liens sur le web

divers appareils (caractéristiques et achat)

voir aussi : www.abcclim.net

thermométrie - calculs frigorifiques


 .


titre.gif (1044 octets)

But des mesures

Les mesures servent à connaître avec un degré de précision - en rapport avec l'objet mesuré et le but recherché - les grandeurs usuelles en électricité telles que:
  • différence de potentiel
  • débit électronique
  • résistance
  • fréquence
  • puissance -(travail)
  • angle de déphasage
  • capacité (etc…)

Pour l'installateur-électricien ou le contrôleur, les mesures servent à contrôler la sécurité des personnes et des choses conformément à l'OIBT. Cette ordonnance demande, entre autres, que le contrôle des installations électriques se fasse avec différentes mesures:

  • courant de boucle
  • isolement
  • test du DDR (FI)
  • ordre des phases

Attention: l'obtention de bons résultats lors des mesures ne garantit pas la sécurité des personnes et des choses.  

LA MESURE

Pour faire une mesure il faut choisir un appareil qui permet de mesurer la grandeur recherchée ou d'autres grandeurs qui permettront de la calculer.

 

Exemples:

  • avec un voltmètre et un ampèremètre on peut calculer l'impédance
  • avec un voltmètre, un ampèremètre et un wattmètre on peut calculer le cos f.

Rappels: Un ampèremètre mesure un débit d'électrons et doit se placer en série dans le circuit; sa résistance interne doit être la plus petite possible. Un voltmètre mesure une différence de potentiel entre deux points et se connecte en parallèle. Sa résistance interne doit (le plus souvent) être la plus grande possible

Un ohmmètre est un ampèremètre avec une source de tension en série.

La mesure se fait sans autre tension que celle de l'appareil de mesure. Le déplacement de l'aiguille est proportionnel au courant et l'échelle de lecture est directement graduée en [W]. La graduation est donc inversée par rapport à celle du courant (la répartition de l'échelle est une hyperbole).  

 

 

Problèmes de précision

   

Précision d'un appareil de mesure analogique (AMA)

Classe de précision d'un appareil de mesure analogique Sur les appareils analogiques, la classe de précision est indiquée par un nombre (0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 5,0) inscrit sur le cadran de l'appareil. Ce nombre indique l'erreur possible, exprimée en [%] de l'étendue de mesure.

 

Exemple: Un AMA a une étendue de mesure de 30 [V] et classe de précision de 1,5. Nous pouvons calculer son erreur absolue:

étendue de mesure . classe de précision /100 = 30 . 1,5 / 100=0,45 [V]

 

L'erreur absolue peut être constante sur toute la plage de mesure à cette échelle.   Nous pouvons calculer l'erreur relative lorsque la mesure est de 10 [V]:

erreur absolue . 100 / valeur lue = 0,45 . 100 / 10 = 4,5 [%]

 

 

Sur la figure ci-contre, nous voyons la variation de l'erreur relative en fonction de la mesure en % de l'échelle choisie. Pour avoir toujours une erreur admissible en fonction de la classe de précision de l'AMA choisi, il faudra toujours avoir la lecture dans les deux tiers supérieurs de l'échelle choisie. C'est pour cela que les AMA ont des calibrages qui répartissent la plage complète de mesure régulièrement - par multiple de 3 ( 1, 3, 10, 30,100, 300).

 

 

importance de l'impédance d'entrée des AMA

En plus de la précision du contrôleur, il faut tenir compte de l'erreur qu'il induit dans le circuit à mesurer et pour cela il est indispensable de connaître sa résistance d'entrée (résistance interne).   L'AMA comprend une bobine qui a une certaine résistance, et un courant maximum. Lors du changement de calibre, le rotacteur branchera d'autres résistances en série s'il s'agit d'un voltmètre ou en parallèle pour un ampèremètre, afin de garantir le même comportement de la bobine de mesure pour des valeurs mesurées supérieures.   Dans un ampèremètre, la résistance interne doit être la plus petite possible pour ne pas limiter le courant et/ou ne pas produire une chute de tension sur l'objet à mesurer ce qui fausserait la mesure. Plus la résistance en série est petite, plus l'erreur de mesure (due à l'insertion de l'AMA) sera grande, alors que pour une grande résistance en série l'erreur sera minime.

 

I = tension d'alimentation / (résistance interne + résistance du circuit) [A]

 

La résistance interne des voltmètres doit être la plus grande possible (sauf pour des mesures de tension de défaut où il faut une résistance d'environs 3000 [W]). En effet, brancher un voltmètre aux bornes d'une résistance revient à mettre deux résistances en parallèle. Lorsqu'il y a une grande différence de résistance, la résistance équivalente sera proche de la valeur de la plus petite des deux. Par contre si les deux ont à peu près la même valeur, la résistance équivalente du montage sera égale à la moitié d'une seule des deux, avec bien entendu une forte modification de la valeur du courant et de la tension.   Nous avons à mesurer un circuit comportant 2 résistances en série sous une différence de potentiel de 12 [V]. La première vaut 150 [kW] et la seconde 220 [kW]. Nous désirons connaître la valeur de la tension aux bornes de la deuxième. Nous faisons donc le calcul suivant:  

