LES APPREILS DE MESURE EN COURANT ALTERNATIF

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1 Chapire 4 LES APPREILS DE MESURE EN COURANT ALTERNATIF I- PARAMETRES CARACTERISTIQUES D UN SIGNAL ALTERNATIF : Un signal alernaif es caracérisé par sa forme (sinus, carré, den de scie, ), sa période ( fréquence ou pulsaion ) e son ampliude. On peu aussi aribuer à un signal alernaif, deux aures paramères, qui son : valeur moyenne e valeur efficace. I-1- Valeur moyenne : La valeur moyenne d un signal périodique s() es définie par : 1 T Smoy T 0 s()d La valeur moyenne d un signal es la valeur de la composane coninue dans le signal ( offse). Exemples : Vmoy 0 Figure 13 : signal sinusoïdal Vmoy Figure 14 : signal sinusoïdal redressé simple alernance Figure 15: signal sinusoïdal redressé double alernance Vmoy. Suppor de cours : Mesure élecrique 5TQE 17

2 I-- Valeur efficace : La valeur efficace Seff d un signal périodique s() es définie de la façon suivane : 1 T Seff T 0 s ()d Il s agi du racine carré de la valeur moyenne du carré du signal ( RMS : Roo Mean Square ) La valeur efficace éan liée aux effes énergéiques, en effe, elle représene la valeur de la même grandeur en couran coninu qui à les mêmes effes énergéiques que le signal alernaif pendan la même durée. Exemples : Veff Figure 16 : signal sinusoïdal Veff S() Figure 17 : signal sinusoïdal redressé simple alernance Veff Figure 18: signal sinusoïdal redressé double alernance Suppor de cours : Mesure élecrique 5TQE 18

3 II- LES APPAREILS MAGNETOELECTRIQUES EN COURANT ALTERNATIF D après le principe de foncionnemen de ces appareils, le disposiif qui fai dévier l aiguille es sensible à la composane coninue du signal. La déviaion de l aiguille de ces appareils es proporionnelle à la valeur moyenne du signal. On peu schémaiser ce ype d appareils par le schéma synopique suivan : Vmoy Figure 19 : schéma synopique d un appareil magnéoélecrique en couran alernaif. III- LES APPREILS MAGNETOELECTRIQUES AVEC REDRESSEUR. Le symbole de la diode, caracérise l exisence d un monage redresseur à l inérieur de l appareil de mesure. Ce ype d appareils, réalise le redressemen du signal à mesurer (redressemen simple alernance ou double alernance), puis l aiguille dévie proporionnellemen à la valeur moyenne du signal redressé. Le disposiif magnéoélecrique mesure la valeur moyenne du signal mesuré. Comme en couran alernaif, on a besoin souven de la valeur efficace du signal mesuré. Les fabricans de ce ype d appareils, uilisen un faceur correcif dans les graduaions de l échelle de l appareil pour avoir une correspondance enre la valeur mesurée par le disposiif e la valeur que doi lire l uilisaeur, en effe : - cas d un redresseur simple alernance : le faceur correcif es - cas d un redresseur double alernance : le faceur correcif es k k V () V1() V1moy K Vmes Figure 0 : schéma synopique d un appareil magnéoélecrique avec redresseur en couran alernaif. Le faceur correcif ( k ) es calculé pour le cas d un signal sinusoïdal, cela es due au fai qu on manipule dans la plus par des cas des signaux sinusoïdaux. Suppor de cours : Mesure élecrique 5TQE 19

