désagréments}

précé-dents.

_N’ayant

_{pas de}

_polarités,

elles

_peuvent

être

employées

avec des alimentations alternatives de

basses et très basses

_fréquences,

n’introduisant _que des

_harmoniques

_impairs

sans

importance

dans notre

_application.

Les variations de

_{résistances,}

parfaitement

continues,

s’effectuent sans aucun

contact _{mobile par la commande}

_progressive

et contrôlable de l’éclairement. La sensibilité est extrêmement forte : dans les

_applications

cou-rantes le

_rapport

du courant nominal au courant d’obscurité

_{dépasse déjà 104,}

la résistance variant par

exemple

d’une centaine d’ohms

jusqu’à

plu-sieurs

_méghoms.

Les

_{photorésistances}

_actuelles,

au sulfure de cadmium

activé,

sont très robustes

par leur

principe,

comme les nombreux autres semi-conducteurs. Leur usage est sûr et de

_longue

durée si l’on suit les

_{spécifications d’emploi}

conseil-lées

_et,

de ce

_fait,

leur

_prix

de revient est tout à fait raisonnable.

3.

_Principe

du

_{démagnétiseur}

a

_{photorésistances.}

- Le schéma de

principe

de la

_figure

1

_comporte

une source de tension alternative U alimentant un

ensemble de

_{photorésistances}

R’ en série avec une

Fic.. 1.

bobine de

_champ

R. Définissons les formes de cette bobine par son _{rayon intérieur a1}

_{(en cm)}

et les deux

_paramètres

oc =

a2la1, 03B2 = blal,

a2 rayon extérieur de la bobine de

_longueur

2b. Le

_champ

magnétique

au centre de

_symétrie

est

avec À 1 coefficient

_global

de foisonnement du

bobinage,

p résistivité du cuivre

(en

S2-cm),

P’puis-sance

_dépensée

dans le bobine

(en

W),

G

_paramètre

qui

ne

_dépend

_{que des dimensions}

_{géométriques.}

Dans le cas

_{fréquent où 03B2}

est très

_supérieur

à

oc on calcule que

Le

_champ

varie comme la racine carrée de la

puissance dissipée ;

il est maximal au

_plein

éclaire-ment des

_{photorésistances}

_{(R’ minimale).}

L’utilisation de l’ensemble

_{photorésistant}

R’ n’est limitée _{que par la}

puissance

p

qu’il dissipe

et

la tension maximale U

_{admissible ;}

on choisit

ainsi une résistance de

_charge

R au moins

_égale

à

U2/4p.

Dans la

_pratique,

la

_puissance

P

_qu’elle

reçoit

est

_toujours,

au

_départ,

voisine de

4p.

Sur le réseau des

_{caractéristiques V(I)}

des

photorésis-tances _{pour divers}

_{éclairements,}

la courbe de

charge

V = U -- .RI détermine la loi de variation

du flux lumineux (D en fonction du courant. Ce dernier devant décroître selon une

_expression

du

temps t

de la forme

on en déduit la variation

03A6(t)

souhaitée.

L’expé-rience relie enfin le courant i d’alimentation de la

lampe

d’éclairage

au flux lumineux. La loi

_i(t)

trouvée n’est pas nécessairement

simple

mais la condition de décroissance

₍₂₎

n’est

_qu’une

condition

optimale

pour une désaimantation aussi

_rapide

que

possible.

Dans la

pratique

on

_accepte

volon-tiers une désaimantation

_plus

lente avec une courbe

i(t)

dont la dérivée est

_partout

inférieure en valeur absolue à celle de la variation idéale. Une loi

approximativement

exponentielle

du

_{temps peut}

toujours

résoudre le

_problème

et nous décrivons au

_paragraphe

4 un _{moyen de la réaliser.}

Le schéma de

_{principe précédent peut}

être

considérablement amélioré

_quant

au

_rapport

des courants

_extrêmes,

à la

_puissance

maximale

dispo-nible et à

_{l’adaptation}

du

_récepteur.