U2 = U . R2 / (R1 + R2 ) = 12 . 220 000 / (150 000 + 220000) = 7,1 [V]

 

Pour faire la mesure nous prenons un voltmètre qui a comme caractéristique 20 [kW/V] . Nous calibrons notre contrôleur sur 10 [V] ce qui nous donne une résistance interne de 200 [kW] et le schéma suivant:

Les deux résistances en parallèle ont une résistance équivalente de 104 [kW] et l'appareil de mesure indiquera 4,9 [V] ± l'erreur relative.   Pour palier à ce problème, on serait tenté d'augmenter échelle (à 30 [V]) pour augmenter la Ri (0,6 [MW]) ce qui ne corrigerait que partiellement notre mesure, par contre l'erreur relative augmente (environ 15% pour une classe 2,5 !!) et la précision de lecture peut aussi en pâtir.   Il y aura lieu de bien connaître les caractéristiques de son contrôleur si l'on veut mesurer la tension aux bornes d'une impédance élevée ou le courant traversant une petite impédance.

 

 


 

Augmentation de la résistance d'entrée

  Pour palier au problème de la faible résistance d'entrée des voltmètres, certains modèles sont équipés d'un (pré) amplificateur ce qui leur donne une résistance d'entrée de 1 [MW]. Cette valeur est constante, donc indépendante de l'échelle choisie. Ce type d'appareil est indispensable pour mesurer des circuits à impédance élevée

Sur la figure ci-contre, on y voit un voltmètre à amplificateur. On constate que sa caractéristique d'entrée est de 500 [kW/V]. On obtient ainsi 250 [MW] pour une mesure de 230[V]. La pile et le potentiomètre servent à compenser l'influence de la température. On devra procéder à une remise à zéro à chaque mesure.

 

 

 

 

 

Précision d'un appareil de mesure numérique (AMN)

 

Importance de la résistance interne d'un AMN:

La résistance interne d'un AMN est souvent beaucoup plus élevée que celle d'un AMA. (facilement de l'ordre du MW). L'erreur induite lors de la mesure par ce type d'appareil n'est importante que pour des circuits à très grande impédance. La résistance d'entrée des AMN est constante quelle que soit l'échelle choisie.  

 

Erreurs de mesure des AMN   En ce qui concerne l'erreur de mesure proprement dite, elle se compose de deux types d'erreurs. Une dépendante de l'électronique d'affichage et l'autre sur la découpe du signal (lors de la transformation analogique - numérique). Elle est généralement donnée en % de la lecture ± une constante (exprimée en unités ou en digits).   Certain fabriquant la donne en % de l'échelle ± la constante. (ce qui cache souvent un mauvais appareil).   L'erreur constante (que nous donnerons en "unités") indiquant de combien le chiffre de poids le plus faible peut être faux. Le chiffre de poids le plus faible représente la résolution de l'appareil (pour une échelle de 100 [mV] et 2000 point de mesure, la résolution est de 0,1 [mV]).

 

exemple 1

on mesure 50 [mV] sur une échelle 100 mV 2000 points de mesure,

précision 0,1% de la lecture ± 0,5 unité (50 [mV]).

erreur de lecture: 50 [mV] erreur cste 50 [mV]

 

Erreur totale: = S des erreurs = 100 [mV] = 1 unité

 

exemple 2

on mesure 50 [mV] sur une échelle 150 mV, 2000 points de mesure,

précision 0,2 % de la lecture ± 0,1 % de l'étendue de mesure (50 [mV]).

erreur de lecture: 0,1 [mV] erreur cste 0,001*200 =200 [mV]

 

Erreur totale: = S des erreurs = 300 [mV] = 3 unités

 

exemple 3

on mesure 50 [mV] sur une échelle 200 [mV], 2000 points de mesure,

précision 0,1 % ± 1 unité

erreur de lecture: 0,001*200=0,2 [mV] erreur cste 100 [mV]

 

Erreur totale: = S des erreurs = 300 [mV] = 3 unités

  Remarque: si la somme des erreurs n'est pas un nombre entier d'unité, il faut prendre le nombre entier directement supérieur (cas le plus défavorable).

 

 

Réponse en fréquence

 

Ce problème se retrouve dans tous les appareils de mesure tant analogique que numérique. Seul un AMN du type TRMS peut se targuer de ne , pour ainsi dire, pas connaître ce problème. En effet tous les appareils ont une plage de fonctionnement en fréquence bien définie. Cela dépend du mode de fonctionnement de l'appareil. Sur la figure ci-contre, on voit la réponse en fréquence de deux multimètres différents. Pour l'un la bande passante est de 0 à 100 [kHz] et pour le deuxième le fabriquant l'a donnée de 40 [Hz] à 600 [Hz].

 

Nous voyons très nettement sur le graphique que dès que la mesure sort de la bande passante de l'appareil de mesure, le résultat (ici une mesure de 1 [V]) devient totalement faux.  


 

 

Autres sources d'erreur

  D'autres erreurs existent et sont malheureusement dues à des erreurs de manipulations.

