Ampèremètre

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Catégorie : Instrument de mesure électrique
Ampèremètre
Un ampèremètre est un appareil de mesure de l'intensité d'un courant électrique dans un
circuit. L'unité de mesure de l'intensité est l'ampère, symbole : A .
Ampèremètres analogiques
Représentation symbolique d'un ampèremètre dans un circuit
Types d'ampèremètres
Ampèremètres analogiques
Ils sont de plus en plus remplacés par des ampèremètres numériques. Pourtant, en
pratique, l'observation de leur aiguille peut fournir des informations sur les variations du
courant mesuré que l'affichage numérique ne donne que difficilement.
Il en existe plusieurs types :

L'ampèremètre analogique le plus répandu est magnéto-électrique, il utilise un
galvanomètre à cadre mobile. Il mesure la valeur moyenne du courant qui le
traverse. Pour les mesures en courant alternatif, un pont redresseur à diode est
utilisé pour redresser le courant mais ce procédé ne permet de mesurer avec
précision que des courants sinusoïdaux.

L'ampèremètre ferro-magnétique utilise deux palettes de fer doux à l'intérieur
d'une bobine. L'une des palettes est fixe, l'autre est montée sur pivot. Quand le
courant passe dans la bobine, les deux palettes s'aimantent et se repoussent, quel
que soit le sens du courant. Cet ampèremètre n'est donc pas polarisé. (Il n'indique
pas de valeurs négatives). Sa précision et sa linéarité sont moins bonnes que celles
de l'ampèremètre magnéto-électrique mais il permet de mesurer la valeur efficace
de courant alternatif de forme quelconque (mais de fréquence faible < 1 kHz).

L'ampèremètre thermique est composé d'un fil résistant dans lequel le courant à
mesurer circule. Ce fil s'échauffe par effet Joule, sa longueur variant en fonction
de sa température, provoque la rotation de l'aiguille, à laquelle il est fixé.
L'ampèremètre thermique n'est pas polarisé. Il peut être utilisé pour mesurer la
valeur efficace des courants alternatifs jusqu'à des fréquences de plusieurs
mégahertz.
Ampèremètre numérique
C'est en fait un voltmètre numérique mesurant la tension produite par le courant à
mesurer dans une résistance (appelée shunt). La valeur du shunt dépend du calibre utilisé.
En application de la Loi d'Ohm, La tension U mesurée est convertie, en fonction de la
valeur de résistance connue R du shunt, en une valeur A correspondant au courant.
Ampèremètres spéciaux
pince ampèremètrique

