10.5 : Instruments de mesure électriques

Objectifs d'apprentissage

À la fin de la section, vous serez en mesure de :

• Décrire comment connecter un voltmètre à un circuit pour mesurer la tension
• Décrire comment connecter un ampèremètre à un circuit pour mesurer le courant
• Décrire l'utilisation d'un ohmmètre

La loi d'Ohm et la méthode de Kirchhoff sont utiles pour analyser et concevoir des circuits électriques, en vous fournissant les tensions aux bornes, le courant traversant et la résistance des composants qui composent le circuit. Pour mesurer ces paramètres, il faut des instruments. Ces instruments sont décrits dans cette section.

Voltmètres et ampèremètres DC

Alors que le voltmètre mesure la tension, l'ampèremètre mesure le courant. Certains des compteurs des tableaux de bord automobiles, des appareils photo numériques, des téléphones portables et des amplificateurs syntoniseurs sont en fait des voltmètres ou des ampèremètres (Figure\(\PageIndex{1}\)). La construction interne du plus simple de ces compteurs et la manière dont ils sont connectés au système qu'ils surveillent permettent de mieux comprendre les applications des connexions en série et en parallèle.

Figure\(\PageIndex{1}\) : Les indicateurs de carburant et de température (à l'extrême droite et à l'extrême gauche, respectivement) de cette Volkswagen de 1996 sont des voltmètres qui enregistrent la tension de sortie des unités « émettrices ». Ces unités sont proportionnelles à la quantité d'essence dans le réservoir et à la température du moteur. (crédit : Christian Giersing)

Mesure du courant avec un ampèremètre

Pour mesurer le courant traversant un appareil ou un composant, l'ampèremètre est placé en série avec l'appareil ou le composant. Une connexion en série est utilisée car les objets en série sont parcourus par le même courant. (Voir la figure\(\PageIndex{2}\), où l'ampèremètre est représenté par le symbole A.)

Figure\(\PageIndex{2}\) : (a) Lorsqu'un ampèremètre est utilisé pour mesurer le courant traversant deux résistances connectées en série à une batterie, un seul ampèremètre est placé en série avec les deux résistances car le courant est le même à travers les deux résistances en série. (b) Lorsque deux résistances sont connectées en parallèle à une batterie, trois mètres, ou trois mesures d'ampèremètre distinctes, sont nécessaires pour mesurer le courant provenant de la batterie et traversant chaque résistance. L'ampèremètre est connecté en série avec le composant en question.

Les ampèremètres doivent avoir une très faible résistance, une fraction de milliohm. Si la résistance n'est pas négligeable, placer l'ampèremètre dans le circuit modifierait la résistance équivalente du circuit et modifierait le courant mesuré. Comme le courant du circuit traverse le compteur, les ampèremètres contiennent normalement un fusible pour protéger le compteur des dommages causés par des courants trop élevés.

Mesure de la tension avec un voltmètre

Un voltmètre est connecté en parallèle à l'appareil qu'il mesure. Une connexion parallèle est utilisée car les objets en parallèle présentent la même différence de potentiel. (Voir la figure\(\PageIndex{3}\), où le voltmètre est représenté par le symbole V.)

Figure\(\PageIndex{3}\) : Pour mesurer les différences de potentiel dans ce circuit en série, le voltmètre (V) est placé en parallèle avec la source de tension ou l'une des résistances. Notez que la tension aux bornes est mesurée entre la borne positive et la borne négative de la batterie ou de la source de tension. Il n'est pas possible de connecter un voltmètre directement à travers la force électromotrice sans inclure la résistance interne r de la batterie.

Les voltmètres étant connectés en parallèle, le voltmètre doit avoir une très grande résistance. Les voltmètres numériques convertissent la tension analogique en une valeur numérique à afficher sur un affichage numérique (Figure\(\PageIndex{4}\)). Les voltmètres bon marché ont des résistances de l'ordre de\(R_M = 10 \, M\Omega\), tandis que les voltmètres de haute précision ont des résistances de l'ordre de\(R_M = 10 \, G\Omega\). La valeur de la résistance peut varier en fonction de l'échelle utilisée sur le compteur.

Figure\(\PageIndex{4}\) : (a) Un voltmètre analogique utilise un galvanomètre pour mesurer la tension. (b) Les compteurs numériques utilisent un convertisseur analogique-numérique pour mesurer la tension. (crédit a et crédit b : Joseph J. Trout)

Compteurs analogiques et numériques

Vous pouvez rencontrer deux types de compteurs dans le laboratoire de physique : analogiques et numériques. Le terme « analogique » fait référence à des signaux ou à des informations représentés par une quantité physique variable en continu, telle que la tension ou le courant. Un compteur analogique utilise un galvanomètre, qui est essentiellement une bobine de fil à faible résistance, placée dans un champ magnétique, à laquelle est fixé un pointeur pointant vers une échelle. Le courant traverse la bobine, provoquant la rotation de la bobine. Pour utiliser le galvanomètre comme ampèremètre, une petite résistance est placée en parallèle avec la bobine. Pour un voltmètre, une grande résistance est placée en série avec la bobine. Un compteur numérique utilise un composant appelé convertisseur analogique-numérique (A vers D) et exprime le courant ou la tension sous la forme d'une série de chiffres 0 et 1, qui sont utilisés pour faire fonctionner un affichage numérique. La plupart des compteurs analogiques ont été remplacés par des compteurs numériques.

Vérifiez votre compréhension

Les compteurs numériques sont capables de détecter des courants plus faibles que les compteurs analogiques utilisant des galvanomètres. Comment cela explique-t-il leur capacité à mesurer la tension et le courant avec plus de précision que les compteurs analogiques ?

[Masquer la solution]

Comme les compteurs numériques nécessitent moins de courant que les compteurs analogiques, ils modifient moins le circuit que les compteurs analogiques. Leur résistance en tant que voltmètre peut être bien supérieure à celle d'un compteur analogique, et leur résistance en tant qu'ampèremètre peut être bien inférieure à celle d'un compteur analogique. Consulter la figure

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