  • mauvaise position de l'appareil (la bonne position est indiquée sur le cadran)
  • erreur de lecture (mauvaise interprétation de l'échelle choisie)
  • erreur de parallaxe (lecture non perpendiculaire au plan du cadran)

   

     

 

 

Augmentation de la plage de mesure

Dans certains cas, le courant ou la tension à mesurer dépasse la valeur maximale mesurable avec notre contrôleur. Il faut donc artificiellement augmenter la plage de mesure du contrôleur.

 

L'ampèremètre:

Pour mesurer des courants plus élevés que ce que peut supporter l'appareil de mesure, il suffit de mettre une résistance en parallèle qui devra dévier le surplus de courant.   Notre ampèremètre (à cadre mobile) mesure au maximum 10 A. Il a une résistance interne de 3400[W] (donc une conductance de 0,294 [mS] et un courant max. de 50[µA] à travers la bobine mobile. Quelle est la résistance à mettre en parallèle pour mesurer une intensité de 20 A et de 100 [A] ?   Lorsque le rotacteur est sur l'échelle 10 [A], il branche déjà à l'intérieur de l'appareil une résistance en parallèle qui doit permettre le passage de 9, 99995 [A] soit avoir une conductance de 58,82 [S] ce qui nous donne une résistance équivalente interne de 0,017 [W]. Si l'on veut mesurer un courant de 20 [A], il faut mettre un shunt dont la résistance vaut également 0,017[W]. Si l'on veut mesurer un courant 100 [A], 9 fois plus de courant doivent passer par le shunt. Sa résistance sera 9 fois plus petite (1,889 [mW]) ou sa conductance 9 fois plus grande (529,39 [S]). La conductance totale sera de 588.21 [S] ce qui nous donne une résistance de 0,0017 [W]. traversée par 100 [A]. La tension est toujours de 0,17 [V] aux bornes de notre bobine mobile.  

Le voltmètre:

Pour mesurer des tensions plus élevées que ce que peut supporter l'appareil de mesure, il suffit de mettre une résistance en série comme diviseur de tension. Le même appareil sert comme voltmètre. Sur l'échelle 100 V, le rotacteur branche une résistance de 1996,6 [kW] en série sur la bobine mobile (nous retrouvons nos 20 [kW/V]) et présente une nouvelle résistance interne de 2 [MW]. Pour mesurer une tension de 200 [V], il faut donc une résistance de 2 [MW]. Pour mesurer une tension de 500 [V], il faut une résistance de 8 [MW].


 

 

 

Mesure en dB

Certains appareils ont une échelle exprimée en [dB]. C'est utilisé surtout pour comparer deux puissances différentes. On parle d'un rapport signal/bruit en télécommunication ou télévision. Le décibel est 10 fois plus grand que le Bell [B]. Ce dernier est le log. d'un rapport de puissance de signaux.   Le décibel [dB] vaut donc 10*log(P2 / P1). La puissance de référence P1 est souvent exprimée en [mW].   Le rapport de puissance peut s'exprimer aussi par un rapport U2/Z; ceci implique que le dB vaut donc 20*log (U2/U1) - bien sûr il faut que les impédances soient adaptées. Dans ce cas l'unité de la tension sera le [mV].  

 

Exemple:

10 mW = 10 dB

10mV = 20 dB

100 mW = 20 dB

1 mV = 60 dB

 

200 mW = 23 dB

2 mV = 66 dB

 

400 mW = 26 dB

4 mV = 72 dB

On constate qu'à chaque fois que le signal double en puissance, on augmente seulement de 3 [dB] et que si la tension double en augmente alors de 6 [dB] la puissance. Pour que chacun sache dans quelle grandeur le rapport a été fait, on modifie l'unité dB en ajoutant l'unité de la grandeur utilisée dans le rapport:  

  • tension dBmV
  • puissance dBW (dBm pour mW)
  • champ électrique dBmV/m      20* log(E2/E1)   avec E1= 1 mV/m

 

 


 

 

 

LA MESURE DES PRISES DE TERRE

 

Pour mesurer des prises de terre, l'on peut utiliser directement un telluromètre.   Pour faire la mesure, on plante en un triangle dont les sommets sont distants de 20 [m] deux sondes raccordées sur S et HE et l'on raccorde la sortie E sur la mise à terre (découplée).   L'on peut également aligner les sondes avec 40 [m] entre la sonde HE et la prise de terre et en plaçant le sonde S au milieu.

Si l'on ne peut pas respecter la distance de 20 [m] entre chaque sonde, il faut faire plusieurs mesures.