4 Remarque : E Veff E Figure 1 : signal carré. Si on mesure ce signal par un appareil magnéoélecrique avec redresseur, celui ci donne 1,11.E E, ce qui prouve que la valeur mesurée ne correspond pas à la vraie valeur efficace u signal. IV- LES APPREILS FERROMAGNETIQUES : En se basan sur le principe de foncionnemen de ce ype d appareils, on remarque que la déviaion de leurs aiguilles es rigoureusemen proporionnelle à la vraie valeur efficace de la grandeur mesurée. Ce ype d appareils es classé en appareils TRMS (True RMS) quel que soi la forme du signal mesuré. La déviaion de l aiguille es proporionnelle à la vraie valeur efficace du signal mesuré, donc l échelle de ce ype d appareils es non linéaire. V- PRINCIPE DES MULTIMETRES A AFFICHAGE NUMERIQUES : La plus par des mulimères numériques, peuven permere de mesurer des inensiés e des ensions (moyennes e efficaces) ainsi que des résisances, mais dans ous les cas, le sysème va dans un premier emps ransformer l informaion (ension, inensié ou résisance) en une ension, ransformée par la suie en ension coninue. Cee dernière sera numérisée au moyen d un converisseur analogique- numérique (CAN) en un mo binaire. Un circui élecronique, converi ce mo binaire en une valeur lue. V-1- Conversion du signal mesuré en ension : Dans le cas où le signal éudié n es pas une ension, on va dans un premier emps le converir en une ension qui lui es proporionnelle. cas d un couran : Le principe consise à mesurer la ension aux bornes d une résisance connue, raversée par le couran à mesuré. Cee résisance doi êre le plus faible possible pour ne pas perurber le circui éudié. Le circui élecronique qui perme de faire cee conversion es donnée par la figure suivane (figure ). Suppor de cours : Mesure élecrique 5TQE 0

5 I Rs Vs (1 R).Rs.I R Vs R1 R 1 I : couran à mesurer Figure : principe de mesure d un couran. L avanage de cee méhode réside esseniellemen dans sa simplicié. Les inconvéniens son, quand à eux, plus nombreux : - pour mesurer des courans d inensiés supérieures à quelques ampères, il fau uiliser un shun exérieur, - la limie en fréquence se siue aux alenours de 5 KHz, - ec cas d une résisance : Le principe de l ohm-mère, consise à faire un couran fixé dans la résisance à mesuré. On mesure alors la ension enre ses bornes (figure 3 ). V Rx.I R I E Rx R Vs R R Vs E.Rx R Figure 3 : principe de mesure d une résisance. Rx : résisance à mesuré V-- Obenion d une valeur moyenne : Le principe consise à filrer le signal pour ne conserver que sa composane coninue. Le principal problème sera de réaliser un filre suffisammen sélecif pour éliminer inégralemen la parie variable du signal. Le schéma foncionnel es donné par la figure 4 : Filre passe bas rès sélecif Vmoy Figure 4 : principe d obenion de la valeur moyenne Suppor de cours : Mesure élecrique 5TQE 1

6 V-3- obenion d une valeur efficace : On disingue deux ypes d appareils : les appareils à vraie valeur efficace (True RMS ) Les appareils qui donnen la valeur efficace pour des signaux de forme pariculière (Sinusoïdale) V-3-1- Obenion par redressemen e prise de la valeur moyenne : Le signal à l enrée de l appareil es redressé puis filré à fin d obenir la valeur moyenne du signal redressé. La valeur obenu es muliplié par un coefficien consan ( k = 1.11 ou k =. ) puis envoyé vers le bloc d affichage selon le schéma foncionnel suivan ( figure 5 ). V () V1() Filre passe bas V1moy K Vmes Affichage Figure 5 : schéma de principe d un appareil numérique En praique, les appareils de ce ype ne donnen une valeur efficace que pour des signaux sinusoïdaux sans composane coninue. Ils son principalemen uilisés pour faire des mesures sur le réseau élecrique à 50 Hz. V-3-1- Obenion de la vraie valeur efficace : Dans ce ype d appareils on réalise chacune des éapes permean de calculer la valeur 1 T efficace d après sa définiion c es à dire Veff T 0 v ()d. Le schéma de principe de ces appareils es donné par la figure suivane ( figure 6). Muliplic Filre V () -aeur V () passe bas 1 T T 0 v ()d Exraceur de racine Vmes affichage Figure 6 : schéma de principe d un appareil numérique True RMS En praique on uilise rès souven le circui inégré de mesure de la valeur efficace vraie : le AD 636 de «Analog devices», don le schéma de principe ainsi que ses caracérisiques se rouve dans l annexe. Suppor de cours : Mesure élecrique 5TQE

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