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Le multimètre, mesurer U I R

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1/6 : Généralités, résolution, bornes...

Panorama de multimètres :





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Résolution : le...


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2/6 : Voltmètre, mesure de tensions

Mesure de tension avec divers modèles :





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Multimetres

Les calibres du voltmètre

Multi calibres à gauche et 6000 points contre automatique 4000 points à droite.

Le rouge est TRMS, le bleu dispose de fonctions avancées (mesure de capacité, de température...).
Attention : les multimètres automatiques vous protègent des erreurs de calibre, pas des erreurs de type de courant (continu ou alternatif).
Seul le VAT (Voir conseils+) le permet
VAT Vérificateur Absence de Tension




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Résistances et calibres de mesure :

1
2
3
4
5

Calibre 200 mV


Voltmètre R calibre 200 mV
Ici, la mesure est directe, le CANConvertisseur Analogique Numérique, c'est lui qui convertit la grandeur tension en affichage digital. Cet appareil ne sait mesurer qu'une tension : 200 mV, mais 199.9 en réalité ! Il existe des multimètres plus précis affichant jusqu'à 399.9 mV et même 599.9 mV voire jusqu'à 399.99 mV.
199.9, que nous arrondissons à 200 mV est le plus standard. Notons qu'il affiche en réalité ± 200 mV.
Il existe aussi des modèle 20 ou 40 000 points : 399.99 mV ; méfiez-vous toutefois de la conformité réelle de ce dernier chiffre !
reçoit l'intégralité de la tension entre les bornes V et COM du voltmètre. A priori, sur ce calibre, les 5 résistances en sérieCe sont ces 5 résistances dont la somme fait exactement 10 MΩ :
1 kΩ + 9 kΩ + 90 kΩ + 900 kΩ + 9 000 kΩ = 10 000 kΩ soit 10 MΩ.
Ainsi, 10 MΩ est la valeur normalisée et respectée par la grande majorité des fabricants quel que soit le calibre de mesure !
n'ont pas d'utilité réelleCertains appareils 'haut de gamme' permettent un accès direct au CAN ce qui offre non plus 10 MΩ d'impédance d'entrée mais 1 GΩ 10^9 et plus !.
NB : car non utile à la compréhension, le circuit de protection du module CAN n'est pas représenté

Calibre 2 V


Voltmètre R calibre 2 V
Notre CAN est en parallèle avec : 1 + 9 + 90 + 900 = 1 000 kΩ = 1 MΩ
La tension à mesurer, entre les bornes V et COM est en parallèle sur les 10 MΩ.
Le rapport entre tension CAN et tension à mesurer est de 1/10° car 1 MΩ = 10 MΩ / 10.
Si le CAN lit désormais seulement 1/10° de la tension à mesurer,
il affiche pourtant la bonne valeur !
Stratagème : quand vous tournez le commutateur de calibre, vous déplacez et le point de lecture et la virgule : l'illusion est parfaite !

Calibre 20 V


Voltmètre R calibre 20 V
Cette fois le CAN est en parallèle avec : 1 + 9 + 90 = 100 kΩ = 0.1 MΩ
La tension à mesurer, entre les bornes V et COM est en parallèle sur les 10 MΩ.
Le rapport entre tension CAN et tension à mesurer est de 1/100° car 0.1 MΩ = 10 MΩ / 100.
Le CAN lit désormais seulement 1/100° de la tension à mesurer.
Là encore le déplacement du commutateur (manuel ou automatique d'ailleurs)
assure le double changement : point de lecture et déplacement de la virgule affichée... Et là encore 'le tour est joué' !

Calibre 200 V


Voltmètre R calibre 200 V
Ici, le CAN est en parallèle avec : 1 + 9 = 10 kΩ
La tension à mesurer, entre les bornes V et COM est en parallèle sur les 10 MΩ.
Le rapport entre tension CAN et tension à mesurer est de 1/1 000° car 10 kΩ = 10 MΩ / 1 000.
Le CAN lit maintenant 1/1 000° de la tension à mesurer.
A nouveau le déplacement du commutateur assure sa double fonction : point de mesure et virgule !