Il est également possible de déterminer cette résistance à l'aide d'un ohmmètre, en prenant 3 mesures

de E à S (RE-S)

de S à HE (RS-HE)

de E à HE (RE-HE) puis de faire le calcul suivant:

RE = (RE-S + RS-HS - RE-HE) / 2

 

 

 

CONTROLEUR DE TENSION DE DÉFAUT:

 

Selon ce que l'on a vu plus haut, la résistance d'entrée de ce type d'appareil ne doit pas être trop élevée.   Si l'on calcule la tension de défaut d'un appareil alimenté en 230 [V] dont la résistance d'isolement est de 0,25 [MW] avec un AMN doit sa résistance est de 20 [MW], on trouve une tension de défaut de 227,2 [V].   Si l'on fait la même mesure avec un AMA dont la résistance d'entrée est de 3000 [W], on trouve une tension de défaut de 2,72 [V].   Une résistance de 3 [kW] correspond environ à celle d'un homme debout en chaussures …

 

 

 

 

 

MESURE D'ISOLEMENT

 

Le but de cette mesure est de vérifier qu'il y a plus qu'une certaine valeur de résistance entre le conducteur de protection et les autres (habituellement 500 [kW]). Cette mesure doit s'effectuer en 2 parties bien distinctes:  

  • vérification de la continuité du conducteur de protection
  • contrôle de la résistance d'isolement.

 

 

 

Continuité du conducteur de protection

Pour pratiquer cette mesure, on doit mesurer une très petite résistance entre l'électrode de terre, les alvéoles de protection des prises réseaux, les objets conducteurs raccordés au PE.

On peut se servir d'un ronfleur, d'une lampe de poche ou mieux d'un ohmmètre pour faire ce contrôle.

 

 

Résistance d'isolement

Pour cette mesure il faut

1 déclencher les conducteurs polaire
2 ouvrir le sectionneur de neutre
3 voir s'il n'y a pas d'appareil électronique raccordé

Si non:                                               si oui:
4 mesurer PE - N                             4 ponter N, L1, L2,L3
5 mesurer PE - L1                            5 mesurer PE - N;L1, L2, L3
6 mesurer PE - L2                               attention, il peut tout de même y avoir des
7 mesurer PE - L3                               dégâts, il vaut mieux découpler ces appareils.

8 refermer le sectionneur
9 remettre en service les conducteurs polaires

 

Dans une installation neuve ou ancienne, la première mesure se fait au point de connexion N - PE. Si la mesure est bonne à cet endroit, on peut en déduire qu'elle sera bonne également plus loin dans l'installation et s'abstenir de faire d'autres mesures d'isolement. Si on continue toutefois à faire cette mesure de manière systématique groupe après groupe, on pourra trouver un éventuel mélange de groupes (fréquent avec les circuits de commande).  

 

 

MESURE DU COURANT DE BOUCLE

 

Le but de cette mesure est double:  

Le premier est de vérifier que le courant qui s'établira lors d'un court-circuit sera coupé suffisemment rapidement par les coupe-surintensité. Pour cela vous pouvez vous référer soit aux tabelles des fabriquants de fusibles ou de disjoncteurs, soit utiliser la liste ci-dessous qui donne une assez bonne approximation. Vous constaterez que l'intensité nécessaire pour faire fondre un fusible lent en 5 secondes correspond à environ 5 fois l'intensité nominale et pour un fusible rapide le rapport est de 4. Le courant minimum sera celui ou la résistance de boucle est la plus grande, soit à l'objet le plus éloigné de la source. • Le deuxième but est de contrôler si la puissance de coupure des coupe-surintensité est suffisante pour interrompre le courant de court-circuit. Sa puissance sera maximale lorsque le courant le sera aussi donc lorsque le court-circuit (ou la mesure) sera le plus en amont des fusibles ou des disjoncteurs.  

  Valeur nominale maximum du fusible pour une fusion sûr en 5s

courant de

court-circuit

fusible

rapide

fusible

lent

HPC

1 (rapide)

HPC

2 (lent)

HPC (KTF)

lent-rapide

100

25

20

   

20

125

35

25

40

 

25

150

40

25

50

 

25

175

40

25

50

40

25

200

50

25

60

40

25

225

63

40

75

50

40

250

63

40

75

50

40

275

63

50

75

60

50

300

63

50

100

60

50

350 80 63 100 60 63

 

Beaucoup d'appareils existent pour faire cette mesure. La plupart des appareils à disposition sur le marché permettent non seulement de mesurer le courant de boucle mais également la résistance de boucle (touche Rschl sur le M5012).  

 

Variation des résultats Lorsqu'on fait plusieurs mesures consécutives, on constate des différences qui peuvent être relativement importantes entre chacune des mesures. Certains appareils font directement plusieurs mesures et n'affichent qu'un seul résultat. Pour ceux qui ne disposent pas d'un appareil qui a ce type de facilité, il faut faire une dizaine de mesures. Puis calculer la moyenne arithmétique de ces mesures et exclure les valeurs variant de plus de 10% de cette moyenne. Pour trouver la valeur finale, il faut refaire une nouvelle fois le calcul de la valeur moyenne des mesures qui n'ont pas été supprimées. Pour effectuer cette mesure, il faut brancher l'appareil à tous les récepteurs, toutes les prises et après tous les coupe-circuit.

En faisant ces mesures vous aurez la désagréable surprise de constater que les mesures faites en aval des lignes raccordées à des disjoncteurs à courant de défaut occasionnent le déclenchement de ces derniers. Mais ce problème n'est pas insurmontable.  

