TP7 – Mesures électriques.

PCSI Physique
Activités expérimentales
Lycée Brizeux 2016-2017
TP7 – Mesures électriques.
Se fixer des objectifs
• Se familiariser avec le matériel utilisé cette année en électricité.
• Détermination par différentes méthodes d'une résistance inconnue.
• Détermination d’une résistance d’entrée et d’une résistance de sortie.
• Utiliser un multimètre numérique et comprendre son fonctionnement.
o Se familiariser avec sa notice pour :
§ Déterminer sa résistance d’entrée selon sa fonction.
§ Calculer des incertitudes de mesure.
§ Vérifier le lien entre résolution, calibre, nombre de points de mesure
1ère partie. Mesure d’une résistance électrique par différentes méthodes.
S'approprier
1. Le multimètre numérique
Un multimètre permet de mesurer une
tension, une intensité ou une
résistance (panneau d'affichage à
droite).
Calibre - Résolution - Nombre de points de mesure :
•
On appelle calibre 𝐶 la plus forte valeur pour une grandeur physique donnée que
peut mesurer le multimètre. Le calibre doit être supérieur à la valeur mesurée. Le
bon calibre est le plus petit calibre possible, c'est-à-dire celui qui est
immédiatement supérieur à la valeur mesurée.
Suivant l'appareil utilisé, le choix du calibre se fait automatiquement ou manuellement.
•
•
On appellerésolution 𝑅 d'un appareil la plus petite variation de mesure qu'il peut
déceler.
Le nombre de points de mesure 𝑁 sur un calibre 𝐶 pour une résolution 𝑅 est donné
%
par la relation : 𝑁 = .
&
Principe de fonctionnement.
Le multimètre convertit toujours le
signal d’entrée selon la fonction
d’utilisation choisie de l’appareil en
tension.
a. Le voltmètre.
Modélisation.
Le voltmètre peut être modélisé par le schéma à droite. On
modélise l'entrée du multimètre par une résistance d'entrée 𝑅' .
Elle est fixée par le constructeur et dépend du calibre choisi. On peut la connaître grâce
à la notice de l'appareil. La résistance d'entrée 𝑅' du voltmètre doit être la plus grande
possible pour que le courant dérivé dans l'appareil soit négligeable.
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Montage.
Un voltmètre se branche en dérivation sur le dipôle. Pour mesurer la tension 𝑈AB aux
bornes A et B d'un dipôle, il faut brancher le voltmètre entre les points A et B.
Sens de branchement, polarité.
Pour mesurer 𝑈AB , il faut relier A à la borne V et B à la borne COM.
Régime sinusoïdal.
,
Le voltmètre mesure la tension efficace c’est-à-dire : 𝑈+ = max .
0
b. L'ampèremètre
Modélisation
Le convertisseur Courant/Tension peut-être modélisé
par le schéma à droite. On modélise l'entrée du
multimètre par une résistance d'entrée 𝑅1 . Elle est fixée
par le constructeur et dépend du calibre choisi. On peut la connaître grâce à la notice
de l'appareil. La valeur de 𝑅1 étant connue, la mesure de 𝑈2 permet de déterminer 𝐼. La
résistance d'entrée 𝑅1 doit être petite devant les autres résistances de la branche pour ne
pas modifier l'intensité dans celle-ci.
Montage.
Un ampèremètre se branche en série dans le circuit.
Sens de branchement et polarité.
Le courant 𝐼, à mesurer, défini par une flèche sur le conducteur, doit entrer dans
l'ampèremètre par la borne marquée A (ou mA ou +) et ressortir par la borne COM
(commun).
Régime sinusoïdal.
2
L'ampèremètre mesure la tension efficace c’est-à-dire : 𝐼+ = max
0
c. L'ohmmètre
Modélisation
Le convertisseur Résistance/tension peut être modélisé par
le schéma à droite. Le courant débité par le générateur de
courant idéal est continu. Son intensité dépend du calibre
choisi pour la mesure. Ainsi la valeur de 𝐼4 étant connue (fixée par le constructeur), la
mesure de 𝐼4 permet de déterminer 𝑅.
Montage:
L'ohmmètre se branche en dérivation sur la résistance en circuit ouvert de façon à ne pas
perturber l'intensité 𝐼4 .
2. Montages longue et courte dérivation
On cherche à déterminer la valeur 𝑅5 d'une résistance en mesurant l'intensité 𝐼 qui la
traverse et la tension 𝑈 à ses bornes. Il existe deux montages possibles utilisant (en plus
de 𝑅5 ) : un voltmètre ; un ampèremètre ; un générateur basse fréquence.
è Faire le schéma des montages possibles.
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L'un s'appelle courte dérivation, l'autre longue dérivation.
è Nommer chacun des deux montages
è Analyser l'inconvénient de chacun de ces montages du point de vue de la tension et
de l'intensité mesurées.
è Lequel est adapté aux petites valeurs de résistances 𝑅5 ?
è Lequel est adapté aux grandes valeurs de résistances 𝑅5 ?
Réaliser-Valider
Résolution-calibre-nombre de points
è Choisir l'un des deux multimètres, quelle est sa résolution, le nombre de points de
mesure ? Vérifier la relation entre résolution-calibre-nombre de points de mesure.
Détermination d'une résistance inconnue
Problématique : trouver grâce au matériel fourni la méthode la plus précise pour
déterminer la valeur d'une résistance inconnue 𝑅5 de l'ordre de 200Ω. Tous les résultats
seront donnés avec leur incertitude pour un niveau de confiance de 95%.
Matériel disponible : la résistance inconnue 𝑅5 avec le code des couleurs ; un GBF ; deux
multimètres avec leur notice.
1. 1ère méthode : code des couleurs
è Déterminer grâce au code des couleurs la valeur de 𝑅5 associée à son incertitude.
2. 2ème méthode : Ohmmètre
è Déterminer la valeur de 𝑅5 directement à l'ohmmètre, utiliser la notice du
multimètre pour déterminer l'incertitude de mesure.
3. 3ème méthode : Montage longue dérivation
è Ce montage est adapté à la mesure si la résistance d'entrée 𝑅1 du multimètre utilisé
en ampèremètre est telle que 𝑅1 ≪ 𝑅5 . Déterminer 𝑅1 grâce à la notice du multimètre,
conclure.
è Faire le montage, régler le GBF pour qu'il délivre une tension continue.
è Mesurer 𝑈 et 𝐼, utiliser la notice des multimètres pour déterminer les incertitudes
associées.
è En déduire 𝑅5 et son incertitude.
4. 4ème méthode : Montage courte dérivation
è Ce montage est adapté à la mesure si la résistance d'entrée 𝑅' du multimètre utilisé
en voltmètre est tel que 𝑅' ≫ 𝑅5 . Déterminer 𝑅' grâce à la notice du multimètre,
conclure.
è Faire le montage, régler le GBF pour qu'il délivre une tension continue.
è Mesurer 𝑈 et 𝐼, utiliser la notice des multimètres pour déterminer les incertitudes
associées.
è En déduire 𝑅5 et son incertitude.