Calibre 2000 V 1 000 V


Voltmètre R calibre 1000 2000 V
Enfin le CAN est en parallèle avec : 1 kΩ
La tension à mesurer, entre les bornes V et COM est en parallèle sur les 10 MΩ.
Le rapport entre tension CAN et tension à mesurer est de 1/10 000° car 1 kΩ = 10 MΩ / 10 000.
Le CAN lit maintenant 1/1 000° de la tension à mesurer.
Là encore le déplacement du commutateur assure sa double fonction... Attention aux 1 999 VoltsPour des raisons de sécurité et de normes (on sort de la BT au dessus de 1 500 Vcc et 1 000 V~), les appareils sont réputés mesurer généralement 1 000 Vcc maximum. techniquement possibles mais vivement déconseillés !




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Vérifions l'impédance d'entrée du voltmètre !...


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3/6 : Ampèremètre, mesures d'intensités

Mesure d'intensité :





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Résistance en série

1
2
3
4
5
6

Calibre 200 µA


Ampèremètre calibre 200 µA
Là aussi notre CAN ne sachant mesurer que 200 mV, il convient de trouver un moyen pour convertir des µA en mV ! Comment convertir une intensité en tension ?
Simplement via une résistance : U = R × I
R = U / I = 200 mV / 200 µA = 1 kΩ ou 1 000 Ω
On insère donc 1 000 Ω en parallèle entre l'entrée intensité (A ou mA) et COM et on lit (en parallèle aussi) simplement la tension !

Calibre 2 mA


Ampèremètre calibre 2 mA
Pour changer de calibre le commutateur rotatif, traversé par l'intensité à mesurer, change la valeur de la résistance en parallèle entre les bornes (et la virgule !).
R = U / I = 200 mV / 2 mA = 100 Ω
On insère donc 100 Ω en parallèle entre l'entrée intensité (A ou mA) et COM et on lit (en parallèle aussi) simplement la tension !

Calibre 20 mA


Ampèremètre calibre 20 mA
R = U / I = 200 mV / 20 mA = 10 Ω
On insère donc 10 Ω en parallèle entre l'entrée intensité (A ou mA) et COM et on lit (en parallèle aussi) simplement la tension !

Calibre 200 mA


Ampèremètre calibre 200 mA
R = U / I = 200 mV / 200 mA = 1 Ω
On insère donc 1 Ω en parallèle entre l'entrée intensité (A ou mA) et COM et on lit (en parallèle aussi) simplement la tension !

Calibre 2 A


Ampèremètre calibre 2 A
R = U / I = 200 mV / 2 A = 0.1 Ω
On insère donc 0.1 Ω en parallèle entre l'entrée intensité (A ou mA) et COM et on lit (en parallèle aussi) simplement la tension !

Calibre 20 A


Ampèremètre calibre 20 A
Pour de si grandes intensités, les résistances de contact deviennent problématiques et le risque d'échauffement dangereux du commutateur rotatif est réel...
Aussi, les constructeurs ajoutent une borne derrière laquelle est directement (en série avec un fusible depuis quelques années) soudé un shunt calibréCe shunt est généralement un 'bout de fil' de cuivre déterminé par R = ρ × lg / S
La calibrage s'obtient comme ici par augmentation de section (perle de soudure) si lors de son raccordement, sa valeur était trop grande. Une entaille dans le cas contraire (on joue donc sur la section).
Shunt multimètre calibre 10 ou 20 A
.
La valeur de ce shunt se calcule simplement :
R = U / I = 200 mV / 20 A = 0.01 Ω
On effectue donc la lecture en parallèle entre la borne 20 A (ou 10 A : limite par sécurité) et COM !




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On mesure la résistance série de l'ampèremètre...


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4/6 : Ohmmètre, mesure de résistance

Mesure de la résistance de résistors électriques





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Shunts d'ampèremètres, leur 'étalonnage'...


