Chapitre 7 - Appareils de mesure pour courant continu
Mon premier cours en électronique
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Le Multimètre et Comment utiliser un multimètre
Les mesures de résistances, de courants et de tensions se font généralement à l'aide d'un appareil combiné volt-ohm-milliampèremètre (VOM) comme celui de la figure 7-1.
Figure 7-1
Utilisation d'un appareil combiné (voltmètre-ohmmètre-milliampèremètre) pour les mesures de tensions et de résistances:
(a) pour obtenir la tension, brancher les fils de test du voltmètre aux bornes de la différence de potentiel à mesure. Noter la polarité de la tension;
(b) pour obtenir la résistance, brancher les fils de test de l'ohmmètre aux bornes de R, l'alimentation étant coupée. La polarité des fils de l'appareil n'intervient pas dans le cas de la résistance.
Pour mesurer la tension, on doit brancher les fils de mesure du voltmètre aux bornes des points dont on veut mesurer la différence de potentiel, comme en (a).
De même, si on utilise l'ohmmètre, il faut brancher les deux connexions d'essai aux bornes de la résistance à mesurer, comme en (b), mais l'alimentation doit être débranchée.
En effet, la résistance à mesurer est alimentée directement par la propre pile interne de l'ohmmètre. Pour mesurer le courant, l'appareil de mesure est connecté comme un composant monté en série dans le circuit.
Un appareil de mesure combiné s'emploie en général comme un appareil contrôleur multiple pour vérifier V, I et R, afin de dépanner les circuits électroniques. Des détails sur ces appareils de mesure sont donnés dans les sections suivantes:
7.1 Appareil de mesure à cadre mobile
7.2 Mesure de courant
7.3 Shunts d'appareil de mesure
7.4 Shunt universel
7.5 Voltmètres
7.6 Effet de charge d'un voltmètre
7.7 Ohmmètres
7.8 Multimètres
7.9 Appareils de mesure numériques
7.10 Applications des appareils de mesure
7.11 Vérification de la continuité avec un ohmmètre
7.1 APPAREIL DE MESURE À CADRE MOBILE
Ce type d'équipage mobile, illustré à la figure 7-2, s'utilise en général dans un appareil de mesure universel (VOM).
Figure 7-2 Réalisation d'un appareil de mesure à cadre mobile. (Weston Eïectrical Instrument Corporation)
Sa construction comporte principalement une bobine (appelée cadre) de fil fin placée sur un tambour et montée entre les pôles d'un aimant permanent. Lorsque le courant continu passe dans le cadre, le champ magnétique du courant réagit au champ de l'aimant.
La force qui en résulte fait tourner le tambour avec son aiguille. L'importance de la déviation indique la valeur du courant dans la bobine. Une polarité correcte permet à l'aiguille de se déplacer vers le haut de l'échelle graduée vers la droite, une polarité inverse force l'aiguille vers la gauche, au bas de l'échelle.
La déviation de l'aiguille est directement proportionnelle à l'intensité de courant dans la bobine.
Si le courant nécessaire à une déviation complète sur l'échelle graduée est de 100 µA, 50 µA dans la bobine produiront une déviation de la moitié de l'échelle graduée.
La précision du mécanisme de l'appareil de mesure à cadre mobile est de 0,1 % à 2 %.
Le principe du cadre mobile s'applique à différents types d'appareils de mesure portant des dénominations différentes. Un galvanomètre est un instrument extrêmement sensible destiné à mesurer des valeurs de courant extrêmement faibles.
Des galvanomètres de laboratoire comprennent un cadre mobile suspendu muni d'un système optique pour amplifier une petite déviation, et sont capables de mesurer une faible fraction de microampère. Un galvanomètre balistique s'utilise pour lire la valeur d'un faible courant momentané afin de mesurer une charge électrique.