 

Problème du DDR   Lorsqu'on fait la mesure du courant de boucle, on utilise le conducteur PE comme conducteur de courant pendant quelques alternances, ce qui a pour effet de faire fonctionner le FI. Pour palier à cet inconvénient, il faut:

  • soit ponter le DDR pendant la mesure
  • soit faire la mesure entre phase et neutre (mesure légèrement fausse)
  • soit utiliser un appareil type ZEROFI-B qui neutralise le DDR pendant la mesure

note : de plus en plus, les appareils modernes sont déjà équipés d'un moyen de neutraliser le DDR durant la mesure.    

 

 

LE TEST DU DDR

 

Un des contrôles obligatoires à faire selon l'OIBT est le test du DDR. Ce test se fait en 3 temps:  

  • 1) Presser sur le bonton test (test à répéter semestriellement) Le DDR doit déclencher
  • 2) créer un courant de défaut égal à la valeur pour laquelle le DDR doit déclencher en 0,2 [s]. Le DDR doit déclencher.
  • 3) créer un courant de défaut égal à la moitié de la valeur pour laquelle le DDR doit déclencher en 0,2 [s]. Le DDR ne doit pas déclencher.

 

 

 

Rappel du contrôle du champ tournant.

 

La dernière mesure à faire lors d'un contrôle d'installation est de vérifier que dans les prises triphasées, le cycle des phases soit respecté. tableau récapitulatif des différentes prises triphasées et du sens de leur champ tournant:

 

 

 

 

L'oscilloscope

 

Il sert d'abord à visualiser la forme d'une tension (ou l'image d'un courant si raccordé sur une résistance en série). Les modèles les plus courants ne sont pas très précis pour mesurer la basse tension. En montrant le signal au cours du temps, il permet de visualiser les valeurs de crêtes, les harmoniques, les charges et décharges de condensateurs, le déphasage courant - tension, etc. En permettant de voir un signal en fonction d'un autre signal (par exemple: I=f(u)), on peut visualiser la courbe caractéristique d'une diode, d'un transistor, etc…

 

 

 

L'analyseur de spectre

 

Grâce à cet appareil on peut voir quelles sont les fréquences présentes dans un plan de fréquences. Visualisation d'harmoniques, visualisation de signaux TV, etc… Chaque signal sera représenté par une raie ou un pic à sa fréquence propre dont la hauteur nous indique sa puissance en dB.

 

 

 

 

L'analyseur de perturbations du réseau

 

Ces appareils vont du simple voltmètre triphasé avec imprimante intégrée - qui permet de visualiser chaque variation de tension dans une ligne en en connaissant la date, l'heure et l'amplitude - jusqu'à l'appareil relié à un ordinateur sur lequel vous pourrez spécifier quelle (s) type (s) de variation vous voulez prendre en considération. Après analyse des résultats vous saurez si la perturbation vient du réseau ou de l'installation, vous pourrez déterminer s'il s'agit d'un récepteur inductif ou capacitif, s'il s'agit d'une sur ou sous tension ou d'une déformation du signal, etc., etc…  

 

 

 

Choix d'un appareil (OIBT)

Choix d'un appareil (OIBT)  
  • L'appareil qui ne fait pas déclencher le DDR lors de la mesure (peut éviter quelques escaliers et pas perdus)
  • Échelle de mesure et précision (des courants de boucle peuvent atteindre des milliers d'ampères, tous les appareils n'ont pas la possibilité de faire une mesure si élevée)
  • Un seul appareil pouvant faire toutes les mesures (souvent plus lourd et s'il doit être envoyé en réparation, on ne dispose plus d'aucun appareil; il est plus complexe à utiliser)
  • Un appareil pour chaque mesure (très encombrant quand on veut les porter tous en même temps)
  • Possibilité de mémoriser les résultats ( permet de ne pas devoir avoir en plus un stylo, du papier et devoir écrire pendant les mesures )
  • Possibilité d'imprimer les résultats (si les protocoles de mesure ne remplacent pas les avis d'achèvement unifiés, ils peuvent tout de même être utiles)
  • L'appareil fait lui-même plusieurs mesures du courant de boucle (plus de calcul à faire)
  • Résistance aux sollicitations mécaniques
  • Encombrement, position d'emploi et facilité à procéder aux mesures
  • Le prix

 

 

Avantage des AMN Avantage des AMA

  • pas d'erreur de parallaxe prix
  • mesure plus précise rapidité de réaction
  • lecture plus précise indique de brusque variation
  • position d'emploi quelconque pas de pile (sauf ohmmètre)
  • résiste mieux aux chocs mécanique
  • utilisation simple
  • valeur lue peut être transmise à une imprimante
  • résistance d'entrée plus élevée (10 [MW])

 

 

 

 

fonctionnement des appareils de mesure analogique

 

Les symboles

Tous les AMA ont une série de symboles donnant leurs principales caractéristiques. L'ordre dans lequel ils sont inscrit est le suivant:

  • 1 type de l'appareil appareil à cadre mobile
  • 2 genre de courant courant continu
  • 3 classe de précision plus ou moins 0,5%
  • 4 position d'emploi horizontale
  • 5 tension d'épreuve (étoile) 500 [V]

