En électricité, la mesure des grandeurs telles que l'intensité du courant et la tension est essentielle pour le diagnostic, la maintenance et la conception de circuits. Les multimètres, combinant plusieurs appareils de mesure en un seul, sont des outils indispensables pour ces tâches. Parmi les aspects cruciaux de l'utilisation d'un multimètre, le choix du calibre approprié est fondamental pour obtenir une lecture précise et éviter d'endommager l'appareil.
I. Introduction aux Mesures Électriques et aux Multimètres
Pour mesurer des grandeurs électriques, on utilise des multimètres. Peu encombrants, ils permettent de mesurer plusieurs grandeurs : la tension, l'intensité ou la résistance. À chaque type de grandeur mesurée correspond une fonction du multimètre.
A. Intensité du Courant Électrique
Le courant électrique est un déplacement de particules électriques. Quand une ampoule est parcourue par un courant électrique, des particules électriques (électrons) se déplacent dans le filament et le chauffent ; de la lumière est émise. Plus le courant est fort, plus l'ampoule brille intensément. Le « débit » d'un courant est appelée l'intensité et se note I. L'intensité est proportionnelle au nombre de particules électriques qui traversent un conducteur en une seconde. L'unité d'intensité est l'ampère, noté A.
L'intensité I qui parcourt une petite lampe de poche est d'environ 0,5 A ou 500 mA. Pendant un orage, un éclair correspond au passage d'un courant électrique dont l'intensité est voisine d'une dizaine de milliers d'ampères. Les circuits intégrés, dans un ordinateur par exemple, sont parcourus par des courants dont l'intensité est de l'ordre d'un dix millième d'ampère.
B. Le Multimètre : Ampèremètre et Voltmètre
Pour mesurer l'intensité, on utilise la fonction ampèremètre du multimètre. Sous cette fonction, le multimètre sera appelé ampèremètre. Un ampèremètre mesure l'intensité du courant qui le traverse. Pour mesurer l'intensité du courant qui traverse un dipôle, il faut brancher l'ampèremètre en série avec ce dipôle. Un ampèremètre comporte une borne d'entrée (souvent en rouge) et une borne de sortie (COM, souvent en noir) et plusieurs calibres. Le courant « entre par la borne entrée et sort par la borne "COM" ». Si le sens du branchement a été inversé, il apparaîtra un signe −.
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Pour mesurer une tension, on utilise un voltmètre. Il contient plusieurs calibres facilitant la lecture de la valeur et protégeant le voltmètre.
II. Le Calibre : Définition et Importance
Le calibre d'un appareil de mesure, qu'il s'agisse d'un ampèremètre ou d'un voltmètre, représente la valeur maximale que l'appareil peut mesurer sans risque de détérioration. La sélection appropriée du calibre est cruciale pour plusieurs raisons :
- Protection de l'appareil : Utiliser un calibre inférieur à la valeur réelle peut endommager l'appareil.
- Précision de la mesure : Un calibre trop élevé peut entraîner une lecture imprécise.
La valeur du calibre indique l'intensité maximale qui peut être mesurée. On sélectionne donc le calibre en fonction de l'intensité à mesurer. Par exemple, si le sélecteur de calibre est sur la position 100 mA, l'appareil ne peut mesurer que des intensités inférieures à cette valeur. Si l'intensité du courant qui traverse l'appareil est supérieure à cette valeur, l'appareil risque d'être endommagé.
III. Méthode de Sélection du Calibre
A. Étape 1 : Estimation de l'Ordre de Grandeur
Avant de procéder à la mesure, il est essentiel d'estimer l'ordre de grandeur de la tension ou de l'intensité que l'on s'attend à mesurer. Cette estimation peut être basée sur la connaissance du circuit, les spécifications des composants, ou des mesures antérieures.
Exemple: On souhaite mesurer une tension d'un générateur dont la valeur tourne autour des 24 V. Quel calibre doit-on utiliser pour lire la tension du générateur ? Étape 1: Repérer l'ordre de grandeur de la tension mesurée. La tension mesurée se trouverait entre 20 V et 200 V.
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B. Étape 2 : Choix du Calibre Initial
Pour éviter d'endommager l'appareil, il est recommandé de commencer par le calibre le plus élevé disponible. Une fois la mesure effectuée avec ce calibre, on peut affiner le choix en sélectionnant un calibre immédiatement supérieur à la valeur mesurée.
Pour éviter de se tromper, on peut utiliser en premier le plus grand calibre pour avoir une notion de l'ordre de grandeur de la tension mesurée puis diminuer de calibre pour atteindre le calibre directement supérieur à la valeur mesurée.
On branche un voltmètre en utilisant le plus grand calibre 1000 V. La tension mesurée est 24 V. On diminue le calibre jusqu'à atteindre 200 V (calibre juste supérieur à la tension mesurée). La tension affichée est cette fois de 24,32 V. La valeur obtenue est plus précise.
C. Règle d'Or : Calibre le Plus Petit Possible, Supérieur à la Valeur Mesurée
Le calibre doit être le plus petit possible, tout en étant supérieur à l'intensité mesurée. La valeur affichée sera alors la plus précise possible.