FIG. 2.

Avec un

_montage

en L ou en T des

photorésis-tances

_{( fig. 2),}

le

_rapport

_lM/lm

_peut

atteindre 105 et 106. Les éléments série

_passent

simultanément

du

_plein

éclairement à

_{l’obscurité, puis}

les éléments

parallèle

passent

de l’obscurité au

_plein

éclaire-ment. Ces

_{derniers, qui}

ne

_{dissipent qu’une}

puis-sance

_{négligeable,}

_peuvent

être d’un modèle

_plus

économique

que les

premiers.

On trouve actuellement dans le commerce des

photorésistances

dissipant

1 watt en

_régime

perma-nent,

plusieurs

watts en

_régime

transitoire. En montant

_plusieurs

éléments en

_parallèle,

ou en

série,

on accroît d’autant la

_puissance

maximale

disponible

P et la formule

₍₁₎

_montre,

_qu’avec

une

bobine convenablement

_adaptée,

une

_puissance

d’une dizaine de watts

_permet

_déjà

d’obtenir des

champs

de l’ordre de

_plusieurs

dizaines

_{d’oersteds,}

suffisants dans bien des cas.

Enfin,

notons

_qu’il

est

_toujours

_possible,

_pour

adapter

l’impédance

de la bobine à

_{l’alimentation,}

4.

Réalisation.

-

L’essentiel du

_problème

réside dans l’alimentation des

_{lampes L,}

et

_L2

éclairant

respectivement

les

_{photorésistances}

série et

paral-lèle. L’éclairement devant suivre une loi

parfaite-ment continue et

_monotone,

on

élimine,

bien

_sûr,

une alimentation _{par courants} alternatifs et tous les

_dispositifs

à contacts

_glissants.

_{On pourra}

suivre sur la

_figure

3 le détail de la réalisation.

FiG. 3. R, = _{63 ka R7 = 270} k03A9 R2 = 11O k03A9 _{R8 =} 25 ka R =560ka _{R9 =} 1,5 MÇ2 C _{= 4 x 30 UF .P1=} 10 kn R, =

Rlo

= 120 a P2’= 5 k03A9 R4 = R11 = 57 ka Ll, L2 : lampes 225 V, R5, R12 : VDR _E299DE/P238 10 W. R6 = 5 Ma S : _polarisation 80 V

La

_{lampe Li}

est _{commandée par} une

pentode

de

puissance

montée en « cathode suiveuse » pour

s’affranchir des

_{caractéristiques}

du tube. Le

poten-tiel de

_grille

décroît

_{exponentiellement}

avec une constante de

_temps

RC

_réglable

_par

_{un jeu}

de

capa-cités ;

il en est de même du

_potentiel

de la cathode

et

_{approximativement}

du courant traversant

_{L 1.}

L’écran est _{maintenu par}

_rapport

à la cathode à un

potentiel

sensiblement constant

_grâce

au

mon-tage

potentiométrique

stabilisateur

_R4R5

où-

_R5

est une résistance variable avec la tension

_{(VD R).}

La

_lampe

_{L 2}

est alimentée de

_façon

_identique

avec une deuxième

_pentode

dont la

_grille

est reliée à la

plaque

d’une triode 12AX7 _par l’intermédiaire d’une source auxiliaire de

_polarisation

S. Cette

triode est utilisée en

_{amplificatrice}

à seuil

_réglable

par le

potentiomètre P2 ;

elle

permet

de ne faire varier la luminance de

_L2

_qu’au

dessous d’une ten-sion déterminée aux bornes de

_Ll.

L’ensemble du

dispositif

est alimenté

_par

une source de tension

continue de 350 V 90

_mA,

stabilisée à 10-4

_environ,

Au

_{départ, l’interrupteur}

1 est

_fermé,

_LI

allumée.

L2

éteinte. L’ouverture de 1 déclenche

progressi-vement.l’extinction de

_{Li puis l’allumage}

consé-cutif de

_L2.

