Ampèremètre - Ammeter
Un ampèremètre (abréviation de Ampere meter ) est un instrument de mesure utilisé pour mesurer le courant dans un circuit . Les courants électriques sont mesurés en ampères (A), d'où le nom. L'ampèremètre est généralement connecté en série avec le circuit dans lequel le courant doit être mesuré. Un ampèremètre a généralement une faible résistance de sorte qu'il ne provoque pas de chute de tension significative dans le circuit mesuré.
Les instruments utilisés pour mesurer des courants plus faibles, de l'ordre du milliampère ou du microampère, sont appelés milliampères ou microampères . Les premiers ampèremètres étaient des instruments de laboratoire qui s'appuyaient sur le champ magnétique terrestre pour fonctionner. À la fin du XIXe siècle, des instruments améliorés ont été conçus qui pouvaient être montés dans n'importe quelle position et permettaient des mesures précises dans les systèmes d'alimentation électrique . Il est généralement représenté par la lettre 'A' dans un circuit.
Histoire
La relation entre le courant électrique, les champs magnétiques et les forces physiques a été notée pour la première fois par Hans Christian Ørsted en 1820, qui a observé qu'une aiguille de boussole était déviée du nord lorsqu'un courant passait dans un fil adjacent. Le galvanomètre tangent a été utilisé pour mesurer les courants en utilisant cet effet, où la force de rappel ramenant le pointeur à la position zéro était fournie par le champ magnétique terrestre. Cela a rendu ces instruments utilisables uniquement lorsqu'ils sont alignés avec le champ terrestre. La sensibilité de l'instrument a été augmentée en utilisant des tours de fil supplémentaires pour multiplier l'effet - les instruments ont été appelés « multiplicateurs ».
Le mot rhéoscope en tant que détecteur de courants électriques a été inventé par Sir Charles Wheatstone vers 1840 mais n'est plus utilisé pour décrire les instruments électriques. Le mot maquillage est similaire à celui de rhéostat (également inventé par Wheatstone) qui était un dispositif utilisé pour ajuster le courant dans un circuit. Le rhéostat est un terme historique pour une résistance variable, bien que contrairement au rhéoscope, on puisse encore rencontrer.
Les types
Certains instruments sont des indicateurs de niveau , destinés à être montés sur une sorte de panneau de commande . Parmi ceux-ci, le type plat, horizontal ou vertical est souvent appelé mètre sur chant .
Bobine mobile
Ressort fournissant une force de rappel
Cette illustration est conceptuelle ; dans un compteur pratique, le noyau de fer est stationnaire et les ressorts hélicoïdaux avant et arrière transportent le courant vers la bobine, qui est supportée par une bobine rectangulaire. De plus, les pôles de l'aimant permanent sont des arcs de cercle.
Le galvanomètre D'Arsonval est un ampèremètre à bobine mobile. Il utilise la déviation magnétique , où le courant traversant une bobine placée dans le champ magnétique d'un aimant permanent fait bouger la bobine. La forme moderne de cet instrument a été développée par Edward Weston et utilise deux ressorts en spirale pour fournir la force de rappel. L'entrefer uniforme entre le noyau de fer et les pôles de l'aimant permanent rend la déviation du compteur linéairement proportionnelle au courant. Ces compteurs ont des échelles linéaires. Les mouvements de base du compteur peuvent avoir une déviation à pleine échelle pour des courants d'environ 25 microampères à 10 milliampères .
Parce que le champ magnétique est polarisé, l'aiguille du compteur agit dans des directions opposées pour chaque direction de courant. Un ampèremètre à courant continu est donc sensible à la polarité dans laquelle il est connecté ; la plupart sont marqués d'une borne positive, mais certains ont des mécanismes de centre zéro et peuvent afficher des courants dans les deux sens. Un compteur à bobine mobile indique la moyenne (moyenne) d'un courant variable qui le traverse, qui est nul pour le courant alternatif. Pour cette raison, les compteurs à bobine mobile ne sont utilisables directement que pour le courant continu, pas le courant alternatif.
Ce type de mouvement de compteur est extrêmement courant pour les ampèremètres et les autres compteurs qui en dérivent, tels que les voltmètres et les ohmmètres .
Aimant mobile
Les ampèremètres à aimant mobile fonctionnent essentiellement sur le même principe que la bobine mobile, sauf que la bobine est montée dans le boîtier du compteur et qu'un aimant permanent déplace l'aiguille. Les ampèremètres à aimant mobile sont capables de transporter des courants plus importants que les instruments à bobine mobile, souvent plusieurs dizaines d'ampères, car la bobine peut être constituée d'un fil plus épais et le courant n'a pas à être transporté par les spiraux. En effet, certains ampèremètres de ce type n'ont pas du tout de spiraux, utilisant plutôt un aimant permanent fixe pour fournir la force de rappel.
