2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9

C
HAPITRE
2A
PPAREILS DE MESURE ANALOGIQUES ET NUMÉRIQUES
2.2 Mécanique automobile Module 9
Introduction
Dans le chapitre précédent, vous avez acquis des connaissances générales sur l’électricité et les uni-
tés de mesure utilisées. Vous avez aussi appris le rôle de chacun des appareils de mesure et décou-
vert les motifs qui justifient leur mode de branchement. Dans ce chapitre divisé en deux sections,
vous approfondirez ces notions en étudiant le fonctionnement et la manipulation des appareils
de mesure analogiques et numériques. L’apprentissage de l’utilisation de ces instruments s’effec-
tuera sur des circuits fonctionnels.
Extérieurement, la différence entre un appa-
reil analogique et un appareil numérique
s’observe surtout au regard du mode d’affi-
chage des résultats (figure 2.1). L’appareil
analogique exploite la position d’une aiguille
sur un cadran gradué. Si la valeur est élevée, la
position de l’aiguille sur le cadran est élevée;
si la valeur est faible, l’aiguille pointe vers le
bas. La position de l’aiguille est donc simi-
laire, ou analogue, à la valeur mesurée. Les
appareils à affichage numérique commu-
niquent directement, par un nombre, la va-
leur juste du paramètre mesuré.
Bien qu’elle soit en baisse, l’utilisation d’appareils de mesure analogiques demeure à la base de
l’apprentissage de l’électricité. Les mesures relevées ainsi que les techniques de raccordement sont
identiques à celles des appareils numériques. De plus, leur fonctionnement interne plus concret
facilite la compréhension des raisons qui justifient les différents branchements.
Dans cette section, vous apprendrez le fonctionnement et le raccordement des appareils de me-
sure analogiques. Vous apprendrez aussi à interpréter les résultats.
P
RINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Le fonctionnement de tous les appareils de mesure analogiques à courant continu repose sur la
réaction entre champs magnétiques. Vous savez, comme le montre la figure 2.2, que des pôles
semblables se repoussent et que des pôles contraires s’attirent. Le mouvement contrôlé de
l’aiguille provient essentiellement de la réaction entre un champ magnétique constant et immo-
bile et un autre, mobile et variable.
Figure 2.1 Appareils de mesure analogique et numérique (Ge-
neral Motors)
;
a
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2.1 APPAREILS DE MESURE ANALOGIQUES

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PPAREILS DE MESURE ANALOGIQUES ET NUMÉRIQUES
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2
Module 9 Mécanique automobile 2.3
Dans la réalité, à l’intérieur des appareils, c’est un
aimant en forme de fer à cheval qui crée le champ
magnétique constant et immobile (figure 2.3). Le
champ magnétique variable et mobile provient de
la circulation du courant à l’intérieur d’une bo-
bine. La bobine mobile, appelée cadre, est consti-
tuée de plusieurs tours de fil très fin enroulé sur
un tambour. Des fils souples relient la bobine
mobile au circuit interne de l’appareil. L’impor-
tance du courant dans la bobine détermine
directement l’intensité du champ magnétique et,
par conséquent, la position de l’aiguille sur le
cadran gradué. À titre d’exemple, si le champ
magnétique produit par un courant de 0,001 A
fait dévier l’aiguille jusqu’au maximum de
l’échelle, théoriquement, un courant de 0,0005 A
placera l’aiguille au centre de l’échelle. En prati-
que, le courant nécessaire au déplacement de la
bobine est habituellement inférieur à 50 µA
(1 microampère (µA) = 1 ampère (A)/1 000 000).
L’intensité du courant requis pour faire dévier
l’aiguille jusqu’à la limite supérieure de l’échelle est un critère important d’évaluation des instru-
ments analogiques. Cette information figure dans la fiche descriptive des appareils; elle est présen-
tée, par exemple, sous la forme suivante : 18 µA aiguille à la limite de l’échelle. Cette donnée
influe sur un autre élément qui caractérise les appareils analogiques : l’impédance. Exprimée en
ohms par volt (
Ω /V), l’impédance correspond à la valeur du courant dévié par l’appareil pour as-
surer son propre fonctionnement. À titre d’exemple, un instrument d’une impédance de
50 000
Ω /V ( I = E / R -> 1/50 000 = 0,000 02 A) soutire moins de courant qu’un instrument de
25 000
Ω /V ( I = E / R ->1/25 000 = 0,000 04 A). Un instrument à basse impédance prélève donc un
courant relativement élevé du circuit à l’essai pour déplacer son aiguille comparativement à un
instrument à forte impédance.
L’ensemble composé de l’aimant permanent, du cadre mobile et du ressort en spirale porte le
nom de mouvement d’Arsonval (figure 2.4). La position de l’aiguille et la précision des résultats
reposent entièrement sur la réaction entre les champs magnétiques et l’opposition offerte par le
ressort. Les appareils de qualité possèdent des masses d’équilibrage et le cadre pivote sur des pa-
liers antifriction, souvent nommés « pierres », identiques à ceux des mouvements d’horlogerie.
Figure 2.2 Mouvements causés par la réaction entre champs magnétiques (General Motors)
Aimant
permanent
Aimant
permanent Pivot
Champ magnétique
variable et mobile
Champ
magnétique
constant et
immobile
Ressort en
spirale
Aimant
permanent
Figure 2.3
É
léments essentiels d'un appareil analogique
(General Motors)
Échelle
graduée
Aimant en forme
de fer à cheval Bobine
mobile
N
N
S
S