Voici un tableau représentant tous ces symboles: (attention ces symboles correspondent à un mode de fonctionnement ou de construction, il se peut toutefois qu'un mode de fonctionnement soit appelé de différentes manières, par exemple: à fer mobile = électromagnétique = ferromagnétique )

 

  Généralités

Comme nous l'avons vu plus haut, un ohmmètre fait une mesure de courant et déplace son aiguille sur un cadran gradué en ohm. Ce qui est moins évident est que, si l'on excepte l'appareil de mesure électrostatique, tous les autres font des mesures de courant même pour "mesurer" une tension. Le courant utilisé pour la mesure est simplement proportionnel à la tension (loi d'Ohm). Le rotacteur branchant des résistances en série pour créer une chute de tension avant l'organe de mesure. L'aiguille se déplace proportionnellement au courant sur une échelle graduée en volt. Lors de l'emploi d'appareils de mesure, il faut faire très attention à la forme de la tension. (continue, sinusoïdale, carrée, sinusoïde partielle due à un triac, etc.) et à la possibilité de la présence d'harmoniques qui peuvent complètement fausser une mesure. En présence de ces divers types de tension ou de courant, il convient de prendre un appareil TRMS (True Root Mean Squre) qui prend non pas une mesure mais une multitude de mesures puis fait la moyenne de la valeur efficace.

 

exemple :

On veut déterminer le cos phi d'une lampe PL dont la puissance active est donnée en recherchant U et I. Avec un appareil traditionnel, on trouve des valeurs dont le produit nous donne une puissance active que la puissance apparente! Avec un appareil TRMS, on trouve des résultats bien différents:

relevé pour une lampe PL de 20 [W]:

multimètre

normal

TRMS

courant

0,068 [A]

0,1428 [A]

tension

227,5 [V]

224,64 [V]

P

17 [W]

16,6 [W]

S

15,47 [VA]

32,08 [VA]

cos phi

1,09 !!

0,52

  Le fonctionnement des différents types d'appareils est très souvent similaire. Les premiers que nous allons voir provoquent la déviation de l'aiguille grâce à une force magnétique proportionnelle à un courant (dans une bobine) et un flux fixe (aimant permanent) ou entre deux bobines. La répulsion de pôles magnétiques identiques crée la déviation. Le couple antagoniste sera donné par un ressort ou un élément pneumatique.  

 

 

 

Appareil à cadre mobile

 

L' appareil à cadre mobile est constitué d'un aimant permanent en U présentant un pôle nord et un pôle sud à ses extrémités. Entre ces deux pôles magnétiques, il y a une bobine dont les fils d'alimentation servent de ressort pour produire la force antagoniste. Lorsqu'un courant circule dans la bobine, il y a un flux magnétique à l'intérieur de celle-ci et un pôle à chaque bout. Si les pôles sont différents, il y a attraction (erreur de branchement) et s'ils sont contraires, il y a une force de répulsion proportionnelle au flux (donc au courant car F = BlIn) qui donne lieu à un couple. La déviation a lieu jusqu'à ce que les deux couples (rotation-ressort) s'équilibrent.

 

L'appareil à cadre mobile est fait pour mesurer un courant continu. Pour des mesures de courant alternatif, l'appareil est muni d'un redresseur (permet la mesure jusqu'à env. 10 [kHz]). Il mesure la moyenne arithmétique du courant, l'échelle est graduée pour la valeur efficace. On trouve aussi des appareils à cadre mobile munis d'un thermoconvertisseur. Comme la force électromotrice thermo-électrique est due à un échauffement (effet Joule) l'appareil mesure directement la valeur efficace du courant. On peut faire des mesures jusqu'à des fréquences de 10 [MHz].

 

L'appareil à cadre mobile peut être très précis (classe 0,5) et est très sensible, il peut mesurer de très petits courants (10-11 [A]).

 

exemple de caractéristiques pour un multimètre à cadre mobile:

tension continue 0,1 à 1000 [V], 20 [kW/V]

tension alternative 2,5 à 1000 [V], 8 [kW/V]

courant continu 0,05 à 500 [mA]

résistance R *1, *10, *100, *1000

Cet appareil ne convient absolument pas pour des courants ou des tensions non sinusoïdaux.

 

 

 

 

Appareil électromagnétique

 

C'est probablement ce type d'appareil qui a le plus de variantes de conceptions possibles.

 

