TP 1 : Métrologie I Avertissement II But du TP III Manipulations

TP électricité : Métrologie
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TP1:Métrologie
I Avertissement
• Les pince ampéremétriques ne sont pas des castagnettes. Les pièces mobiles sont
fragiles. Pensez-y !
• L’électricité est dangereuse. Tout comportement déviant verra l’exclusion du TP de
l’étudiant concerné.
• En fin de TP les fils seront rangés par longueur et par couleur sur les supports prévus.
• Ne pas sortir les feuilles des classeurs.
II But du TP
Appréhender les mesures de tension, courant et puissance. Découvrir ou se remémorer les
caractéristiques et l’utilisation des appareils de mesure de ces grandeurs.
III Manipulations
III.1 Branchement d’un voltmètre
III.1.1 Rappels
Une tension se mesure à l’aide d’un voltmètre. Un voltmètre présente en théorie une
résistance infinie. En pratique il présente une résistance finie : 10 MΩ pour les voltmètres
numériques et quelques centaines de kΩ pour les voltmètres à aiguille.
On connectera toujours un voltmètre en parallèle
230 V
V
I = 0A
=R infinie
Figure 1 :Exemple de branchement d’un voltmètre
III.2 Remarques sur les appareils à aiguilles.
III.2.1 Leur fonctionnement
Un appareil à aiguille peut être comparé à une bobine générant un champ magnétique
proportionnel à l’intensité la traversant.
Si on fixe une aiguille traversée par un axe sur un aimant, lui-même attiré de façon
proportionnelle au champ magnétique (donc au courant), on a ainsi constitué un appareil de
mesure, l’aiguille déviant proportionnellement au courant traversant la bobine.

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Figure 2 : Fonctionnement d’un appareil à aiguille
Il ne faudrait pas croire que les appareils à aiguilles soient démodés : ils présentent en effet
beaucoup d’avantages :
• Pas d’alimentations ce qui peut être utile dans des lieux peu visités (armoires
techniques etc.)
• Lisibilités accrues par rapport aux afficheurs à cristaux liquides : le temps de réaction
d’un opérateur est beaucoup plus rapide sur une aiguille en butée et une surveillance
globale de plusieurs appareils à aiguilles en est grandement facilitée.
III.3 Mesure d’une tension grâce à un voltmètre à aiguille
Votre appareil se présente sous la forme suivante :
Figure 3 : Voltmètre
Image 1 : Voltmètre
• Examiner le voltmètre et déterminer si l’appareil doit être lu en position verticale ou
horizontale.
Horizontale Verticale
Figure 4 :Position
Image 2:Position
0 250
200
150
100
1,5
1
Appareil utilisable en
alternatif Appareil
utilisable
Verticalement
Tension de
claquage
de
l’appareil
Classe de
l’appareil

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N’oubliez pas que l’on a affaire à un système mécanique qui a été équilibré pour une position
précise
• Déterminer si l’appareil mesure du continu = ou de l’alternatif ≈ ou les deux.
• Déterminer la technologie de l’appareil :
Magnétoélectrique Ferromagnétique
s
Figure 5 : Technologie et classe
Image 3:Technologie et classe
• Le ferromagnétique présente l’avantage de donner la valeur efficace d’un signal
∫
=
T
dttv
T
Veff
0
2
)(
1
même si celui ci n’est pas sinusoïdal.
• Ne pas confondre avec la valeur moyenne
∫
=
T
dttv
T
Vmoy
0
)(
1
• Ici v(t) 230 2.sin( t)= ω car Veff. 2 Vcrete= pour un signal sinusoïdal
• V
moy
est nulle pour un signal sinusoïdal.
• V
eff
représente l’action qu’aurait une même tension ou courant continu : Si on
alimentait un radiateur avec une alimentation continue de 230V ce radiateur
chaufferait autant que si on l’alimentait sous une tension sinusoïdale de 230V
efficace !!
• Déterminer la classe de l’appareil. C’est le chiffre au-dessus de l’indicateur de position
de lecture. Il donne la précision de l’appareil : pour chaque mesure, l’incertitude
absolue est donnée par classexcalibre
100 . Cette incertitude est constante pour un calibre
donné.
• Sur la figure du voltmètre Figure 3 , la classe de l’appareil est de 1,5.Le calibre est de
250V et l’aiguille s’arrête sur 150 V.L’incertitude absolue est donnée par
V
x
75,3
100 5,1250 =.Nous lirons donc 150+/- 3,75V.
• Autre exemple, sur l’Image 3:Technologie et classe la classe est de 1,5
• Ainsi moins l’aiguille dévie et moins la précision est bonne d’où la recherche de la
plus grande déviation possible pour accroître la précision relative de lecture.
• Si l’aiguille dévie peu (une division par exemple) on peut arriver à des lectures
aberrantes : 1 V
+
/
-
4 V !!
• Montage hors tension, effectuer le branchement à l’aide du voltmètre à aiguille:

