CHAPITRE IX : Les appareils de mesures électriques

1 IX. 1 CHAPITRE IX : Les appareils de mesures lectriques L'appareil de mesure qui permet de mesurer la diff rence de potentiel entre deux points d'un circuit est un voltm tre, celui qui mesure le courant dans une branche d'un circuit, un amp rem tre, celui qui mesure la r sistance d'une portion du circuit, un ohmm tre. Les diff rences de potentiel peuvent aussi tre tudi es au moyen d'un oscilloscope dont nous parlerons plus loin. Chaque appareil de mesure poss de deux sondes, deux fils qui sortent de l'appareil et qu'il faut connecter au circuit de mani re appropri e pour prendre la mesure. Voyons d'abord comment connecter correctement ces appareils . : Le voltm tre Le symbole utilis pour pr senter un voltm tre dans le sch ma d'un circuit lectrique est le suivant : Le voltm tre mesure la diff rence de potentiel entre deux points quelconques, a et b, d'un circuit (voir figure ).

2 Par cons quent il faut connecter une sonde chacun de ces points et le voltm tre se retrouve plac en parall le avec la branche ou les branches du circuit situ es entre a et b. Figure Une partie du courant du circuit, en arrivant en b, est d vi par le voltm tre. Pour que ce dernier perturbe le moins possible le circuit initial, il faut qu'il d vie le moins possible de courant et donc que sa r sistance interne, RV, soit grande par rapport celle du circuit. V IX. 2 Un oscilloscope servant aussi tudier une diff rence de potentiel, il se branche comme un voltm tre et la remarque ci-dessus vaut aussi pour cet appareil. : L'amp rem tre Le symbole utilis pour repr senter un amp rem tre dans le sch ma d'un circuit lectrique est le suivant : L'amp rem tre mesurant le courant qui passe dans une branche du circuit, il faut brancher l'amp rem tre en s rie avec la branche de sorte que le m me courant qui passe par la branche traverse aussi l'amp rem tre.

3 Il faut donc d'abord d connecter la branche pour faire une mesure de courant, afin d'ins rer l'amp rem tre dans la branche. Dans la figure l'amp rem tre est branch en s rie avec la r sistance R3 et mesure par cons quent le courant qui passe dans R3. Figure L'amp rem tre offre une certaine r sistance, rA, au passage du courant qui le traverse. La r sistance du circuit s'en trouve augment e et le courant qui y passe, diminu . Pour minimiser cette perturbation du circuit par l'amp rem tre, il est important que sa r sistance interne soit petite par rapport la r sistance du circuit, en particulier, par rapport la r sistance de la branche dans laquelle il est introduit. : L'ohmm tre Le symbole utilis pour repr senter un ohmm tre dans un circuit est le suivant : Contrairement au voltm tre et l'amp rem tre, l'ohmm tre est un appareil actif : il poss de une pile interne, de valeur connue et envoie du courant dans le circuit, qu'il mesure.

4 Pour A IX. 3mesurer la valeur d'une r sistance ou d'une combinaison de r sistances, il faut connecter les deux sondes de l'ohmm tre aux extr mit s de la r sistance ou de la combinaison de r sistances, alors qu'elle ne re oit pas de courant du reste du circuit. En effet, dans le cas contraire, ce courant viendrait s'ajouter au courant fourni par l'ohmm tre, ce qui fausserait la mesure. La figure montre une mani re correcte d'effectuer la mesure de la r sistance R3 du circuit de la figure Remarquons que seul un des liens qui relie R3 au reste du circuit a t rompu. On aurait pu rompre les deux mais ce n'est pas n cessaire : il suffit que la branche soit interrompue en un point pour que la pile ne fournisse plus de courant R3.

5 Figure La figure montre une mani re correcte d'effectuer la mesure de la combinaison de r sistances en parall le, R2 et R3. : Le multim tre En pratique, le plus souvent, les diff rents appareils d crits ci-dessus sont group s dans un seul appareil appel multim tre, qui peut tre r gl pour tre utilis soit comme voltm tre, soit comme amp rem tre, soit comme ohmm tre. De plus, diff rentes chelles de sensibilit peuvent tre s lectionn es. Les appareils de mesures lectriques aiguille sont construits partir d'un galvanom tre, repr sent dans un sch ma de circuit par : Le galvanom tre est bas sur des effets magn tiques dont nous parlerons plus tard. Disons simplement que l'aiguille du galvanom tre est d vi e de mani re proportionnelle au courant qui le traverse (voir figure ). La valeur maximum de courant mesurable par le galvanom tre, Imax, est celle qui fait d vier l'aiguille fond d' chelle.