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PPAREILS DE MESURE ANALOGIQUES ET NUMÉRIQUES
2.4 Mécanique automobile Module 9
En plus de s’opposer au champ magnétique, le ressort ramène l’aiguille contre sa butée au débran-
chement des pointes de vérification. À l’usage, la tension du ressort peut changer; les appareils
possèdent donc habituellement une vis de réglage à zéro de l’aiguille. Comme le montre la
figure 2.4, la vis de réglage agit directement sur une extrémité du ressort; sa rotation permet de si-
tuer l’aiguille vis-à-vis du zéro lorsque l’appareil est inactif.
La direction du courant dans la bobine doit respecter la polarité prévue, puisque l’inversion du
champ magnétique change la direction du cadre. L’aiguille s’appuie alors avec force contre sa
butée, ce qui risque de fausser l’appareil. Afin d’éviter de telles erreurs, les fabricants identifient les
pointes de vérification par des couleurs conventionnelles : noir pour la pointe négative, blanc ou
rouge pour la pointe positive. Ce type d’appareil n’est conçu que pour mesurer des courants conti-
nus (c.c.). Un courant alternatif fait dévier l’aiguille vers le haut de l’échelle pendant un demi-
cycle, et vers le bas de l’échelle durant le demi-cycle suivant; l’aiguille vibre sans indiquer de va-
leurs significatives.
P
ARALLAXE
L’aiguille demeure un moyen simple et efficace
d’indiquer différentes valeurs. Lorsqu’ils sont réglés
et interprétés correctement, les appareils à aiguille
(analogiques) donnent des résultats satisfaisants.
Le niveau de précision dépend en partie de la per-
ception et du jugement de l’utilisateur. À titre
d’exemple, la figure 2.5 montre deux lectures ana-
logiques dont une interprétation rapide risque de
fausser la précision. À la partie « a » de cette figure,
l’aiguille est postée entre le 2 et le 3, légèrement en
Figure 2.4 Composants d'un mouvement d'Arsonval (General Motors)
Échelle
graduée
Aiguille
Butée gauche
de l'aiguille
Aimant
permanent
Ressort
en spirale
Noyau Masses
d'équilibrage
Bobine
mobile
Vis de réglage à
zéro de l'aiguille
Butée droite
de l'aiguille
Figure 2.5 Lecture de mesures analogiques