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Figure 6 : Mesure d’une tension
Image 4 : Mesure d’une tension
• Mettre le montage sous tension. Notez la valeur de la tension et comparer avec vos
voisins. Conclusion? EDF garantit-elle la valeur de la tension ? En vous aidant de la
classe de l’appareil, déterminer l’erreur absolue de lecture ainsi qu’un encadrement de
la tension mesurée. En réalité, EDF garanti la tension entre 220 et 240 V.
III.4 Mesure d’une tension à l’aide d’une pince multifonction numérique
III.4.1 Introduction
Hors tension, on remplacera le voltmètre à aiguille par la pince ampèremétrique.
III.4.2 Avertissement
• On vérifiera que la pince est réglée sur 50Hz et non 60 Hz, fréquence utilisée aux états
unis par exemple.
(Commutateur placé sur la tranche de l’appareil)
Figure 7 : Mesure d’une tension
Image 6 : Mesure d’une tension
• Mettre le montage sous tension en commutant le curseur sur ~V et lire la tension.
Interrupteur
0
2
50
150
100
50
2
1
Image 5
Inter

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• Comparer avec la valeur lue précédemment avec le voltmètre à aiguille.
• Appuyer 5 fois sur la touche Func et lire la valeur de la fréquence du secteur.
• Comparer avec celle trouvée par vos camarades..
• Quelles en sont les applications dans la vie courante ?
• Conclusion ?
III.5 Mesure d’un courant
III.5.1 Rappels
Un courant se mesure à l’aide d’un ampèremètre ou d’une pince ampèremétrique. Un
ampèremètre présente en théorie une résistance nulle. En pratique il présente une résistance
finie de quelques fractions d’ohms. On connectera toujours un ampèremètre en série.
On utilisera ici les ampèremètres à aiguille et une pince wattmétrique.
III.5.2 Etude préliminaire
Déterminer en théorie la valeur du courant traversant la lampe sachant que P=V.I et que la
puissance est notée sur la lampe.
III.5.3 Manipulations avec l’ampèremètre.
On veut mesurer le courant qui circule dans le circuit précédent. Montage hors tension,
effectuer le branchement à l’aide de l’ampèremètre 500 mA à aiguille en série.
Figure 8 : Mesure d’une intensité
Image 7:Mesure d’une intensité
• Encadrez la valeur lue avec la classe de l’appareil.
• Que se passe-t-il si on connecte un ampèremètre en parallèle ? Ne pas le faire !!!.
Quelles en seraient les conséquences sur le montage ?
III.5.4 Utilisation d’une pince ampèremétrique.
Les pinces ampèremétriques permettent de mesurer un courant sans avoir à ouvrir le circuit
électrique ce qui peut être très utile sur des lignes hautes tensions.
C’est l’instrument typiquement employé sur un chantier.
Un peu de théorie
Il existe deux grandes familles de pinces ampèremétriques : les pinces à effet Hall et les
pinces transformateurs.
• Les pinces à effet Hall
Soit un conducteur parcouru par un courant I créant un champ magnétique B.
Pour contrebalancer les forces magnétiques (F=qvB) se crée une force qE due au champ
électrique E induit. Il se crée alors une tension V=E/a proportionnelle à B donc à I, intensité
parcourant le conducteur.
0
500
2
50
2
1
mA