TP 8 : Mesures de résistances But du TP cours : Se familiariser avec le matériel électrique (générateurs, multimètre) afin de mesurer par diverses méthodes des résistances. I. Les résistances (autres que les résistances calibrées et le potentiomètre...) 1) Les boîtes AOIP (Association des Ouvriers en Instruments de Précision) Les boîtes AOIP sont constituées de résistances très précises (0,2%) et sont pour cette raison très coûteuses (150 ). Ce sont des potentiomètres dans lesquels la borne mobile C ne peut se déplacer que par sauts quantifiés (rotation du bouton et inscription k correspondante). Les bornes A et B sont les deux bornes fixes du potentiomètre. En cas de doute, vaut mieux perdre un peu de temps pour vérifier à l'ohmmètre la valeur de R AB. Mise en série : les boites AOIP s'emboîtent et peuvent être mises en série simplement sans fils et sans encombrement à l'aide de petits conducteurs. Attention néanmoins à bien mettre «AOIP» en bas à gauche pour avoir une lecture simple de R AB. Manipulation : Réaliser à l'aide des boites AOIP une résistance de 4250 Ω et vérifier sa valeur à l'ohmmètre. Précision de la mesure : En général, la notice (ou l'affichage) indique comment obtenir l incertitude-type sur une grandeur électrique (tension U, intensité I, résistance R, etc). Elle est toujours de la forme : U(X) = n % Lecture + m digits La valeur de l unité de représentation (UR) ou «digit» (pour d autres modèles de multimètre) est égale à une unité de la décade de poids le plus faible de l affichage. Pour un affichage R = 0,998 Ω le digit vaut... Manipulation : Effectuer la mesure de résistance à l'aide des boites AOIP et indiquer la tolérance/précision de la mesure à l'aide du mode SPEC du multimètre MTX 3250 Remarque : La consultation de la notice montre que les valeurs de n et m changent avec le calibre de l appareil de mesure.
2) Boite à décades de résistances Il s'agit de résistances précises (0,5%) associées en série et sont pour cette raison coûteuses (80 ). II. Mesure de la résistance interne du Générateur Basses Fréquences (GBF) 1) Modélisation Une source idéale de tension fournit une tension indépendante du courant débité : quel que soit le circuit branché aux bornes d'une telle source, la tension délivrée reste identique et égale à la force électromotrice E. Un GBF est une source réelle de tension et le modèle de Thévenin permet de décrire le comportement d'une telle source : pour cela, on associe en série.... La tension délivrée par le GBF dépend donc de ce que l'on branche à ses bornes, et l'on rencontrera à plusieurs reprises dans l'année des situations où la tension aux bornes du GBF est modifiée lorsqu'on branche le reste du circuit. Prenons le cas le plus simple où nous branchons une résistance R aux bornes du GBF. Dans quel cas peut-on considérer que l'on a un «bon» générateur?
2) Mesure de la résistance interne du GBF Déterminer et mettre en œuvre un protocole expérimental permettant de déterminer la résistance interne du GBF GX 239.
III. Les multimètres 1) Modélisations a. Voltmètre Branché en parallèle, il permet de mesurer la tension aux bornes d'un dipôle. Idéalement, il ne modifie pas le circuit, c'est-à-dire qu'il ne doit pas prélever d'intensité dans le circuit (équivalent à un interrupteur ouvert). En pratique, le voltmètre est modélisable par une résistance R v, appelée résistance interne du voltmètre. Prenons le cas simple où nous souhaitons mesurer, à l'aide d'un voltmètre, la tension à vide U AB (fem) délivrée par le GBF. Avant le branchement du voltmètre Après le branchement du voltmètre CQFR : On a ici un «bon» voltmètre si... Ordre de grandeur : cf notices R v 10 MΩ. Conséquence : les résistances intervenant dans les montages étant en général très inférieures à 10 MΩ, un multimètre utilisé en voltmètre se comportera toujours de façon quasi-idéale.
b. Ampèremètre Branché en série, il permet de mesurer l'intensité traversant un dipôle. Idéalement, il ne modifie pas le circuit, c'est-à-dire qu'il doit avoir une tension nulle à ses bornes (équivalent à un interrupteur fermé). En pratique, l'ampèremètre est modélisable par une résistance interne R A, appelée résistance interne de l'ampèremètre. En fait sur les notices, on trouve une valeur maximale de la chute de tension aux bornes de l'ampèremètre pour un calibre donné. Quand l'ampèremètre est traversé par une intensité I C égale au calibre de travail, la chute de tension est δv =R A I C Cela permet d'évaluer la résistance interne de l'ampèremètre R A pour un calibre donné. Prenons le cas simple où nous souhaitons mesurer, à l'aide d'un ampèremètre, le courant électromoteur η délivrée par une source de courant (alimentation stabilisée). Avant le branchement de l'ampèremètre Après le branchement de l'ampèremètre CQFR : On a ici un «bon» ampèremètre si. Ordre de grandeur : cf notice du MX 579 Manipulation : Évaluer la résistance interne de l'ampèremètre sur le calibre 4 ma.
2) Perturbation apportée par un ampèremètre dans un montage Manipulation : Le GBF délivre une tension continue E = 3 V et on prend pour résistance une boîte AOIP. Faire un schéma clair du montage avant de le réaliser. Que vaut théoriquement l'intensité du courant électrique I pour R = 50 Ω? pour R = 500 Ω? Insérer un ampèremètre (MX 579) dans le montage pour mesurer I et un voltmètre (MX 3250) pour mesurer la tension, notée U', aux bornes de l'ampèremètre. Que représente cette tension U'? Placer l'ampèremètre sur le calibre 400 ma, mesurer I et U' pour R = 50 Ω puis pour R =500Ω. Faites de même sur le calibre 40 ma (compléter le tableau ci-dessous). En déduire les valeurs de la résistance interne de l'ampèremètre R A associées à ces calibres. Commenter l'importance d'un choix judicieux du calibre. Calibre 40 ma Calibre 400 ma R = 50 Ω R = 500 Ω CQFR :
3) Estimation de la résistance interne d'une bobine (bobine réelle) Déterminer et mettre en œuvre un protocole expérimental permettant de déterminer la résistance interne d'une bobine. Indications : L'utilisation de l'ohmmètre est évidemment interdite...il faut dans ce cas estimer la résistance de la bobine à partir de deux mesures : l'une de courant et l'autre de tension en régime PERMANENT. La démarche adoptée devra être clairement exposée et accompagnée de schéma électriques précisant les positions de l'ampèremètre et du voltmètre dans le montage. Une analyse critique des résultats obtenus est attendue.