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PPAREILS DE MESURE ANALOGIQUES ET NUMÉRIQUES
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2
Module 9 Mécanique automobile 2.5
deçà du centre; cette position devrait être interprétée comme valant environ 2,4. À la partie « b »,
l’aiguille pointe une valeur entre le 7 et le 8, légèrement au-delà du centre; le résultat est
d’environ 7,6.
La précision de l’interprétation dépend aussi de l’angle de visée adopté par l’observateur. Comme
le montre la figure 2.6, des angles de visée divergents donnent des relevés différents. Cette source
d’erreur de lecture est dite erreur de parallaxe . Seule une visée perpendiculaire à l’appareil analo-
gique permet des lectures correctes. Dans le but d’éliminer les erreurs de parallaxe, plusieurs ins-
truments analogiques possèdent une bande miroir parallèle à l’échelle graduée. La lecture des
résultats doit alors s’effectuer lorsque l’aiguille et son reflet se superposent, ce qui élimine les
risques d’erreurs.
P
RÉCISION DES APPAREILS DE MESURE ANALOGIQUES
En plus des erreurs d’interprétation, d’autres facteurs dus autant à la qualité des appareils qu’à leur
manipulation influencent, à divers degrés, la précision des résultats. La variation de la résistance
de la bobine du mouvement est un exemple de facteur qui augmente l’imprécision des indica-
tions de l’appareil. On indique généralement la précision d’un appareil en pourcentage de la va-
leur maximale de la lecture. Un appareil de qualité a habituellement un taux d’erreur de l’ordre de
2 à 3 % pour une mesure prélevée dans le tiers supérieur de l’échelle; ce taux passe de 5 à 10 %
pour un appareil de qualité inférieure. Dans certains cas, une telle marge d’erreur est intolérable.
Comme exemple, voici les résultats prélevés au moyen d’un appareil de 0-10 A offrant une précision
de 3 % à la déviation maximale de l’aiguille, aussi appelée à pleine échelle. Une déviation à pleine
échelle indique donc un courant de 10 A ±0,3 A, soit 9,7 A ou 10,3 A. Toutefois, lorsque le résultat
est de 1 A, la valeur exacte peut être de 1,3 A ou 0,7 A, ce qui représente une erreur de 30 %, puisque
la précision des lectures effectuées dans la zone inférieure de l’échelle est très faible.
D’autres facteurs influent sur la précision des appareils. Ils sont normalisés et leur importance per-
met de juger de la qualité d’un appareil. Ces facteurs sont les suivants :
– la reproductibilité , laquelle indique la constance de l’aiguille à se placer au même endroit à
la suite de mesures répétées d’une même valeur. Elle varie en fonction de la robustesse du
mouvement et du frottement entre le pivot du cadre et les « pierres »;
Figure 2.6 Influence de l'angle de visée sur la lecture d’un appareil analogique

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PPAREILS DE MESURE ANALOGIQUES ET NUMÉRIQUES
2.6 Mécanique automobile Module 9
– le coefficient de température inscrit sur les appareils, lequel précise l’influence de la tempé-
rature sur la résistance de la bobine. Selon la valeur de l’échelle choisie, les variations
peuvent devenir importantes;
– la position de l’appareil durant sa manipulation, laquelle risque d’influer sur la déflexion
(déviation) de l’aiguille. Pour répondre aux spécifications, certains appareils doivent être
placés verticalement, et d’autres, horizontalement.
1. Quel est le principe à la base du fonctionnement de tous les appareils de mesure analogiques?
2. Quel est l’élément qui crée un champ magnétique variable et mobile?
3. Comment exprime-t-on l’impédance d’un appareil analogique?
4. Lequel des instruments suivants est préférable : à basse impédance ou à haute impédance?
5. Quel nom donne-t-on à l’ensemble formé d’un aimant permanent, d’un cadre mobile et d’un
ressort en spirale?
6. Quelles sont les trois forces qui déterminent la position de l’aiguille sur le cadran d’un appa-
reil analogique?
7. Quel est l’effet, sur l’aiguille, de l’inversion du sens du courant dans la bobine mobile?
8. Quel est le rôle de la bande miroir parallèle à l’échelle graduée sur certains appareils
analogiques?
9. Le niveau de précision d’un appareil analogique demeure-t-il constant sur l’ensemble du par-
cours de l’aiguille?
10. Quelle est la signification de la reproductivité lorsqu’elle s’applique à un appareil de mesure?
Exercice 2.1