Électrodynamique
Un ampèremètre électrodynamique utilise un électro-aimant à la place de l'aimant permanent du mouvement d'Arsonval. Cet instrument peut répondre à la fois au courant alternatif et au courant continu et indique également le vrai RMS pour le courant alternatif. Voir Wattmètre pour une autre utilisation de cet instrument.
Fer à repasser
Les ampèremètres en fer mobile utilisent un morceau de fer qui se déplace lorsqu'il est actionné par la force électromagnétique d'une bobine de fil fixe. L'appareil de mesure mobile en fer a été inventé par autrichien ingénieur Friedrich Drexler en 1884. Ce type de compteur répond à à la fois directs et des courants alternatifs (par opposition à l'ampèremètre à bobine mobile, qui fonctionne sur un courant continu uniquement). L'élément en fer se compose d'une aube mobile attachée à un pointeur, et d'une aube fixe, entourée d'une bobine. Lorsqu'un courant alternatif ou continu circule dans la bobine et induit un champ magnétique dans les deux aubes, les aubes se repoussent et l'aube mobile dévie contre la force de rappel fournie par de fins ressorts hélicoïdaux. La déviation d'un compteur de fer en mouvement est proportionnelle au carré du courant. Par conséquent, ces compteurs auraient normalement une échelle non linéaire, mais les pièces en fer sont généralement modifiées en forme pour rendre l'échelle assez linéaire sur la majeure partie de sa plage. Les instruments en fer en mouvement indiquent la valeur RMS de toute forme d'onde CA appliquée. Les ampèremètres à fer mobile sont couramment utilisés pour mesurer le courant dans les circuits alternatifs à fréquence industrielle.
Fil chaud
Dans un ampèremètre à fil chaud, un courant traverse un fil qui se dilate en chauffant. Bien que ces instruments aient un temps de réponse lent et une faible précision, ils étaient parfois utilisés pour mesurer le courant radiofréquence. Ceux-ci mesurent également le vrai RMS pour un courant alternatif appliqué.
Numérique
De la même manière que l'ampèremètre analogique a constitué la base d'une grande variété de compteurs dérivés, y compris les voltmètres, le mécanisme de base d'un compteur numérique est un mécanisme de voltmètre numérique, et d'autres types de compteurs sont construits autour de cela.
Les conceptions d'ampèremètres numériques utilisent une résistance shunt pour produire une tension calibrée proportionnelle au courant circulant. Cette tension est ensuite mesurée par un voltmètre numérique, grâce à l'utilisation d'un convertisseur analogique-numérique (ADC) ; l'affichage numérique est calibré pour afficher le courant à travers le shunt. De tels instruments sont souvent calibrés pour indiquer la valeur RMS pour une onde sinusoïdale uniquement, mais de nombreux modèles indiqueront le vrai RMS dans les limites du facteur de crête d' onde .
En intégrant
Il existe également une gamme d'appareils appelés ampèremètres intégrateurs. Dans ces ampèremètres, le courant est additionné dans le temps, donnant comme résultat le produit du courant et du temps ; qui est proportionnel à la charge électrique transférée avec ce courant. Ceux-ci peuvent être utilisés pour mesurer l'énergie (la charge doit être multipliée par la tension pour donner de l'énergie) ou pour estimer la charge d'une batterie ou d'un condensateur .
Picoampèremètre
Un picoampèremètre, ou pico-ampèremètre, mesure un courant électrique très faible, généralement de la plage du picoampère à l'extrémité inférieure à la plage du milliampère à l'extrémité supérieure. Les picoamètres sont utilisés lorsque le courant mesuré est inférieur aux limites de sensibilité d'autres appareils, tels que les multimètres .
La plupart des picoampèremètres utilisent une technique de "court-circuit virtuel" et ont plusieurs plages de mesure différentes qui doivent être commutées entre elles pour couvrir plusieurs décennies de mesure . D'autres picoampèremètres modernes utilisent une compression de journal et une méthode de « dissipation de courant » qui élimine la commutation de gamme et les pointes de tension associées . Des considérations spéciales de conception et d'utilisation doivent être observées afin de réduire le courant de fuite qui peut submerger les mesures telles que les isolateurs spéciaux et les blindages entraînés . Le câble triaxial est souvent utilisé pour les connexions des sondes.