Dans cet exemple tout le flux est produit par la bobine. Cette dernière est fixe ce qui en fait un appareil moins fragile que celui à cadre mobile. Il n'y a aucun aimant permanent. L'aiguille est reliée à une tôle de fer magnétisable et mobile. A son côté se trouve une autre tôle de fer fixe.   Lorsqu'un courant traverse la bobine, il produit un flux magnétique qui magnétise également les deux fers. Leurs pôles magnétiques sont donc côte à côte et se répulsent. Le fer mobile entraîne l'aiguille dans un mouvement de rotation. le couple antagoniste est donné par un ressort.   Dans d'autres modèles le couple antagoniste est donné par une plaquette qui se déplace dans une chambre fermée (compression de l'air). Une variation du sens du courant induit un changement de pôle dans les deux fers mais ne change pas le sens de la déviation. On peut donc alimenter les appareils à fer mobile soit en continu, soit en alternatif.   De par sa construction, cet instrument de mesure est mécaniquement et électriquement plus robuste que celui à cadre mobile. Il supporte des surcharges importantes. Il est par contre moins précis (classe 1.5) et consomme dix fois plus de courant.   La bobine de champ d'un ampèremètre a un gros fil et peu de spires (petite résistance) alors que pour le voltmètre, elle a un petit fil et beaucoup de spires (grande résistance).   La valeur mesurée est la valeur moyenne quadratique (M = c.A.B2 avec B~I). La forme du courant dans la bobine est sans importance (même si pas sinusoïdale). Par contre l'emploi de shunt pour étendre l'étendue de mesure n'est possible qu'avec un signal sinusoïdal.  

 

 

Appareil électrodynamique

 

Ce type d'appareil est en fait une combinaison d'un appareil à cadre mobile et de celui à fer mobile. En effet, il est construit avec une bobine mobile et non pas un aimant permanent mais une bobine fixe d'excitation.

On utilise ces appareils surtout comme wattmètre. Une bobine est utilisée pour la mesure du courant et l'autre pour la tension. La déviation de l'aiguille dépend non seulement du flux des deux bobines mais également du déphasage en U et I. On mesure donc:

 

P = U . I . cos r       [W]

 

Pour utiliser ce type d'appareil comme varmètre, il suffit de créer un déphasage de 90 [°] de la bobine tension à l'aide d'une inductance ou d'une capacité. Ci dessous vous reconnaîtrez (de gauche à droite) cet instrument de mesure utilisé en wattmètre, en varmètre, en ampèremètre et en voltmètre.

 

Pour la mesure de puissance, c'est la bobine mobile qui sert de bobine de tension et la bobine de champs comme bobine de courant.

 

On peut utiliser cet appareil pour n'importe quel forme de courbe et la fréquence limite est de 5 [kHz]. Ils sont, comme celui à cadre mobile, très précis (jusqu'à une classe de 0,5).

 

 

 

Appareil électrostatique

Son principe est celui du condensateur à plaque, l'une des plaques étant mobile. En appliquant une tension, on charge différemment les plaques et l'on crée, entre ces plaques un champ électrique de sorte qu'une force d'attraction s'établit entre elles. Cette force dépend donc de la tension mesurée.   Le sens de la déviation de l'aiguille est toujours la même car la force = c.C2.U2. On peut mesurer des tensions jusqu'à 500 [kV] pour des fréquences jusqu'à 100 [Hz].  

 

 

 

Appareil à bimétal

 

Le principe du bimétal est de coller ensemble deux matériaux dont le coefficient de dilatation est différent. En modifiant la température (soit ambiante soit directement du bimétal) on crée une variation de la longueur de ces deux matériaux. La torsion est due à la variation non égale de la longueur des matériaux.

 

Dans cet appareil, la rotation de l'aiguille est due par l'échauffement d'une spirale bimétallique. L'échauffement se fait en faisant traverser le bimétal par un courant électrique. Ce type d'appareil mesure une valeur efficace de courant quelque soit la forme de la courbe et sa fréquence.

 

Cet appareil de mesure n'est pas très précis (classe 2,5) et a une relativement grande consommation propre. Comme son principe est basé sur un échauffement, il possède une grande inertie face aux variations de courant.

 

Dans certain cas, il est directement relié à un appareil électromagnétique qui indique toute variation, même minime, de courant alors qui le bimétal indique la tendance moyenne.

 

 

 

 

Appareil à lame vibrante

 

Ce type d'appareil est utilisé comme fréquence mètre. Il est constitué de plusieurs lames d'acier dont la fréquence propre est différente pour chacune d'entre elles. Soumises à un champ magnétique variable, celle qui entre en résonance va se mettre à vibrer.   L'affichage est une fenêtre graduée au travers de laquelle, on peut voir quelle (s) lame (s) vibre (nt).

 

 

 

 

 

Appareil à cadres croisés

 

Appelé aussi à différentiels, il peut être utilisé soit avec un système à cadre mobile ou électrodynamique. Au lieu de n'avoir qu'une bobine mobile, il en a deux. Elles sont couplées de façon à ce que leurs couples s'opposent.   Lorsque les deux courants sont égaux, il n'y a pas de déviation.   Lorsque l'un des deux est plus grand, il y aura rotation des bobines mobiles. Le couple antagoniste est donné par la deuxième bobine (de plus faible flux) car elle entre dans une zone de flux (due à la partie fixe de l'appareil de mesure) plus dense.   L'appareil ne mesure donc non pas une valeur efficace, moyenne ou absolue, mais le rapport (le quotient) de deux courants. Il sera utilisé comme ohmmètre ou mégohmmètre.