La pince ampèremétrique AC est une sorte de transformateur électrique dont le
primaire est constitué par le conducteur dont on veut connaître le courant et le
secondaire par un enroulement bobiné sur un circuit magnétique formé par les
deux mâchoires de la pince. Elle sert à mesurer des courants alternatifs élevés
sans insérer quoi que ce soit dans le circuit. Elle ne peut pas mesurer les courants
continus.
Utilisation d'un ampèremètre
Montage
Un ampèremètre se branche en série dans le circuit. Cela veut dire qu'il faut ouvrir le
circuit à l'endroit où l'on souhaite mesurer l'intensité et placer l'ampèremètre entre les
deux bornes créées par cette ouverture du circuit. Pour que sa présence ne modifie pas
l'intensité du courant à mesurer, sa résistance interne devrait être idéalement nulle.
Sens de branchement et polarité
Un ampèremètre mesure l'intensité circulant de la borne A (ou borne +) vers la borne
COM (ou borne -) en tenant compte de son signe.
En général, l'aiguille des ampèremètres analogiques ne peut dévier que dans un sens. Cela
impose de réfléchir au sens du courant et impose de câbler l'ampèremètre de manière à
mesurer une intensité positive : on vérifie alors que la borne + de l'ampèremètre est reliée
(éventuellement en traversant un ou plusieurs dipôles) au pôle + du générateur et que la
borne - de l'ampèremètre est reliée (éventuellement en traversant un ou plusieurs dipôles)
au pôle - du générateur.
Calibre
On appelle calibre la plus forte intensité que peut mesurer l'ampèremètre.
Tous les appareils modernes sont multicalibres : on change de calibre soit en tournant un
commutateur, soit en déplaçant une fiche. Les appareils les plus récents sont
autocalibrables (autorange en anglais) et ne nécessitent aucune manipulation.
Lorsqu'on utilise un ampèremètre analogique, il faut souvent éviter d'utiliser un calibre
plus petit que l'intensité du courant. Cela impose de déterminer par le calcul un ordre de
grandeur de cette intensité et de choisir le calibre en conséquence. Si on n'a aucune idée
de l'ordre de grandeur de l'intensité que l'on va mesurer, et dépendant de la capacité de
mesure de l'appareil utilisé (10 A à plus de 1000 A), on peut dire que l'on ne risque pas
grand chose à calibrer l'ampèremètre sur l’intensité maximum supportée par le circuit,
puis diminuer progressivement jusqu'à ce qu'une intensité soit détectable.
Lecture
La lecture d'un appareil numérique n'a pas besoin d'être détaillée.
Pour l'ampèremètre analogique, l'aiguille se déplace sur une graduation commune à
plusieurs calibres. L'indication lue ne représente qu'un nombre de divisions. Il faut donc
déduire l'intensité à partir de ce nombre en tenant compte de la valeur du calibre en
faisant un calcul, sachant que la graduation maximale correspond au calibre.
Voltmètre
Le voltmètre est un appareil qui permet de mesurer la tension (ou différence de potentiel
électrique) entre deux points, grandeur dont l'unité de mesure est le volt (V). La grande
majorité des appareils de mesure actuels est construite autour d'un voltmètre numérique,
la grandeur physique à mesurer étant convertie en tension à l'aide d'un capteur approprié.
Représentation symbolique d'un voltmètre dans un circuit
Les différents types de voltmètre
Voltmètres analogiques
Ils sont en voie de disparition, bien qu'encore utilisés comme indicateurs rapides de
l'ordre de grandeur ou de la variation de la tension mesurée. Ils sont généralement
constitués d'un ampèremètre en série avec une résistance élevée. Toutefois cette
résistance, de l'ordre de quelques kΩ, est nettement inférieure à la résistance interne des
voltmètres numériques, habituellement égale à 10 MΩ. Pour cette raison, les voltmètres
analogiques introduisent une perturbation plus importante dans les circuits dans lesquels
ils sont introduits que les voltmètres numériques.
Voltmètres magnétoélectriques
Un voltmètre magnétoélectrique est constitué d'un galvanomètre, donc un ampèremètre
magnétoélectrique très sensible, en série avec une résistance additionnelle de valeur
élevée (de quelques kΩ à quelques certaines de kΩ). On réalise un voltmètre à plusieurs
calibres de mesure en changeant la valeur de la résistance additionnelle. Pour les mesures
en courant alternatif, un pont redresseur à diodes est intercalé mais ce procédé ne permet
de mesurer que des tensions sinusoïdales.
Voltmètres ferroélectriques
Un voltmètre ferroélectrique est constitué d'un ampèremètre ferroélectrique en série avec
une résistance additionnelle de valeur élevée (de quelques centaines d'Ω à quelques
centaines de kΩ). Comme les ampèremètres du même type le font pour les courants, ils
permettent de mesurer la valeur efficace de tensions de forme quelconque (mais de
fréquence faible < 1 kHz).
Voltmètres numériques
Ils sont généralement constitués d'un convertisseur analogique-numérique double rampe,
d'un système de traitement et d'un système d'affichage.
Mesure des valeurs moyennes de tensions continues
La tension à mesurer est appliquée à l'entrée du convertisseur analogique-numérique à
travers une résistance dont la valeur dépend du calibre choisi, puis l'organe de traitement,
tenant compte de ce calibre, permet d'afficher la valeur moyenne de cette tension.
Mesure des valeurs efficaces des tensions alternatives
Voltmètre « bas de gamme »
Il n'est utilisable que pour la mesure des tensions sinusoïdales dans le domaine de
fréquence des réseaux de distribution électrique. La tension à mesurer est redressée par
un pont de diodes puis traitée comme une tension continue. Le voltmètre affiche ensuite
une valeur égale à 1,11 fois la valeur moyenne de la tension redressée. Si la tension est
sinusoïdale, cette valeur est la valeur efficace de la tension.
Voltmètre « efficace vrai »
La majorité des appareils commercialisés effectuent cette mesure en trois étapes :
1. La tension est élevée au carré par un multiplieur analogique de précision.
2. L'appareil réalise la conversion analogique-numérique de la moyenne du carré de
la tension
3. La racine carrée de cette valeur est ensuite effectuée numériquement.
Le multiplieur analogique de précision étant un composant coûteux, ces voltmètres sont
trois à quatre fois plus chers que les précédents. La numérisation quasi totale du calcul
permet de réduire le coût tout en améliorant la précision.
D'autres méthodes de mesure sont également utilisées, par exemple :


Conversion analogique-numérique de la tension à mesurer, puis traitement
entièrement numérique du calcul de la « racine carrée du carré moyen ».
Égalisation de l'effet thermique engendré par la tension variable et de celui
engendré par une tension continue qui est ensuite mesurée.
On distingue deux types de voltmètres « efficace vrai » :

TRMS (True Root Mean Square = Vraie racine carrée du carré moyen) Il mesure la véritable valeur efficace d'une tension variable.

RMS (Root Mean Square = Racine carrée du carré moyen) - La valeur
RMS est obtenue grâce à un filtrage qui élimine la composante continue
(valeur moyenne) de la tension, et permet d'obtenir la valeur efficace de
l'ondulation (valeur efficace RMS ou AC) de la tension.
Résistance interne
La mesure avec un voltmètre s'effectue en le branchant en parallèle sur la portion de
circuit dont on désire connaître la différence de potentiel. Ainsi en théorie, pour que la
présence de l'appareil ne modifie pas la répartition des potentiels et des courants au sein
du circuit, aucun courant ne devrait circuler dans son capteur. Ce qui implique que la
résistance interne du dit capteur soit infinie, ou du moins soit la plus grande possible par
rapport à la résistance du circuit à mesurer.
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