M07 Utilisation des appareils de mesures électriques-GE-EB

ROYAUME DU MAROC

OFPPT Office de la Formation Professionnelle et de la Promotion du Travail IRECTION R ECHERCHE ECHERCHE ET I NGENIERIE NGENIERIE DE F ORMATION ORMATION D IRECTION

ESUME T HEORIQUE HEORIQUE R ESUME & UIDE DE T RAVAUX RAVAUX P RATIQUES RATIQUES G UIDE

ODULE N °: 7 UTILIS M ODULE UTIL ISATI ATION ON DES DE S APPARE APP AREIL ILS S DE MESURE ELECTRIQUES

E CTEUR : ELECTROTECHNIQUE S ECTEUR PECIALITE : ELECTRICITE S PECIALITE DE BÂTIMENT IVEAU : QUALIFICATION N IVEAU QUALIFIC ATION

ANNEE 2009

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Résumé de Théorie et Guide de travaux pratiques

Module 7 : Utilisation des appareils de mesure électriques

Document élaboré par : Nom et prénom prénom

EFP

Pantazica Pantazica Lucretia Elena

CDC CD C Géni Gé nie e Electrique

Révision linguistique - - -

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OFPPT / DRIF/CDC Génie Electrique

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DR DRIF



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Pantazica Pantazica Lucretia Elena

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DR DRIF



S OMMAIRE OMMAIRE Présenta Présentation tion du Module Module ........................................................................................................................7 RESUME THEORIQUE................ THEORIQUE ................................. .................................. .................................. .................................. ................................8 ...............8 1. GENERALITES SUR SUR LA MESURE ....................... .................................. ...................... ....................... ....................... .................9 ......9 1.1. Introduction Introduction ...................... ................................. ....................... ....................... ...................... ...................... ....................... ....................... ...................9 ........9 1.. 2..Métrologie................................ Métrologie ................................................................... ...................................................................... .................................................................9 ..............................9 1.. 3.. Appareils de mesure ...............................................................................................................12 1.4. Méthodes de masure............ masure ....................... ...................... ....................... ....................... ...................... ...................... .......................13 ............13 1.5. Caractéristiques des appareils apparei ls de mesure ...................... ................................. ...................... .......................14 ............14 2. GENERALITES SUR LES APPAREILS DE MESURE ........... ................. ........... ........... ............ ............ ............ ............ ..........15 ....15 2.1 Appareils de mesure analogique...........................................................................................15 2.2 Appareils de mesure numériques ................................. .................................................. .................................. ..............................17 .............17 3. MESURES ELECTRIQUES ...................... ................................. ...................... ....................... ....................... ...................... .................28 ......28 3 1 Mesure de la tension………………………………………….…………………….28 3. 2 Mesure du courant…………………………………………………………….…...29 3.3 Contrôle d’isolement…………………………………………………………………32 3. 4 Mesure de la continuité……………………………………..………………..........33 3. 5 Mesure de la puissance en monophasé………………………..………..…..…..34 3.6 Mesure de la puissance en triphasé…………………………..…………..…..….35 3. 7 L’analyseur de réseaux……………………………………………………………..36 4. APPAREILS DE MESURE ELECTRIQUES…………………………… ELECTRIQUES……………………………………..…...39 ………..…...39 4.1.1. Appareils analogiques……………………………………………………………..39 4.1.2. Appareils numériques……………………………………………………………. nu mériques…………………………………………………………….40 40 4.2. Ampèremètre…………………………………………………………………………42 4.3. Voltmètre ...................... .................................. ....................... ...................... ...................... ....................... ....................... ...................... .....................44 ..........44 4.4. Ohmmètre ...................... ................................. ....................... ....................... ...................... ....................... ....................... ...................... ...................45 ........45 4.4.1. Ohmmètre analogique............... analogique ................................ .................................. .................................. .................................. ...........................47 ..........47 4.4.2. Ohmmètre O hmmètre numérique nu mérique ................................ ................................................. .................................. .................................. ...........................48 ..........48 4.4.3. Mégohmmètre (Ohmmètre à magnéto)............... magnéto) ................................ ................................... .................................49 ...............49 .4.4. Mégohmmètre numérique................. numérique .................................. .................................. .................................. .................................. .....................50 ....50 4.5. Multimètre................... Multimètre............................... ....................... ...................... ....................... ....................... ...................... ...................... .......................52 ............52 4.6. Pince ampèremétrique ....................... .................................. ...................... ....................... ....................... ...................... .....................53 ..........53 4.7. Wattmètre ..................... ................................. ....................... ...................... ...................... ....................... ....................... ...................... .....................54 ..........54 GUIDE DE TRAVAUX PRATIQUES ............ .................. ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............. ............. ......... ...58 58 TP1- Utilisation d’un multimètre…………………………………………………………59 TP 2– Mesure de l’intensité et de la tension en continu ................................... .................................................... ..................63 .63 TP 3 – Mesure Mesure de continui continuité............ té....................................................................................................................6 ........................................................................................................67 7 TP 4 - Etude d’une résistance................................... résistance ...................................................................... .................................................................... ................................. 71 TP 5 – Mesure Mesure d’isolem d’isolement ent ....................................................................................................................... 76 TP 6 – Mesure de la résistance d’une prise de terre .......... ............... .......... .......... .......... ........... ............ ............ ............ ............ ......... ... 79 BIBLIOGRAPHIE BIBLIOG RAPHIE ................................................................... ...................................................................................................... ........................................................ .....................82 82


