La Mesure (F4DXU) http://pagespersoorange.fr/f4dxu/ 1 La mesure d une grandeur physque est un sujet très vaste et peutêtre une procédure très complexe à mettre en œuvre. I Quelques données générales : la mesure précse nécesste l utlsaton d apparel(s) de mesure étalonné(s) et ne peut être dssocée des erreurs commses par l apparellage et(ou) par le manpulateur. Ces apparels subssent des contrôles et des étalonnages fréquents et régulers auprès de servces qualfés qu possèdent des étalons pour chaque grandeur ; Volt, mpère, Ohm, OS, T C pour les grandeurs qu nous concernent mas auss débt, vtesse, accélératon, masse, pods, vscosté etc. n général le radoamateur n a pas beson d apparels auss sophstqués et coûteux pour effectuer les mesures dont la précson peut être de pluseurs %, par contre l dot respecter certans prncpes de base pour que ses mesures soent valables. Voc une lste non exhaustve des grandeurs physques que le radoamateur peutêtre amené à mesurer : tenson d almentaton courant de polarsaton d un amplfcateur de pussance VHF que l on veut rendre lnéare pour l utlsaton en BLU pussance délvrée par ce même amplfcateur, valeur du OS pour avor une dée du fonctonnement du système antennare mesure de résstances, condensateur, nductance, dode et transstor bpolare, etc. de la contnuté d une pste de crcut mprmé un smple courtcrcut un dépannage, etc. La mesure du OS ne pose en prncpe pas de problème s l apparel est nséré au bon endrot entre l émetteur et le câble coaxal d antenne. Suvant le type de rosmètre utlsé la mesure est mmédate et ne nécesste quelque fos pas de tarage, l apparel fasant tout. ttardons nous sur les mesures les plus courantes que peut effectuer un radoamateur sot : la tenson, le courant et la résstance. Les apparels sont le voltmètre, l ampèremètre, l ohmmètre et le multmètre qu peut effectuer au mons ces 3 mesures non smultanément. Parm les multmètres l en exste deux types, le multmètre numérque à affcheur LCD et le multmètre analogque à agulle. Là nous touchons un pont sensble car l y a les pro analogques et les pro numérques, en fat l faut chosr l apparel en V foncton, du mesurande 1, du mesurage 2 et du QSJ.
Fgure 1 2 Voc quelques rappels (fgure 1) : est un générateur de tenson qu débte dans une résstance, en utlsant le sens conventonnel du courant qu va du vers le, un courant sortant du générateur lasse un et la flèche du vecteur tenson V ponte sur ce. Ce même courant sortant de la résstance lassera un et le ped du vecteur tenson V ponte sur ce. 1 Le mesurande : grandeur physque à mesurer 2 Le mesurage : ensemble des opératons qu concourent à la connassance de la valeur numérque du mesurande. II La mesure de tenson : vant d effectuer cette acton, voyons ce que représente la tenson. Lorsque l on mesure une tenson, en réalté, on mesure une dfférence de potentel (ddp). n effet, V VB = VB = (fgure 2) B V B V B Fgure 2 Dans ce cas, V = VB = 0 et VB V = VB = 0, le pont B ou sera la référence de la mesure (le fl nor du voltmètre en B ou, le fl rouge étant en ). La queston à se poser est la suvante: par rapport à quo faton la mesure? L exemple de la fgure 3 est très parlant car on peut effectuer la mesure de pluseurs manères dfférentes. S l on s y prend mal, le résultat ne sera peutêtre pas celu escompté car la référence n est pas la même dans les deux cas. Fgure 3 B V B V B 1 er cas : La référence, fl nor du voltmètre est prse en et le fl rouge est en, la mesure donnée par le voltmètre sera : VB VB = V = '. S est une tenson mportante, l faut fare attenton au chox du calbre. 2 de cas : La référence, fl nor du voltmètre est prse en B et le fl rouge est en, la mesure donnée par le voltmètre sera : VB =. Notez que l apparel de mesure sera référencé à qu peut être très mportante donc fare attenton à l solement de celuc. Quelle est la bonne mesure? Je feras une réponse de