La vidéo en zone abonnés vous aide à utiliser correctement un shunt de mesure.




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Utiliser un shunt de mesure !...


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5/6 : Les erreurs de mesure !

Application de la loi d'Ohm, erreur ? !


Mesurée à l'ohmmètre, la valeur était de 9 MΩ ; en appliquant :
R = U / I, le résultat est de 5 MΩ !!! Du simple au double !




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Application de la loi d'Ohm, encore une erreur ? !


Cette fois-ci, j'ai décidé de mesurer une résistance contrôlée à 0.1 Ω et là...
R = U / I nous donne un résultat de 0.16 Ω !!! 60% d'erreur !

Correction et explications en vidéosCorrection des mesures très basse et haute résistance : partie abonnés !





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Correction des erreurs et conclusion en 3 étap...


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6/6 : La continuité et autres fonctions

Vérifier un fusible, un fil, l'absence d'un court-circuit !


Sur la fin de la vidéo, quelques autres fonctions que l'on abordera en électronique !




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Pour les électroniciens...


Testeur multi-composants discrets actifsDiodes et tous types de transistors et passifsRésistances, condensateurs et inductances !




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Maquette multimètre





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Quiz sur le multimètre ! En vert les exactitud...


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Tableau des (sous) multiples

1
2
3
4
T Téra 10^12

1
— = m
k
G Giga 10^9
M Mega 10^6
k kilo 10^3
Unité 1
m milli 10^–3
1
— = k
m
µ micro 10^–6
n nano 10^–9
p pico 10^–12
T Téra 10^12




1
— = µ
M
G Giga 10^9
M Mega 10^6
k kilo 10^3
Unité 1
m milli 10^–3
1
— = M
µ
µ micro 10^–6
n nano 10^–9
p pico 10^–12
T Téra 10^12







1
— = n
G
G Giga 10^9
M Mega 10^6
k kilo 10^3
Unité 1
m milli 10^–3
1
— = G
n
µ micro 10^–6
n nano 10^–9
p pico 10^–12
T Téra 10^12










1
— = p
T
G Giga 10^9
M Mega 10^6
k kilo 10^3
Unité 1
m milli 10^–3
1
— = T
p
µ micro 10^–6
n nano 10^–9
p pico 10^–12

Valeur efficace et maximale !


Un appareil de mesure arbore un logo TRMSTRMS : True R.M.S, RMS sans le T de 'true' (vrai), efficace vrai...
Cohabitent plusieurs types d'appareils : les classiques qui divisent systématiquement via des résistances toute tension alternative par √2 et les TRMS
quand il est capable de mesurer des signaux autres que symétriques et sinusoïdaux dont notamment ceux incluant une composante continue, une forme différente ; voire le signal provenant d'un variateur ; en MLIModulation de Largeur d'Impulsion, voir variateurs ou électronique si le sujet vous intéresse
Singnaux MLI loi U sur F
.


Diviseur analogique simple

Diviseur par 2, racine de 2
Pour aborder simplement le sujet,  on commence par très simple : à gauche un diviseur par 2 : 2 résistances identiques en série, on lit la tension divisée par 2 à leur point de liaison !
Pour diviser par √2, la résistance première sera composée de la valeur flottante (après la virgule) de 1.4142... (√2), (ou d'un multiple), alors que l'on effectuera la mesure sur la valeur entière (1 ou multiple).

Signaux non sinusoïdaux, voire 'exotiques'


Signaux et piège !
  1. A gauche le carré, pour lequel, valeurs efficace et maxi sont ≃ identiques ! 100% de la surface
  2. Suit un triangle : efficace = maxi / √3
  3. Une rampe non symétrique : multimètre TRMS obligatoire !
  4. A droite... Le trapèze ! Signal impossible :-) ! Il remonterait le temps !