 

 

 

Appareil à induction

 

Il existe des wattmètres à induction, mais ce type d'appareil est plus connu sous le nom de compteur de kilowattheures (à quand le mégajoulemètre ?). Il utilise le principe du moteur asynchrone à rotor à cage. Constitué deux bobines (une de courant et une de tension), d'un disque en aluminium et d'un intégrateur mécanique (engrenage et vis sans fin entraînant un affichage). Les bobines induisent des courants de Foucault dans le disque. Ces derniers induisent à leur tours un flux magnétique induit. Il s'ensuit la création d'une force sur le conducteur (partie du disque parcourue par les courant de Foucault) et d'un couple sur le disque qui entre en rotation. Le couple de freinage est en rapport avec la vitesse de rotation du disque. Il est donné par un aimant permanent engendrant le même type de réaction que décrit ci-dessus.   Ces compteurs ont tous une constance c [1/kWh]indiquée qui indique le nombre de tours que doit faire le disque pour indiquer une consommation d'énergie électrique de 1 [kWh]   On peut calculer la puissance d'un récepteur en calculant le temps t [s] que met le disque pour faire un certain nombre de tours a [ ]  

Un compteur a une constante c qui vaut 75 [1/kWh = t/kWh]

l'appareil raccordé à ses bornes fait tourner le disque de

3 [ ] = [t] en 1 minutes (=60[s] = 0,016667 [h]). Quelle est la puissance du récepteur ?

 

Puissance = a /(c . t) = 3 / (75 .0,01667) = 2,4 [kW]
Puissance = a . 3600 / (c . t) = 3 . 3600 / (75 . 60) = 2,4 [kW]

 

 

 

 

Appareil à pont de …

 

Nous avons vu que les ohmmètres sont en réalité des microampèremètres. Ils ont leur propre source de tension, le plus souvent des piles. Malheureusement la différence de potentiel de la pile n'est pas du tout constante dans le temps ce qui rend l'appareil peu précis. Pour faire des mesures de résistance précises, il a fallu ne plus travailler avec la tension mais avec des différences de chutes de tension.  

C'est ce qu'a fait Wheastone en faisant son couplage en pont et en faisant la mesure avec l'annulation du courant dans le pont en ajustant la valeur de la résistance variable à celle à mesurer dans le rapport :

 

R1 / R2  = R3 / Rx

 

Par la suite ce pont à été amélioré par différents personnages, tout en gardant le même principe de base. Sans entrer dans le détail nous pouvons en nommer quelques uns:

  • pont de mesure de Thomson 8 résistances
  • pont de mesure à inductance de Thomson 3 résistances, 1 inductance , 1 condensateur
  • pont de mesure de capacités de Wien 3 résistance, 1 capacité réglable, 1 capacité

 

 

 

Appareil numérique

 

Les AMN sont composés de trois parties distinctes.

  • section analogique traite le signal à mesurer et est composé d'amplificateurs opérationnels, dispositifs de redressement, filtres, etc.
  • convertisseur analogique - numérique (Échantillonne la tension d'entrée et transforme ces échantillons en séries numériques.)
  • Partie numérique et afficheur (Comptage et comparaison des valeurs numériques et affichage.)

  La principale différence entre les divers AMN se trouve dans le convertisseur analogique - numérique. Les plus fréquemment utilisés sont:

  • mise à zéro
  • approximation successive
  • comparaison dent de scie et conversion tension - temps
  • conversion tension - fréquence
  • intégration double.

Ces différents systèmes servent à faire des comparaisons successives de la tension d'entrée avec une référence. S'il y a une différence, l'appareil modifie sa référence et recompare les deux signaux. Lorsque que la différence ne peut plus être améliorée, l'appareil affiche la valeur de la référence. Ce mode de fonctionnement que l'on peut voir sur l'affichage des AMN (augmentation de la valeur dépassement de la vraie valeur et stabilisation à la valeur finale) rend ces appareils d'une lenteur parfois exaspérante.   Comme il y a échantillonnage et quantification du signal à mesurer il a donc obligatoirement des seuils ou des pas. Une valeur comprise entre deux pas sera automatiquement arrondie au pas inférieur ou supérieur. Ces pas définissent la sensibilité de l'AMN appelés également "unité".   Avec ce type d'appareil, il faut également faire également attention au nombre de points de mesure. Ils donnent la plus petite "unité" de mesure possible (souvent également appelée digit - selon les fabriquants, on trouve une différence de signification du terme "digit".)   Tableau de correspondance digits - nombre de points de mesure

 

digit

nombre

de points

de mesure

calibre 1

plage de mesure

calibre 100

plage de mesure

3,5

2 000

0 - 1,999

0 - 199,9

3,75

3 000

0 - 2,999

0 - 299,9

4

10 000

0 - 9,999

0 - 99,99

4,5

20 000

0 - 1,999

0 - 199,99

 

Exemple:

 

Notre AMN compte 2000 points et a donc une étendue de mesure de 0 à 1999 (attention le 0 compte pour un point):

pour un calibre de 1 [V], elle s'étend de 0 à 1,999 [V|, l'unité vaut 1 [mV];

pour un calibre de 100 [mV], elle s'étend de 0 à 199,9 [mV], l'unité vaut 100 [mV] .

 

Attention: un nombre de points de mesure élevé ne signifie pas une grande précision.

 

 

titre.gif (1044 octets)

dsdem.gif (1088 octets)