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www.greta37.com Les Appareils de Mesure Formateur : Didier Langry Les Appareils

www.greta37.com Les Appareils de Mesure Formateur : Didier Langry Les Appareils de Mesure Sommaire 1 But des mesures.............................................................................................................3 2 Rappels...........................................................................................................................3 3 Problèmes de précision..................................................................................................4 4 Importance de la résistance interne d’un AMA..............................................................5 5 Augmentation de la résistance d’entrée :.......................................................................6 6 Précision d’un appareil de mesure numérique (AMN)...................................................6 6.1 Importance de la résistance interne d'un AMN:......................................................6 6.2 Erreurs de mesure des AMN...................................................................................6 6.3 Réponse en fréquence............................................................................................7 6.4 Autres sources d'erreur...........................................................................................8 6.5 Augmentation de la plage de mesure.....................................................................8 7 L’ampèremètre :..............................................................................................................8 8 Le voltmètre :..................................................................................................................9 8.1 Mesure en dB..........................................................................................................9 9 Mesures particulières....................................................................................................10 9.1 La mesure des prises de terre..............................................................................10 9.2 Contrôleur de tension de défaut............................................................................11 9.3 Mesure d’isolement...............................................................................................11 9.4 Continuité du conducteur de protection................................................................11 9.5 Résistance d’isolement.........................................................................................12 9.6 Mesure du courant de Boucle...............................................................................12 9.7 Variation des résultats...........................................................................................13 9.8 Problème du DDR.................................................................................................14 9.9 Le Test du DDR.....................................................................................................14 9.10 Rappel du contrôle du champ tournant.................................................................14 10 L'oscilloscope............................................................................................................15 11 L'analyseur de spectre..............................................................................................15 12 L'analyseur de perturbations du réseau...................................................................15 13 Choix d'un appareil (OIBT).......................................................................................15 13.1 Avantage des AMN Avantage des AMA...............................................................16 14 Fonctionnement des appareils de mesure................................................................16 14.1 Les symboles.........................................................................................................16 14.2 Généralités............................................................................................................17 14.3 Appareil à cadre mobile.........................................................................................18 14.4 Appareil électrodynamique....................................................................................21 14.5 Appareil électrostatique.........................................................................................21 14.6 Appareil à bimétal..................................................................................................21 14.7 Appareil à lame vibrante........................................................................................22 14.8 Appareil à cadres croisés......................................................................................22 14.9 Appareil à induction...............................................................................................23 14.10 Appareil à pont de ….........................................................................................23 LANGRY Didier – GRETA Indre-et-Loire 2/26 Les Appareils de Mesure 1 But des mesures Les mesures servent à connaître avec un degré de précision - en rapport avec l'objet mesuré et le but recherché - les grandeurs usuelles en électricité telles que:  différence de potentiel  débit électronique  résistance  fréquence  puissance -(travail)  angle de déphasage  capacité (etc…) Pour l'installateur-électricien ou le contrôleur, les mesures servent à contrôler la sécurité des personnes et des choses conformément à l'OIBT. Cette ordonnance demande, entre autres, que le contrôle des installations électriques se fasse avec différentes mesures:  courant de boucle  isolement  test du DDR (FI)  ordre des phases Attention: l'obtention de bons résultats lors des mesures ne garantit pas la sécurité des personnes et des choses. Pour faire une mesure il faut choisir un appareil qui permet de mesurer la grandeur recherchée ou d'autres grandeurs qui permettront de la calculer. Exemples: avec un voltmètre et un ampèremètre on peut calculer l'impédance avec un voltmètre, un ampèremètre et un wattmètre on peut calculer le cos Phi. 2 Rappels Un ampèremètre mesure un débit d'électrons et doit se placer en série dans le circuit; sa résistance interne doit être la plus petite possible. Un voltmètre mesure une différence de potentiel entre deux points et se connecte en parallèle. Sa résistance interne doit (le plus souvent) être la plus grande possible. Un ohmmètre est un ampèremètre avec une source de tension en série. LANGRY Didier – GRETA Indre-et-Loire 3/26 Les Appareils de Mesure La mesure se fait sans autre tension que celle de l'appareil de mesure. Le déplacement de l'aiguille est proportionnel au courant et l'échelle de lecture est directement graduée en [W]. La graduation est donc inversée par rapport à celle du courant (la répartition de l'échelle est une hyperbole). 