Valeur moyenne

Terminons avec la valeur moyenne du courant alternatif à ne pas confondre avec l'efficace car la valeur moyenne d'un courant symétriqueToutes les formules de cette page ne sont valables que pour un signal dont les alternances positives et négatives sont opposées mais scrupuleusement identiques en valeur absolue comme représenté sur le dessin de gauche. est nulle, c'est pour cela qu'un voltmètre en continu affichera 0 :
Valeur moyenne, surfaces + et -Multimètre alternatif, continu, VAT
Les surfaces + et – sont équivalentes et donc un galvanomètre afficherait 0, l'aiguille n'ayant pas le temps de battre le rythme (50 Hz) resterait au milieu !A gauche un multimètre en ~, au centre en continu, à droite un VATVérificateur Absence de tension, utilisé lors de consignations électrique il offre l'avantage de rendre impossible toute erreur de calibre !
VAT en action Vérificateur Absence de Tension
Un autre VAT
, les 3 raccordés en parallèle sur la même source '230 V~'. Le voltmètre continu affiche bien 0 alors que la tension, commune aux 3 appareils, est de 215.8 Volts ~ !


Mesure 4 fils

L'illustration ci-dessous nous révèle 2 circuits :
  1. En noir gras le circuit alimenté par le générateur de courantGénérateur d'intensité ou prévoir une alimentation capable de travailler en court-circuit dans la mesure où la résistance à mesurer est faible
    Le montage 4 fils ne se justifie que pour des résistances faibles (inférieures à 20 Ω) ou de grandes distances
    Ou pour de la grande précision : sonde PT100
    Sonde PT100
  2. En gris fin, le circuit de mesure avec le voltmètre.
Mesure 4 fils principe
Pourquoi ne pas mesurer la tension U directement sur le générateur d'intensité et économiser ainsi 2 fils ?
La résistance des fils acheminant le puissance ne doit pas être négligée, si R à mesurer vaut 1 Ω ; R fil peut engendrer 10% d'erreur (≃ 0.1 Ω par mètre pour du 0.75 mm²)
Par contre la boucle du voltmètre n’achemine quasiment aucune intensitéLa résistance des multimètres en position voltmètre est standardisée à 10 MΩ ; ce quel que soit le calibre et le type de tension (Continue ou alternative). Ainsi pour connaître R à mesurer on applique : R = U / I ; tout simplement !

Notez que même au niveau du raccordement des 4 fils il convient d'être prudent !
La photo ci-dessous représente un shuntRésistance très faible pour mesurer une intensité via la loi d'Ohm.
Ex : 0.001 Ω (1 mΩ) pour mesurer des centaines d'Ampères avec un voltmètre sur le calibre 200 mV : 1 mV = 1 A ; 150 mV = 150 A (150 mV / 0.001 Ω = 150 A)
: notez la position des vis de raccordementLes fils de mesure au plus près de l'élément à contrôler et surtout pas au même endroit que la puissance pour ne pas fausser la mesure à cause des résistances de serrage et de contact !
Les fils noirs : la puissance, les blancs : la boucle de mesure du voltmètre...
!

Shunt de mesure 100 A
Mesure 2 fils vs mesure 4 fils instrumentation

Une variante, la PT100 : 3 fils

Sonde PT100 3 ou 4 fils
NB : Il existe une variante à 3 fils, dans ce cas la chute de tension dans un fils est mesurée et multipliée par 2 avant d'être soustraite tel que ci-dessous :
Schéma PT100 3 fils
R sonde = [U - (2 × u)] / I
Variante la plus utilisée car plus économique (3 fils au lieu de 4), elle impose que les fils soient identiques ce qui est le cas lors de l'utilisation d'un câble !

Conseils+, compléments, prérequis :
(sous) Multiples
TRMS, diviseur racine 2
VAT Vérificateur Absence de Tension
Mesure 3 et 4 fils, pt100

Cours connexes recommandés par l'auteur :
Crée le 07 / 04 / 2017, der. màj le 04 / 11 / 2017 par : Guillaume (Guillaume DUPAS)
Contributeur Guillaume DUPAS Gu5835e07c1389f
Cours vu 389 fois ★★☆☆☆
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