Chapitre III : les appareils de mesure

République Algérienne Démocratique et Populaire
ﻲﻣﻠﻌﻟا ثﺣﺑﻟا و ﻲﻟﺎﻌﻟا مﯾﻠﻌﺗﻟا ةرازو
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
ﺟـﻣﺎـﻌـﻟا ﺔـيداو
Chapitre III : les appareils de mesure
Introduction
Dans la pratique, il est indispensable, pour assurer la maintenance et le dépannage des
appareils et équipements électriques et électroniques de contrôler la continuité d’un circuit et
de vérifier le niveau d’isolement d’une installation. Selon leurs caractères d’exploitation et
l’ordre de grandeur à mesurer, il est nécessaire de connaitre et d’étudier chaque
appareil de mesure afin de les utiliser convenablement.
I. Le galvanomètre
Un galvanomètre à cadre mobile est composé d’un aimant fixe et d’une bobine mobile (le
cadre) qui évolue dans le champ magnétique de l’aimant. Cette bobine mobile est solidaire
d’une aiguille. Elle est montée sur un axe muni de ressorts spiraux. Lorsqu’un courant
parcourt la bobine, il réagit en présence du champ magnétique de l’aimant et crée un couple
de rotation de la bobine. Ce couple s’oppose à celui créé par les ressorts spiraux. A
l’équilibre, l’angle de déviation de la bobine, donc de l’aiguille, est proportionnel au courant
qui traverse le cadre mobile. Un galvanomètre à cadre mobile est essentiellement un appareil
de mesure de courant.
Faculté des Sciences et de la Technologie
Département d’Electronique
Spécialité
: Télécommunications
Module : Méthodes de mesure et
instrumentation

La caractéristique principale d’un galvanomètre est sa sensibilité, exprimée par le courant
entraînant sa déviation maximum (de 100 µA à 1 mA). De par sa construction, le fil de cuivre
de la bobine possède une résistance faible (résistance interne). Des montages spécifiques
permettent de transformer un galvanomètre soit en ampèremètre (mesure de courant supérieur
au courant maximum applicable à la bobine), soit en voltmètre (mesure de tension plus grande
que la tension maximum applicable aux bornes du galvanomètre).
Les galvanomètres à cadres mobiles sont des appareils de mesure d’intensité. Un
galvanomètre est composé d’un aimant fixe et d’un cadre mobile pouvant effectuer une
rotation de 90° au maximum. Le cadre contient une bobine et il est surmonté d’une aiguille.
En position initiale (notée 0 sur le cadran du schéma), le champ de l’aimant est
perpendiculaire à l’axe de la bobine car un ressort, souvent en forme de spirale, ramène
l’aimant vers cette position initiale. Le champ magnétique généré par le courant traversant la
bobine force celle-ci à se tourner dans l’axe de l’aimant. L’aiguille fixée sur le cadre indique
la déviation lue sur un cadran gradué. Le galvanomètre a une résistance interne propre (Ri) et
une intensité de déviation maximum (Ig) à ne pas dépasser. Un galvanomètre ne peut lire que
de faibles intensités (intensité de déviation maximale, de l’ordre du milliampère, voire moins)
ou de faibles tensions (Ri x Ig, soit quelques µV).
Des montages spécifiques permettent de lire des tensions supérieures ou des intensités plus
importantes. Le galvanomètre est alors monté en voltmètre ou en ampèremètre.
Il y a trois régimes de fonctionnement qui caractérisent le mouvement de l’équipage mobile
du galvanomètre : périodique, apériodique ou apériodique critique.
L’équation du mouvement de l’équipage mobile est donné par :
I
dt
d
dt
d
0
2
2
2
2 fqw
q
l
q
=++
Où λ est le coefficient total d’amortissement;
w
est le couple résistif ;
0
f est le flux
magnétique dans l’entrefer ; et I est le courant qui parcourt le circuit de l’équipage mobile et
produit ainsi la déviation θ.
Il faut savoir faire la différence entre résistance interne g, résistance critique Rc et la résistance
du circuit extérieur du galvanomètre Rext

1- Régime oscillant : se produit quand le cadre a un mouvement oscillant plus au moins
amorti. Ce régime s’établit si la résistance du circuit extérieur vérifie la condition :
(Rext> Rc) du galvanomètre.
2- Régime apériodique : se produit quand le cadre a un mouvement oscillant plus au
moins amorti. Ce régime s’établit si la résistance du circuit extérieur vérifie la
condition (Rext< Rc) du galvanomètre.
3- Régime périodique critique : correspond à la situation d’égalité entre la résistance du
circuit extérieur et la résistance critique du galvanomètre (Rext= Rc). Dans ce cas, le
mouvement de l’équipage mobile est toujours apériodique, mais il est caractérisé par
un temps minimal d’établissement de la déviation d’équilibre.
II. 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.
II.1 Types d'ampèremètres
II.1.1 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.
II.1.2 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.
II.1.3 Ampèremètres spéciaux
· 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.
· La pince ampèremétrique à capteur à effet Hall permet de mesurer des courants
quelconque (même continu) et d'intensité élevée sans s'insérer dans le circuit. La pince
est composée d'un circuit magnétique qui se referme sur une pastille semi-conductrice.
Cette pastille va être soumise à l'induction générée par le fil (courant à mesurer). On
mesure l'induction car celle-ci a l'avantage d'exister quel que soit le type de courant.
La pastille semi-conductrice est soumise à un courant perpendiculaire à l'induction qui
la traverse. Tout ceci pour provoquer grâce à la force de Lorentz un déplacement de
charge dans la pastille qui va entrainer une différence de potentiel qui est
proportionnelle au champ et donc au courant.
· Les ampèremètres à fibre optique : ils sont utilisés dans le domaine de la THT (Très
Haute Tension) et lorsque la bande passante des capteurs à effet Hall est insuffisante
(étude des régimes transitoires violents, ceux pour lesquels le di/dt est supérieur à 108
A/s). Cette technique de mesure utilise l'effet Faraday : le plan de polarisation de la
lumière dans le verre tourne sous l'effet d'un champ magnétique axial. Cet effet ne
dépend pas de la direction de propagation de la lumière mais dépend de celle de
l'intensité.
· Les ampèremètres à effet Néel sont capables de mesurer des courants continus et
alternatifs, avec une grande précision que ce soit pour des courants faibles ou forts.
Ces capteurs sont constitués de plusieurs bobines et de noyaux réalisés en matériau
composite nanostructuré présentant des propriétés superparamagnétiques, d'où

l'absence de rémanence magnétique sur un large gamme de température. Une bobine
d’excitation permet de détecter la présence de courant grâce à la modulation par effet
Néel. Une bobine de contre-réaction permet de délivrer le courant de mesure,
directement proportionnel au courant primaire et au rapport du nombre de spires
primaire/secondaire. Le capteur de courant à effet Néel se comporte donc comme un
simple transformateur de courant, linéaire et précis.
II.2 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 multi calibres : 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 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, il est souhaitable de partir du plus haut calibre, en général
suffisant. On obtient ainsi une idée du courant circulant dans le circuit. Puis on diminue le
calibre jusqu'à atteindre le calibre le plus petit possible, tout en gardant une valeur supérieure
au courant mesuré.
Lecture
La lecture d'un appareil numérique n'a pas besoin d'être détaillée.