3 Normand, «p tètre bn la 1 er ou la 2 de». ncore une fos tout dépend de ce à quo l on s ntéresse :, ou les deux. S les générateurs de tenson et sont des sources snusoïdales alternatves, V peut être dfférente de car ce n est plus un somme algébrque mas une somme vectorelle qu dépend de la phase des sgnaux (Vor fonctonnement du rosmètre). Toutes ces mesures peuvent être fates avec un voltmètre numérque ou analogque. La plus grande précson sera obtenue avec le voltmètre numérque, qu peut être de l ordre de quelques untés sur le dgt de pods fable (le dgt des untés). S l on exécute la même mesure avec un voltmètre analogque on peut tout de même obtenr une bonne précson, s l on prend son de chosr le bon calbre pour obtenr une lecture presque plene échelle. vec ce type d apparel la mesure peutêtre entachée d erreurs non néglgeables à cause de l épasseur de l agulle et (ou) du parallaxe 3. 3 parallaxe : Le mot parallaxe désgne le déplacement de la poston apparente d un corps, dû à un changement de poston de l observateur. Sur la fgure 4 vous trouvez la représentaton d une almentaton double tenson. Voyons comment les mesures peuvent être fates. Fgure 4 S la référence de mesure est prse au pont B (fl nor de voltmètre), la mesure au pont donnera VB et au pont C elle donnera VBC. S la référence est prse en V B C alors la mesure au pont B donnera VBC et au pont la mesure donnera ( VB VBC), encore une fos tout est B queston de référence. La valeur des potentels des dfférents ponts est nconnue mas pour la mesure de la dfférence de potentel cela n a aucune mportance sauf V BC s l opérateur s ntéresse à la consttuton d une ple par exemple ou tout autre document concernant C l électrochme. Le parallèle peut être fat entre l électrcté et l hydraulque, le potentel correspond à la hauteur et le courant au débt. Comme dt précédemment, s les tensons sont alternatves et snusoïdales, ce sont d autres los qu s applquent. Le chox de l apparel de mesure à une grande mportance. Pour mesurer des tensons contnues l n y a pas trop de problèmes car que l on parle de tenson crête, moyenne ou effcace c est la même chose. Pour les tensons alternatves snusoïdales c est très dfférent. La mesure de la tenson du réseau DF est un bon exemple, la valeur effcace = 220V (240V à l heure actuelle), la valeur moyenne = OV, la valeur crête = 220 * 2 = 331V. Il faut auss tenr compte de la bande passante de l apparel de mesure, en effet un multmètre ne sera pas forcément à même de mesurer au delà du 50Hz. S de plus le sgnal est alternatf mas non snusoïdal, la mesure est fausse sauf s
4 l on applque un coeffcent appelé facteur de forme. xemple : pour connaître la valeur effcace du sgnal à la sorte d un redressement b alternance ( pont de Greatz) l faut π corrger la mesure de la valeur moyenne par. Pour une autre forme de sgnal le 2 * 2 facteur de forme, comme son nom l ndque, sera dfférent. Heureusement, les apparels de mesure modernes sont capables d effectuer des calculs très complqués en des temps très courts, ce que sont ncapables de fare les apparels à agulle classque. Ces apparels d ancenne génératon possèdent tout de même des qualtés. S l on effectue la mesure d une tenson contnue superposée avec une tenson alternatve de fable fréquence et d ampltude non néglgeable, ce type d nstrument est tout à fat adapté car les mouvements de l agulle permettront d apprécer la valeur crête à crête de la varaton et la valeur moyenne de l ensemble du sgnal. Un apparel numérque a un temps de rafraîchssement de l affchage qu est non néglgeable et même s l est capable de fare des mesures précses, l affchera des valeurs fluctuantes et ncohérentes. Le voltmètre numérque à une mpédance d entrée de pluseurs dzanes de Mégohms, c est un avantage pour ne pas perturber une mesure précse mas dans certans cas l est souhatable que le voltmètre consomme un peu de courant comme le voltmètre analogque qu présente une mpédance beaucoup plus fable et qu est dépendante du calbre chos. Voc deux exemples : Lorsqu une ple est usagée mas pas complètement détrute l est préférable d utlser un voltmètre analogque. Sur la Fgure 5, représente la tenson à vde (générateur de Thévenn) alors que g représente la résstance nterne qu augmente lorsque la ple est usagée. S l on effectue la mesure avec un voltmètre numérque qu ne consomme pas de courant on conclura que la ple est neuve. l nverse, la même mesure fate avec un apparel analogque nous permettra de conclure que la ple est usagée. C est évdemment la deuxème mesure qu permettra de juger de l état de la ple.