3 Problèmes de précision Tous les appareils de mesure font des erreurs de mesures. Elles sont dues des phénomènes mécaniques, thermiques, électriques, magnétiques et humain. Dans le cadre de ce cours nous négligerons les effets thermiques, mécaniques et magnétiques. Précision d'un appareil de mesure analogique (AMA) Classe de précision d'un appareil de mesure analogique Sur les appareils analogiques, la classe de précision est indiquée par un nombre (0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 5,0) inscrit sur le cadran de l'appareil. Ce nombre indique l'erreur possible, exprimée en [%] de l'étendue de mesure. Exemple: Un AMA a une étendue de mesure de 30 [V] et classe de précision de 1,5. Nous pouvons calculer son erreur absolue: étendue de mesure . classe de précision /100 = 30 . 1,5 / 100=0,45 [V] L'erreur absolue peut être constante sur toute la plage de mesure à cette échelle. Nous pouvons calculer l'erreur relative lorsque la mesure est de 10 [V]: erreur absolue . 100 / valeur lue = 0,45 . 100 / 10 = 4,5 [%] LANGRY Didier – GRETA Indre-et-Loire 4/26 Les Appareils de Mesure Sur la figure ci-contre, nous voyons la variation de l'erreur relative en fonction de la mesure en % de l'échelle choisie. Pour avoir toujours une erreur admissible en fonction de la classe de précision de l'AMA choisi, il faudra toujours avoir la lecture dans les deux tiers supérieurs de l'échelle choisie. C'est pour cela que les AMA ont des calibrages qui répartissent la plage complète de mesure régulièrement - par multiple de 3 ( 1, 3, 10, 30,100, 300). LANGRY Didier – GRETA Indre-et-Loire 5/26 Les Appareils de Mesure 4 Importance de la résistance interne d’un AMA En plus de la précision du contrôleur, il faut tenir compte de l'erreur qu'il induit dans le circuit à mesurer et pour cela il est indispensable de connaître sa résistance d'entrée (résistance interne). L'AMA comprend une bobine qui a une certaine résistance, et un courant maximum. Lors du changement de calibre, le rotacteur branchera d'autres résistances en série s'il s'agit d'un voltmètre ou en parallèle pour un ampèremètre, afin de garantir le même comportement de la bobine de mesure pour des valeurs mesurées supérieures. Dans un ampèremètre, la résistance interne doit être la plus petite possible pour ne pas limiter le courant et/ou ne pas produire une chute de tension sur l'objet à mesurer ce qui fausserait la mesure. Plus la résistance en série est petite, plus l'erreur de mesure (due à l'insertion de l'AMA) sera grande, alors que pour une grande résistance en série l'erreur sera minime. I = tension d'alimentation / (résistance interne + résistance du circuit) [A] La résistance interne des voltmètres doit être la plus grande possible (sauf pour des mesures de tension de défaut où il faut une résistance d'environs 3000 [ ]). En effet,  brancher un voltmètre aux bornes d'une résistance revient à mettre deux résistances en parallèle. Lorsqu'il y a une grande différence de résistance, la résistance équivalente sera proche de la valeur de la plus petite des deux. Par contre si les deux ont à peu près la même valeur, la résistance équivalente du montage sera égale à la moitié d'une seule des deux, avec bien entendu une forte modification de la valeur du courant et de la tension. Nous avons à mesurer un circuit comportant 2 résistances en série sous une différence de potentiel de 12 [V]. La première vaut 150 [k½] et la seconde 220 [kΩ]. Nous désirons connaître la valeur de la tension aux bornes de la deuxième. Nous faisons donc le calcul suivant: U2 = U . R2 / (R1 + R2 ) = 12 . 220 000 / (150 000 + 220000) = 7,1 [V] Pour faire la mesure nous prenons un voltmètre qui a comme caractéristique 20 [kΩ/V] . Nous calibrons notre contrôleur sur 10 [V] ce qui nous donne une résistance interne de 200 [kV] et le schéma suivant: LANGRY Didier – GRETA Indre-et-Loire 6/26 Les Appareils de Mesure Les deux résistances en parallèle ont une résistance équivalente de 104 [k ] et  l'appareil de mesure indiquera 4,9 [V] ± l'erreur relative. Pour palier à ce problème, on serait tenté d'augmenter échelle (à 30 [V]) pour augmenter la Ri (0,6 [MΩ]) ce qui ne corrigerait que partiellement notre mesure, par contre l'erreur relative augmente (environ 15% pour une classe 2,5 !!) et la précision de lecture peut aussi en pâtir. Il y aura lieu de bien connaître les caractéristiques de son contrôleur si l'on veut mesurer la tension aux bornes d'une impédance élevée ou le courant traversant une petite impédance. 5 Augmentation de la résistance d’entrée : Pour palier au problème de la faible résistance d'entrée des voltmètres, certains modèles sont équipés d'un (pré) amplificateur ce qui leur donne une résistance d'entrée de 1 [MΩ]. Cette valeur est constante, donc indépendante de l'échelle choisie. Ce type d'appareil est indispensable pour mesurer des circuits à impédance élevée Sur la figure ci-contre, on y voit un voltmètre à amplificateur. On constate que sa caractéristique d'entrée est de 500 [k /V]. On  obtient ainsi 250 [M ] pour une  mesure de 230[V]. La pile et le potentiomètre servent à compenser l'influence de la température. On devra procéder à une remise à zéro à chaque mesure. 6 Précision d’un appareil de mesure numérique (AMN) 6.1 Importance de la résistance interne d'un AMN: La résistance interne d'un AMN est souvent beaucoup plus élevée que celle d'un AMA. (facilement de l'ordre du MΩ). L'erreur induite lors de la mesure par ce type d'appareil n'est importante que pour des circuits à très grande impédance. La résistance d'entrée des AMN est constante quelle que soit l'échelle choisie. 6.2 Erreurs de mesure des AMN En ce qui concerne l'erreur de mesure proprement dite, elle se compose de deux types d'erreurs. Une dépendante de l'électronique d'affichage et l'autre sur la découpe du signal (lors de la transformation uploads/Management/ cours-les-appareils-de-mesure-greta.pdf