6 Par exemple, pour un galvanom tre ayant G IX. 4une valeur maximale Imax = 50 A, un courant de 25 A fera d vier l'aiguille jusqu'au milieu de l' chelle. Figure Un simple galvanom tre permet seulement de mesurer des courants de faible intensit , typiquement inf rieurs 50 A. Pour mesurer des courants d'intensit plus lev e et obtenir un amp rem tre on branche une r sistance R, que l'on appelle "shunt" en parall le avec le galvanom tre (voir figure ). Figure La valeur de R est choisie en fonction du courant maximum que l'on d sire pouvoir mesurer, en tenant compte de r, la r sistance interne du galvanom tre. Par exemple si on d sire obtenir un amp rem tre permettant de mesurer un courant maximum de 1 mA, il faut que lorsque le courant I qui entre dans l'amp rem tre vaut 1 mA, l'aiguille du galvanom tre soit d vi e fond d' chelle, IX.

7 5donc qu'il y passe un courant IG = 50 A. Le courant dans la r sistance R sera alors : IR = 1 mA - 50 A = 0,950 mA. D s lors, si la r sistance interne du galvanom tre est de 1 k : 53 GRIr(5, 0 10A) (1 10)R33, 2I0, 000950 A === . Pour constituer un voltm tre partir d'un galvanom tre, on place une r sistance R en s rie avec ce dernier (voir figure ). Supposons qu'on veuille obtenir un voltm tre permettant de mesurer des diff rences de potentiel jusqu' 5V partir du m me galvanom tre que ci-dessus. Lorsque la diff rence de potentiel aux bornes du voltm tre sera de 5 V, l'aiguille du galvanom tre devra tre fond d' chelle et par cons quent il y passera un courant de 50 A, qui traversera aussi la r sistance R. D s lors : 5 V = 50 A (R + r), et : 555 VRr10100 k .5, 0 10A = = = Pour obtenir un ohmm tre, il faut mettre une pile de tension connue, V, en s rie avec le galvanom tre (voir figure ).

8 La pile fait circuler dans la r sistance inconnue, Rx, connect e aux bornes de l'ohmm tre, un courant IG donn par : + D s lors : La r sistance mesurer Rx est inversement proportionnelle au courant qui circule dans le galvanom tre, IG. L' chelle de l'ohmm tre est donc non lin aire et une faible r sistance conduit un d placement maximum de l'aiguille du galvanom tre. Dans un multim tre qui combine tous ces appareils en un seul, les additions de r sistances en parall le ou en s rie, l'introduction de la pile, se font l'int rieur de l'appareil et sont invisibles l'utilisateur qui se contente de tourner un commutateur pour s lectionner la fonction et la plage de valeurs d sir es. La sensibilit des appareils de mesure est le plus souvent pr cis e sur leur cadran, g n ralement en ohms par volt, ce qui indique quelle est la r sistance interne de l'appareil, par volt au maximum d'une chelle.

9 Ainsi lorsqu'un appareil a une sensibilit de 50000 / V, il poss de une r sistance interne de 500 k lorsqu'il est utilis avec l' chelle de 10 V. La valeur IX. 6maximum du courant qui traverse le galvanom tre est alors de 10 V / 500 k = 20 A ; elle est donn e par l'inverse de la sensibilit . Actuellement, pour la plupart des applications, les appareils aiguilles ont t supplant s par des appareils affichage num rique, g n ralement moins chers, plus robustes et plus pr cis (voir figure ). Ceux-ci ne sont pas bas s sur un galvanom tre mais sur des circuits lectroniques comportant des transistors et permettant une mesure directe de diff rence de potentiel. Les autres chelles, l'amp rem tre et l'ohmm tre sont obtenus partir de ce voltm tre par des op rations analogues celles de la figure Remarque importante : dans le cas de courants alternatifs, les multim tres donnent les valeurs des courants et des tensions efficaces, pas les valeurs maximums ou amplitudes.

10 Figure : Corrections dues la r sistance des amp rem tres et des voltm tres Supposons qu'on cherche d terminer la fois l'intensit du courant I1 qui passe dans la r sistance R1 du circuit de la figure , ainsi que la diff rence de potentiel V1 ses bornes. IX. 7 Figure L'amp rem tre doit tre ins r dans le circuit, en s rie avec R1 comme illustr la figure Le voltm tre lui doit se placer en parall le avec R1. Le plus naturel est de le faire comme indiqu la figure On dit que le voltm tre est plac en courte d rivation. Dans ce cas : V1 = Vvoltm tre, aux erreurs de mesure pr s. Par contre, le courant mesur par l'amp rem tre n'est pas exactement celui qui passe par R1 : une partie, Ivoltm tre, est d vi e par le voltm tre : IX.