On appelle souvent équipage d'Arsonval l'arrangement du cadre suspendu dans un galvanomètre d'après son inventeur qui breveta cet équipage de mesure en 1881. L'appareil de mesure à cadre mobile pratique et courant de la figure 7-2 est un équipage Weston.
Valeur de IM Le courant
IM provoquant le déplacement de l'aiguille sur toute l'échelle représente la quantité nécessaire pour dévier l'aiguille complètement sur la droite jusqu'à la dernière marque de l'échelle graduée.
Les valeurs caractéristiques de IM pour les équipages Weston vont d'environ 10 µA à 30 mA.
Des courants plus faibles exigent plus de fil dans le cadre mobile pour que le champ magnétique du courant soit assez fort, afin de pouvoir réagir sur le champ de l'aimant permanent pour mettre l'aiguille en mouvement. Il faut utiliser du fil fin pour diminuer le poids du cadre mobile.
Dans le cas contraire, des courants plus forts exigent un fil plus épais, ce qui peut alourdir le cadre. Toutefois, il est possible d'accroître la gamme de courant de l'équipage jusqu'à presque n'importe quelle valeur en utilisant les shunts d'appareils de mesure, comme l'explique la section 7.3.
Par exemple, IM vaut 50 µA pour le microampèremètre de la figure 7-3.
Figure 7-3 Microampèremètre dont la graduation est munie d'un miroir pour minimiser l'erreur de parallaxe:
(a) photographie de l'appareil de mesure;
(b) symbole pour les schémas. (Weston Electrical Instrument Corporation)
Remarquez le miroir le long de l'échelle graduée destiné à éliminer l'erreur de parallaxe. On lit l'appareil lorsque l'aiguille et son image dans le miroir sont confondues. On élimine ainsi l'erreur optique de parallaxe si on regarde l'appareil de mesure latéralement.
Dans les schémas, le symbole de cet appareil de mesure de courant est un cercle, comme en (b).
Valeurs de rM
II s'agit de la résistance interne du fil du cadre mobile. Les valeurs caractéristiques s'étalent de 1,2 Ω pour un équipage mobile de 30 mA jusqu'à 2000 Ω pour un équipage mobile de 50 µA.
Un équipage mobile ayant un IM plus faible a une résistance rM plus élevée car il faut de nombreux tours de fil fin. La valeur moyenne de rM pour un équipage mobile de 1 mA est de 120 Ω environ.
Appareils de mesure à bande tendue
L'équipage mobile de l'appareil de mesure peut être construit en suspendant le cadre mobile et l'aiguille au moyen d'une bande métallique, remplaçant le pivot et le rubis avec un ressort de rappel.
Ces deux types d'équipages mobiles ont des caractéristiques identiques de fonctionnement.
Mais, en général, les appareils de mesure à bande tendue ont des résistances rM plus faibles car il est possible d'utiliser un cadre plus petit pour entraîner l'aiguille vers le haut de l'échelle graduée.
Problèmes pratiques 7.1 (réponses à la fin du chapitre)
(a) Comment doit-on brancher un voltmètre: en parallèle ou en série?
(b) Comment doit-on brancher un milliampèremètre: en parallèle ou en série?
7.2 MESURE DE COURANT
II ne faut jamais oublier les deux faits suivants très importants, que l'on mesure des ampères, des milliampères ou des microampères:
1. L'équipage mobile doit être branché en série dans le circuit parcouru par le courant à mesurer. La valeur de la déviation est fonction du courant traversant l'équipage.
Dans un circuit série, l'intensité de courant est la même dans tous les composants successifs. C'est pourquoi le courant à mesurer doit passer par l'appareil de mesure comme un composant en série du circuit.
2. Un ampèremètre pour courant continu doit être branché sur la bonne polarité permettant de lire l'appareil de mesure vers le haut de l'échelle.
Une polarité inversée donne une lecture vers le bas de l'échelle, coinçant l'aiguille contre la butée placée à gauche, ce qui pourrait courber l'aiguille.
Comment connecter en série un ampèremètre