Les

_lampes

utilisées consomment

10 watts sous 220 volts environ et

_produisent

au niveau des

_{photorésistances}

un éclairement maxi-mal de l’ordre de 1 000 lux. Elles sont

_placées

avec ces dernières dans des enceintes obscures mais aérées.

5. Résultats

_{expérimentaux.}

- Nous

avons

construit un

appareil

de

désaimantation

du

_type

précédent

monté avec 12 cellules

photorésistantes

ORP 90 et LDR 03 de la

_{Radiotechnique}

_[6].

Le circuit

_principal

des cellules et de la bobine de

champ

est alimenté _par un

_générateur

basse fré-quence

pouvant

fournir une

_puissance

de 60 watts

environ. Sa

_partie

essentielle est un

_{amplificateur}

Push-Pull

_adapté

aux

_fréquences

d’utilisation. Nous

centrerons

_pas dans le détail de cette

38 A

lisation

_qui

semble

_{classique. Ajoutons}

seulement que la tension de sortie est stabilisée _par

une contre-réaction. Dans ces conditions la

puis-sance

_disponible

est de l’ordre de 50 watts.

Les courbes de la

_figure

4

_{représentent,}

avec un

montage

en

_L,

les variations du courant obtenu en fonction du

_temps

_pour

_quatre

constantes de

_temps

RC différentes. Les résultats ne

_dépendent

prati-quement

pas de la

fréquence

de la source

d’alimen-tation ;

seule le

_rapport

des courants extrêmes

_peut

varier de 5 X 105 à 106

_environ,

à cause des

_capacités

parasites

des cellules et du

_câblage.

En

_pointillés,

sont

_indiquées

les droites

_optimales

de désaiman-tation _pour les trois

_{fréquences 50, 10}

et 5 Hz. Elles

permettent

de choisir la courbe

_{expérimentale}

appropriée

et d’observer _que les lois de décrois-sance obtenue sont tout à fait satisfaisantes.

L’un de nous utilise ce

_montage

_pour

désaiman-ter à 5 Hz des barreaux

_cylindriques

massifs de 1 cm de

_diamètre,

en substances de faible résisti-vité et de haute

_{perméabilité}

_magnétique.

La

désai-mantation,

effectuée

_{jusqu’alors}

avec les

_systèmes

décrits au

_{paragraphe 2,}

et vérifiée sur une instal-lation très sensible de mesure des

_{aimantations,}

n’avait

_jamais

été satisfaisante. Les résultats actuels sont meilleurs.

_Comme,

de

_plus,

les échan-tillons ne subissent aucune élévation de

tempéra-ture,

on est sûr de ne _{pas modifier}

_les

,

caractéris-tiques qui

en

_{dépendent [1].}

Nous mentionnerons _que la résistance des cel-lules

_{photoconductives}

au sulfure de cadmium uti-lisées

_présente

aux faibles éclairements un

hysté-résis

_important

aux variations de

_luminosité,

ce

qui

n’est _pas un mal.

_{Concluons, enfin,}

en disant que les courbes de décroissance du courant

_{(fig. 4)}

peuvent

être modifiées en

_agissant

sur le nombre relatif des cellules

_{série-parallèle,}

le retard de

l’allumage

de la

_lampe

_L2

commandé _par le

poten-tiomètre de seuil

_P2

ou la loi de variation de la tension

_grille

du tube

_pentode

alimentant

_Ll.

Manuscrit reçu le 31 octobre 1962.

BIBLIOGRAPHIE

[1] YAMADA _(O.), Thèse, Grenoble, 1962.

[2] BRISSONNEAU _(P.), Thèse, Grenoble, 1957.

[3]

BONNET et GARIOD, J. _Physique Rad., 1958, 19, 160 A.

Brevet _Français, PV 773 483.

[41 NGUYEN VAN _{DANG, Thèse, Grenoble,} 1961.

[5] Brevet _Français, n° _provisoire 909 402 du 13 septem-bre 1962.

[6] La _{Radiotechnique.} Informations _{techniques, juin}