Ici, l'intensité mesurée est de 0,12 A (= 120 mA). Les calibres possibles sur cet ampèremètre sont 20, 200, 2000mA et 10A. L'intensité mesurée est d'environ 120 mA. 20 mA est donc un calibre trop petit, 2000 mA et 10A sont trop grand. 200 mA est le plus petit calibre, supérieur à l'intensité mesurée : il est adapté.
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D. Calibre Inadapté : Signes et Conséquences
- Calibre trop petit : Si le calibre est trop petit, l'ampèremètre affiche alors un message d'erreur. L'intensité n'est pas affichée. Dans le cas d'un appareil analogique, l'aiguille peut taper en butée.
- Calibre trop grand : Si le calibre est trop grand, le premier chiffre affiché est un 0. Ici s'affiche une intensité de 0,12 A, soit 120 mA. L'ampèremètre affiche deux chiffres de moins que le calibre adapté (voir ci-dessous). Le calibre est trop élevé pour avoir une mesure précise.
IV. Lecture et Interprétation des Mesures
A. Appareils Analogiques
Sur la face avant de l'appareil se trouve des bornes, un ou plusieurs commutateurs, un cadrant gradué avec un miroir devant lequel peut se déplacer une aiguille. C'est la plus grande valeur mesurable par l'appareil, sont unité dépend de la grandeur à mesurer: Vol pour les tension, Ampère pour l'intensité du courant etc.
C'est l'étendue de la graduation sur le cadran. Elle s'exprime en division, certains appareils ont plusieurs échelles. Exemple: de 0 à 30 divisions de 0 à 100 divisions. On appelle lecture (lec), la valeur indiquée par la position de l'aiguille lors d'une mesure. Elle s'exprime en division. On appelle valeur mesurée (Vm la valeur de la grandeur à mesurer correspondant à la lecture. La valeur mesurée a la même unité que le calibre.
B. Appareils Numériques
Ces appareils sont basés sur un principe tout à fait différent de celui des appareils analogiques. Leur constitution est purement électronique depuis l'amplificateur à haute impédance d'entrée jusqu'à l'affichage de la mesure par les diodes électroluminescentes ou par les cristaux liquides. Ils donnent directement en chiffre un nombre indiquant la valeur de la grandeur qu'il mesure. Chacun des chiffres de l'afficheur s'appelle digit. Le nombre de digit dépend du type d'appareil, il est généralement supérieur ou égal à 3. La précision de la mesure des appareils numériques dépend généralement du nombre de digit. Plus ce nombre est grand, meilleur est la résolution. On appelle résolution, le plus petit écart de tension ou de courant décelable par l'appareil à affichage numérique.
V. Facteurs Influant sur la Précision des Mesures
A. Classe de Précision
Indépendamment de l'erreur d'insertion tout appareil donne des indications plus ou moins entachées d'erreur. Pour chiffrer l'incertitude de mesure d'un appareil, on se sert d'une quantité appelée classe de l'appareil et donné par le constructeur. L'appareil est d'autant plus précis que la classe de précision est faible.
B. Type d'Appareil
On classe les appareils de mesure analogiques suivant la nature du phénomène physique qui détermine leur fonctionnement. Elles sont étroitement liées à la technologie de construction des appareils.
C. Influence du Calibre
Le calibre est trop élevé pour avoir une mesure précise. La mesure est plus précise mais la valeur est toujours inférieure au calibre suivant (20VDC). La mesure est encore affinée et elle supérieure au calibre suivant (2VDC).
VI. Conseils Pratiques pour une Utilisation Optimale du Multimètre
- Toujours commencer par le calibre le plus élevé : Cela protège l'appareil contre les surcharges potentielles.
- Choisir le calibre immédiatement supérieur à la valeur mesurée : Cela garantit une précision optimale.
- Vérifier le bon type de courant (continu ou alternatif) : Une sélection incorrecte peut fausser les mesures. Bien sélectionner son type de courant (continu ou alternatif). Ne jamais utiliser un appareil réglé sur courant continu mesurant un courant alternatif.
- Inspecter les cordons et les pointes de touche : Des cordons endommagés peuvent affecter la précision des mesures. Il suffit parfois de changer les pointes de touches et tout rentrera dans lordre.
- Éviter les manipulations brusques : Les appareils de mesure sont sensibles aux chocs. Les manipuler avec soin en évitant les chocs.
- Ne pas laisser l'appareil sur un calibre pendant une période prolongée : Cela peut provoquer un échauffement interne. Éviter les utilisations prolongés de calibres surtout pour les contrôleurs à aiguilles, car cela provoquerait un échauffement du shunt interne au boîtier.
- Vérifier le zéro de l'appareil analogique : S'assurer que l'aiguille est bien en face du zéro avant deffectuer une mesure (appareil au repos).
- S'assurer que le commutateur est sur le bon calibre et le bon type de courant.
VII. Applications Pratiques
A. Mesure de Tension sur un Véhicule
Sur une voiture, cette mesure est surtout employée pour trouver un courant de fuite (cas de décharge sans raison d'une batterie). Le châssis de la voiture est normalement à la masse et représente la référence 0V. Sauf cas particulier, le fil noir (COM) doit être branché à la masse. Attention au véhicule anglais dont le châssis est parfois à 12V.
B. Détection de Coupure de Continuité
Le choix du calibre se fait en fonction de l'ordre de grandeur supposée de la valeur de résistance. Il y a coupure de continuité.
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