La valeur efficace d’un signal se mesure en moyennant son carré sur une durée infinie, et de même une puissance se mesure en moyennant le produit de deux signaux (tension et courant). Ces calculs de carrés, produits et moyennes sont très aisés lorsque le ou les signaux ont été numérisés, mais cette numérisation apporte trois sources d’erreurs distinctes : troncature, échantillonnage et quantification. Ces trois sources d’erreur sont étudiées indépendamment les unes des autres, ainsi que les méthodes pour les réduire et notamment l’usage d’une fenêtre de pondération. Avec ce « fenêtrage », une étude statistique de l’effet simultané de ces trois sources d’erreur a été conduite en simulation sur un très grand nombre de valeurs des paramètres, et des formules sont présentées qui relient l’écart type à la résolution et au nombre d’échantillon.

Ce travail explore les potentialités des microsystèmes électromécaniques (MEMS) pour fabriquer des références de tension en courant alternatif (AC) au moyen du couplage électromécanique pour des applications en métrologie et en instrumentation miniaturisée. Des structures de test de référence de tension AC de 2 V à 100 V ont été conçues et fabriquées en utilisant un procédé de micro-usinage de surface de couche épitaxiale de silicium d’un substrat silicium sur isolant (SOI). Ce procédé permet un contrôle précis à la fois des dimensions du système et des propriétés du matériau. Les valeurs mesurées des références de tension MEMS sont en bon accord avec les simulations effectuées avec le logiciel Coventor. Ces structures de test ont également servi à développer l’électronique de commande et d’actionnement des MEMS et les bancs de mesure et de caractérisation. Une deuxième génération de microsystèmes avec des caractéristiques améliorées a ensuite été fabriquée. Les fréquences de résonance mécanique de ces nouveaux MEMS mesurées par DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy) sont de quelques kilohertz. Cela permet d’envisager le développement de références de tension AC fonctionnant à partir de quelques dizaines de kilohertz. Enfin, la stabilité de la tension de référence MEMS, évaluée à 100 kHz, est très prometteuse puisque pour les meilleurs échantillons, l’écart relatif par rapport à la valeur moyenne présente un écart type de 6,3 × 10^-6 sur près de 12 h.

Nous présentons les principaux résultats obtenus dans le cadre du projet ANR-TRIMET dont l’objectif était la fermeture du triangle métrologique quantique (TMQ) à un niveau d’incertitude relative de 10^-6. L’expérience du TMQ consiste à réaliser une loi d’Ohm en utilisant les trois effets quantiques impliqués en métrologie électrique : l’effet Josephson (EJ), l’effet Hall quantique (EHQ) et l’effet tunnel à un électron (SET). Le but est de vérifier la cohérence des constantes phénoménologiques K_J, R_K, Q_X, associées respectivement à ces trois effets et théoriquement exprimées en fonctions des deux constantes fondamentales, h et e (constante de Planck et charge élémentaire). Cette expérience est une contribution importante à une redéfinition du Système international d’unités (SI). Nous montrons aussi que la fermeture du TMQ permettra la mise en oeuvre d’une nouvelle détermination de la charge élémentaire, e.

Pour combler le domaine des fréquences intermédiaires 100 kHz–100 MHz, dans lequel subsiste actuellement un manque de traçabilité des mesures d’impédance pour les appareils commerciaux récents, le LNE a établi la traçabilité d’un analyseur de réseaux vectoriel (VNA) 4 ports et appliqué la méthode de Suzuki pour mesurer des impédances quatre paires de bornes (Z4TP). Afin d’établir la traçabilité du VNA 4 ports, utilisé pour mesurer Z4TP, le LNE a étudié successivement deux solutions. Nous avons développé des résistances calculables à couches minces quatre paires de bornes (4TP), puis nous avons établi la traçabilité de la méthode de calibrage Unknown Thru (ou SOLR). Nous présentons les deux solutions et les résultats de mesure obtenus jusqu’à 10 MHz pour une capacité de 1 000 pF avec les incertitudes associées.

Cette publication présente la réalisation d’un nouvel étalon de puissance à partir d’une sonde à thermocouple commerciale. Un étalonnage au microcalorimètre a été effectué afin de déterminer l’efficacité effective de la sonde. Un étalonnage par la méthode de transposition thermique a contribué à valider les résultats obtenus au microcalorimètre. Le LNE s’est doté ainsi d’un nouvel étalon de puissance pour les basses fréquences.

Deux comparateurs de courants à annulation de flux magnétiques ont été conçus dans les années 1970 au LCIE (Laboratoire Central des Industries Electriques) pour servir de référence métrologique pour l’étalonnage des transformateurs de courant de fortes intensités jusqu’à 50 kA aux fréquences industrielles 50 Hz, 60 Hz et 400 Hz. Les dispositifs électroniques auxiliaires ont également été conçus, il s’agit d’un dispositif de charge fictive et d’un dispositif d’injection de courant d’erreur capable de fournir avec une grande exactitude les composantes en phase et en quadrature de l’erreur du transformateur de courant à étalonner. Cet article présente les travaux effectués au LNE pour redéfinir entièrement ces deux dispositifs en abandonnant le système à asservissement direct de l’ancien équipement et en le remplaçant par un système à asservissement par logiciel offrant la possibilité d’améliorer la stabilité et l’incertitude de mesure et de contrôler l’ensemble à distance via une connexion USB et donc d’automatiser complètement les mesures.

Cet article présente nos travaux pour la mesure de la permittivité complexe de liquides, réalisés dans le cadre d’un projet européen de recherche enmétrologie intitulé « Traceable measurement of field strength and SAR for the Physical Agents Directive ». Ce projet avait notamment pour but d’établir la traçabilité des mesures de débit d’absorption spécifique au SI jusqu’à 10 GHz. Nous utilisons un analyseur de réseau vectoriel pour mesurer le paramètre S21 de cellules coaxiales contenant le liquide à caractériser (un liquide de référence ou un liquide équivalent tissu). La méthode employée ne nécessite pas que l’analyseur de réseau soit étalonné en termes d’impédance. En effet, seules la longueur des cellules coaxiales et la fréquence de travail ont besoin d’être connues.

Cet article présente le développement d’un nouveau microcalorimètre symétrique sur ligne coaxiale de diamètre 2,4 mm ainsi que le développement des sondes de puissance thermoélectriques associées utilisées comme étalons de puissance radiofréquence. L’efficacité effective est mesurée et les résultats sont présentés pour deux types de sondes.

Une méthode permettant de déterminer les propriétés électromagnétiques d’une couche mince de titano-zirconate de plomb (PZT) est présentée dans cet article. Dans un premier temps nous exposons une méthode large bande permettant l’extraction des propriétés intrinsèques d’un substrat supportant une ligne coplanaire (CPW), puis nous procédons à un étalonnage TRL afin d’extraire la permittivité de la couche mince de PZT intégrée à une topologie coplanaire.

Cet article présente la réalisation d’étalons de puissance à partir de sondes à thermocouples. Ce travail a été réalisé dans le cadre du développement d’un microcalorimètre pour un laboratoire national de métrologie étranger. L’étalonnage d’une telle sonde de puissance a été effectué afin de déterminer son efficacité effective et l’incertitude associée pour 21 fréquences jusqu’à 50 GHz. Le LNE étend ainsi son domaine de compétences à la réalisation de bancs de mesure primaires de puissance RF large bande (DC-50 GHz).