5 Certans apparels comme les télévseurs modernes possèdent deux masses séparées. Là encore l est préférable de ne pas utlser le voltmètre numérque. Les deux masses peuvent être à des potentels très dfférents à cause de charges électrostatques sur l une des masses. L utlsaton du voltmètre analogque est consellée car sa fable résstance nterne permettra le vdage de ces charges et de vérfer qu l n y a pas de futes galvanques entres les masses. Pour évter l accumulaton de charges électrques les deux masses sont connectées entre elles par une résstance de forte valeur qu les ramènera à un potentel dentque. Le chox de l apparel de mesure n est donc pas qu une affare de goût ou de nostalge. III La mesure de courant : Tout ce qu vent d être dt sur l nterprétaton de la mesure peut être applquée à la mesure du courant à l excepton de la manère de fare. Il y a deux façons de mesurer un courant. 1) Sans ouvrr le crcut : Pour pouvor fare cette mesure (cas smple, Fgure 5) l faut qu l y at dans le crcut une résstance qu se stue sur le chemn de la mesure et que l opérateur connasse la lo d Ohm : V = * I. Fgure 5 g tant donné que l on connaît la valeur de la résstance et qu l est possble de mesurer la V tenson à ses bornes, le problème est V résolu : I =. La mesure du courant se résume à une mesure de tenson. S cette résstance est absente on peut en ntercaler une de fable valeur pour ne pas perturber le fonctonnement du crcut mas pas trop pette pour ne pas perdre la dynamque de la mesure. C est d alleurs comme cela que fonctonne un ampèremètre. 2) n ouvrant le crcut : Prenons le cas d un ampl VHF (fgure 6) que l on veut rendre lnéare (préoccupatons actuelles) pour une utlsaton en BLU. Dans ce cas on ntercale l ampèremètre en sére dans la lgne d almentaton. mpl. Fgure 6 Pour obtenr la valeur du courant de polarsaton de l amplfcateur l faut d abord s assurer qu l n y à pas d exctaton VHF et pas de courant de polarsaton. On effectue une premère mesure du courant que l on peut
6 qualfer de tare (dentque à une pesée pour enlever le pods des plateaux). La deuxème mesure du courant se fera avec le courant de polarsaton toujours sans exctaton VHF. Il n y a plus qu à effectuer une smple soustracton de ces deux valeurs pour obtenr la valeur du courant de polarsaton. IV La mesure de résstance, nductance, condensateur, dode 1) ésstance : La mesure de la résstance (Fgure 7) ne pose pas de problème partculer. Les apparels numérques sont beaucoup plus précs que leurs équvalents analogques. Il est tout de même fortement consellé de dessouder au mons un coté de l élément à mesurer et cette remarque est valable quelque sot l élément car les autres composants envronnants peuvent gravement perturber la mesure et dans le cas de la recherche d une panne on peut passer à coté. Fgure 7 Voc un cas typque pour lequel on ne peut pas mesurer drectement la résstance 2 pour 1 2 3 deux rasons : l y a deux résstances (1 et 3) en parallèle sur 2 donc l ohmmètre mesurera la résstance équvalente des tros en parallèle. pour qu un ohmmètre pusse fare sa mesure l ne faut surtout pas que le montage sot almenté donc l faut prendre son d ouvrr les sources de tenson. Lorsque l on mesure la contnuté des pstes d un crcut mprmé, l faut le fare lorsque ren n est câblé. 