Application
La majorité des ampèremètres sont soit connectés en série avec le circuit transportant le courant à mesurer (pour les petits ampères fractionnaires), soit ont leurs résistances shunt connectées de la même manière en série. Dans les deux cas, le courant passe par le compteur ou (principalement) par son shunt. Les ampèremètres ne doivent pas être connectés directement sur une source de tension car leur résistance interne est très faible et un excès de courant s'écoulerait. Les ampèremètres sont conçus pour une faible chute de tension à leurs bornes, bien inférieure à un volt ; les pertes de circuit supplémentaires produites par l'ampèremètre sont appelées sa « charge » sur le circuit mesuré.
Les mouvements de compteur ordinaires de type Weston ne peuvent mesurer que des milliampères au maximum, car les ressorts et les bobines pratiques ne peuvent transporter que des courants limités. Pour mesurer des courants plus importants, une résistance appelée shunt est placée en parallèle avec le compteur. Les résistances des shunts se situent dans la plage de milliohms entiers à fractionnaires. Presque tout le courant traverse le shunt, et seule une petite fraction traverse le compteur. Cela permet au compteur de mesurer des courants importants. Traditionnellement, le compteur utilisé avec un shunt a une déviation à pleine échelle (FSD) de 50 mV , de sorte que les shunts sont généralement conçus pour produire une chute de tension de 50 mV lorsqu'ils transportent leur courant nominal complet.
Pour fabriquer un ampèremètre à plusieurs plages, un sélecteur peut être utilisé pour connecter l'un des nombreux shunts à travers le compteur. Il doit s'agir d'un interrupteur à fermeture pour éviter d'endommager les surtensions dues au mouvement du compteur lors de la commutation des gammes.
Un meilleur arrangement est le shunt Ayrton ou shunt universel, inventé par William E. Ayrton , qui ne nécessite pas d'interrupteur de fermeture. Il évite également toute imprécision du fait de la résistance de contact. Dans la figure, en supposant par exemple un mouvement avec une tension à pleine échelle de 50 mV et des plages de courant souhaitées de 10 mA, 100 mA et 1 A, les valeurs de résistance seraient : R1=4,5 ohms, R2=0,45 ohm, R3=0,05 ohm. Et si la résistance de mouvement est de 1000 ohms, par exemple, R1 doit être ajusté à 4,525 ohms.
Les shunts commutés sont rarement utilisés pour des courants supérieurs à 10 ampères.
Les ampèremètres à centre zéro sont utilisés pour les applications nécessitant la mesure du courant avec les deux polarités, courantes dans les équipements scientifiques et industriels. Les ampèremètres à centre zéro sont également couramment placés en série avec une batterie . Dans cette application, la charge de la batterie dévie l'aiguille d'un côté de la balance (généralement, le côté droit) et la décharge de la batterie dévie l'aiguille de l'autre côté. Un type spécial d'ampèremètre à centre zéro pour tester les courants élevés dans les voitures et les camions a un aimant barre pivotant qui déplace le pointeur, et un aimant barre fixe pour maintenir le pointeur centré sans courant. Le champ magnétique autour du fil transportant le courant à mesurer dévie l'aimant en mouvement.
Étant donné que le shunt de l'ampèremètre a une très faible résistance, le câblage par erreur de l'ampèremètre en parallèle avec une source de tension provoquera un court-circuit , au mieux, fera sauter un fusible, endommageant éventuellement l'instrument et le câblage et exposant un observateur à des blessures.
Dans les circuits alternatifs, un transformateur de courant convertit le champ magnétique autour d'un conducteur en un petit courant alternatif, généralement 1 A ou 5 A à plein courant nominal, qui peut être facilement lu par un mètre. De la même manière, des ampèremètres sans contact AC/DC précis ont été construits à l'aide de capteurs de champ magnétique à effet Hall . Un ampèremètre à pince portatif est un outil courant pour la maintenance des équipements électriques industriels et commerciaux, qui est temporairement clipsé sur un fil pour mesurer le courant. Certains types récents ont une paire parallèle de sondes magnétiquement douces qui sont placées de chaque côté du conducteur.
Voir également
- Pince ampèremétrique
- Classe de précision dans les mesures électriques
- Circuit électrique
- Mesures électriques
- Électronique
- Liste des sujets électroniques
- Catégorie de mesure
- Multimètre
- Ohmmètre
- Rhéoscope
- Voltmètre
Remarques
Les références
Liens externes
- Chapitre sur les circuits de mesure de courant continu de Lessons In Electric Circuits Vol 1 ebook gratuit DC et de la série Lessons In Electric Circuits .