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MODULE : 7

Module 7 : Utilisation des appareils de mesure électriques UTILISATION DES APPAREILS DE MESURE ELEC TRIQUES Durée : 30 h

OBJECTIF OPERA TIONNEL DE PREMIER NIVEAU DE COMPORTEMENT

COMPORTEMENT ATTENDU Pour démontrer sa compétence le stagiaire doit utiliser les appareils de mesure électriques selon les conditions les critères et les précisions qui suivent.

CONDITIONS D’EVALUA TION M

M

M

Individuellement A l’aide des appareils de mesure A partir de : questionnaires questionnaires à compléter travaux à réaliser. • •

CRITERES GENERA UX DE PERFORMANCE Choix et utilisation adéquats des appareils ,• Respect des limites d’utilisation ,• Respect des règles de santé et de sécurité ,• M

M

M


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OBJECTIF OPERA TIONNEL DE PREMIER NIVEAU DE COMPORTEMENT PRECISIONS SUR LE COMPORTEMENT ATTENDU

CRITERES PARTICULIERS DE PERFORMANCE

A) Utiliser les notions de base d’électricité

Application juste de notions de courant et de tension en courant continu et alternatif Application adéquate des lois de l‘électricité (loi d’Ohm, loi de Joule)

B) Utiliser les appareils de mesure

Choix des appareils appropriés Respect des normes d’utilisation Utilisation conforme aux recommandations du constructeur Respect des règles de sécurité

C)

Ranger les appareils de mesure


Respecté la propreté des lieux.

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OBJECTIFS OPERA TIONNELS DE SECOND NIVEAU

LE STAGIAIRE DOIT MAITRISER LES SAVOIRS , SAVOIR FAIRE , SAVOIR PERCEVOIR OU SAVOIR ETRE JUGES PREALABLES AUX APPRENTISSAGES DIRECTEMENT REQUIS POUR L ’ATTEINTE DE L ’ OBJECTIF DE PREMIER NIVEAU , TELS QUE :

Avant d’apprendre à utiliser les notions de base d’électricité le stagiaire doit (A) : 1. Donner la signification des termes relatifs aux circuits électriques 2. Distinguer les caractéristiques des composants d’un circuit électrique (sources, résistances, condensateurs, inductances) 3. Expliquer la loi d’Ohm et la loi de Joule (l’expression de la puissance). 4. Reconnaître différents groupements de composants.

Avant d’apprendre à utiliser les appareils de mesure le stagiaire doit (B) : 5. Identifier et décrire la fonction du voltmètre 6. Identifier et décrire la fonction de l'ampèremètre 7. Identifier et décrire la fonction de l'ohmmètre 8. Identifier et décrire la fonction du contrôleur universel 9. Identifier et décrire la fonction de la pince ampèremétrique 10. Déterminer les grandeurs à mesurer

Avant d’apprendre à ranger les appareils de mesure le stagiaire doit (C) : 1 1. Développer les méthodes de rangement efficace et sécuritaire