2) Inductance : Ce qu a été dt précédemment concernant les précautons à prendre pour effectuer des mesures correctes est auss valable pour les nductances. Une nductance, du pont de vue ohmque, n est qu un smple fl de cuvre dont la longueur peutêtre très courte (une spre ou mons) ou très longue (quelques dzanes de mllers de spres) donc l faut aborde la mesure avec précauton. damètre de fl égal, 1cm de cuvre est très très peu résstant comparé à une longueur de cuvre de 200m. vant d effectuer la mesure de sa résstance, l faut avor une dée du damètre du fl est de sa longueur. S on a des doutes sur sa valeur ohmque l reste la mesure du coeffcent de self nducton ( Henry) qu se mesure avec un nductance mètre. 3) Condensateur : l nverse de l nductance, la capacté ou condensateur ne lasse pas passer le courant contnu. On peut tout de même avor quelques ndcatons avec un ohmmètre. S la valeur lue est 0 ohm cela sgnfe que quelque sot le type de condensateur, l est en courtcrcut. Il est préférable d utlser un ohmmètre à agulle pour observer une
7 éventuelle charge d un condensateur s sa valeur est relatvement mportante ce qu donne une ndcaton mprécse de son état. Certan type de condensateur comme les électrochmques peuvent changer de valeur de manère mportante avec le temps, dans le jargon de l électroncen on dt qu l a séché en fasant référence à son électrolyte qu devent solde. nfn pour tout type de capacté, la mesure précse de la valeur en Farad s effectue avec un capacmètre. Certans multmètres numérques modernes possèdent cette foncton. Le condensateur, quelque sot le type, est capable de stoker de grande quantté d énerge sous des dfférences de potentel qu peuvent être très élevées. La précauton oblgatore à prendre avant toute mesure ou toute manpulaton d un condensateur est sa décharge. S sa valeur et sa tenson de charge sont élevées, l y a rsque de choc électrque pour le manpulateur ou destructon de l apparel de mesure. nfn un condensateur électrochmque ne supporte pas une nverson de polarté, cela fn presque toujours par une exploson, par des projectons de produts chmques (électrolyte), des mllers de confetts et quelques objets métallques volants et non dentfés. 4) Dode et transstor bpolare : Les dodes comme les transstors bpolares peuvent se mesurer avec un ohmmètre. Les transstors bpolares comme les dodes se mesurent de la même manère. Pour smplfer je ne ctera que les dodes. Les matéraux les plus couramment utlsés sont le germanum et surtout le slcum mas l y a auss l arsénure de gallum entre autres. Ces composants sont undrectonnels c est à dre que le courant ne peut crculer que dans un sens, de l anode vers la cathode pour le sens conventonnel. Dans le sens passant, la mesure avec un ohmmètre analogque donnera envron une centane d ohms suvant le type de semconducteur, avec un ohmmètre numérque la valeur attent 2 à 3 Mégohms ; dans le sens nverse la dode est bloquée et la mesure est dentque à celle d un crcut ouvert quelque sot le type de voltmètre. Dans le sens passant les mesures ne sont pas très sgnfcatves car elles sont très dfférentes d un type d apparel à l autre. Les multmètres numérques modernes possèdent une foncton spécale pour ce type de mesure. C est un générateur de courant qu fat crculer un courant dans l élément à mesurer et le voltmètre nterne mesure la tenson au bornes de cet élément (dode ou transstor). n mesurant ces tensons ont peut avor une dée du matérau semconducteur utlsé et de l état du composant. Cette tenson, pour un composant en état de fonctonnement, est de l ordre de 0.3V pour le germanum et 0.7V pour le slcum. Ces quelques lgnes n ont pas la prétenton de tout explquer sur «la mesure», c est surtout le coté pratque que j a voulu mettre en évdence. Bonne lecture F4DXU