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Présentation du Module

L'électricien bâtiment est chargé de réaliser des installations à l’intérieur et à l’extérieur des bâtiments chez les particuliers, dans les immeubles, dans les locaux pouvant recevoir du public : écoles, hôpitaux… Son rôle est la réalisation d’installations d’après un plan architectural indiquant la position des éléments électriques. Il doit être capable de définir le cheminement des conduits électriques de réaliser l’encastrement et la pose de l’appareillage électrique en respectant les normes de sécurité en vigueur. Réaliser la pose et le raccordement du coffret des protections, contrôler le bon fonctionnement de l’installation. Effectuer des dépannages sur les installations, et les mettre aux normes. Actuellement le niveau de sécurité augmente dans tous les domaines, dans les prochaines années il est fort probable qu’une attestation d’installation conforme aux règles de sécurités sera demandée par les assurances ou pour la mise en location des immeubles. Cela aura pour effet de relancer la profession et l’économie du bâtiment. « Utilisation des appareils de mesure électriques » est le module

qui donne aux stagiaires de la spécialité « Électricien de bâtiment » les notions de base de l’électricité et les règles d’utilisation des appareils de mesure électriques nécessaires pour le travail correct sur un chantier. L’objectif de ce dernier est non seulement d’informer le stagiaire sur la matière mais aussi de lui proposer la suite adéquate des consignes à suivre afin d’obtenir des habilités durables au travail pour arriver à des manipulations sécurisées dans le domaine.


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Module 7 : UTILISATION DES APPAREILS DE MESURE EL EC TRIQUES RESUME THEORIQUE


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GENERALITES SUR LA MESURE

I.1 Introduction La mesure est un processus de connaissance qui grâce à l’expérience physique nous donne une information quantitative (valeur) du rapport entre la grandeur mesurable et une grandeur de même nature prise comme unité.

I.2 Métrologie I.2.1 Définition

La métrologie au sens étymologique du terme se traduit par Science de la mesure. Dans le langage courant des « métrologues », on entend souvent dire mesurer c’est comparer ! Les résultats des mesures servent à prendre des décisions : •

• • • •

Acceptation d’un produit (mesure des caractéristiques, des performances, conformité à une exigence), Réglage d’un instrument de mesure, validation d’un procédé, Réglage d’un paramètre dans le cadre d’un contrôle d’un procédé de fabrication, Validation d’une hypothèse, Définition des conditions de sécurité d’un produit ou d’un système.

Un résultat de mesure est écrit sous la forme : X = {X} [X] Où X est le nom de la grandeur physique, [X] représente l’unité et{X}est la valeur numérique de la grandeur exprimée dans l’unité choisie. I.2.2 Quelques termes de métrologie Grandeur (mesurable) : définie comme attribut d’un phénomène, d’un corps ou d’une substance, qui est succeptible d’être distinguée qualitativement et déterminée quantitativement

Unité de mesure : c’est une grandeur particulière, définie et adoptée par convention, à laquelle on compare les autres grandeurs de même nature pour les exprimer quantitativement (valeur) par rapport à cette grandeur. Mesurage : c’est l’ensemble des opérations ayant pour but de déterminer une valeur d’une grandeur. OFPPT / DRIF/CDC Génie Electrique

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Mesurande : grandeur particulière soumise à mesurage .

Incertitude de mesure : c’est un paramètre, associé au résultat d’un mesurage, qui caractérise la dispersion des valeurs qui pourraient raisonnablement être attribuées au mesurande. Etalon de mesure : en métrologie, un étalon est un dispositif auquel on doit se fier pour contrôler l’exactitude des résultats fournis par un appareil de mesure. I.3 Les grandeurs électriques et leurs unités

Les principales grandeurs électriques q’un électrotechnicien est amené à mesurer sont les suivants : • • • • • •

La tension ou différence de potentiel (ddp) entre deux points, L’intensité d’un courant dans une branche, La résistance d’un récepteur, La capacité d’un condensateur, La puissance dissipée dans un circuit, La fréquence et la période d’un signal

Les grandeurs et unités de base dans le système international (SI) sont donnés par les tableaux suivants : Grandeur

Symbole

Unité

Symbole

Appareil de mesure

Tension Intensité Puissance Résistance Capacité Inductance Période Fréquence Température Pression

U I P R C L T F T P

Volt Ampère Watt Ohm Farad Henry Seconde Hertz Degrés celsius Pascal

Voltmètre Ampèremètre Wattmètre Ohmmètre Capacimètre Henry mètre Période mètre Fréquencemètre Therme mètre Baromètre

Chaleur Eclairement Intensité lumineuse

Q E I

Calorie Luxe Candela

V A W W F H S Hz °C Pa (ou bar) Cal Lux Cd

Calorimètre Luxmètre Candela mètre

Tableau 1 : Grandeurs et unités de base Les différentes unités Préfixe

Symbole

yotta zetta

Y Z


10

Multiplication

1024 1021



Exa Péta Téra Giga méga Kilo Hecto déca déci centi milli micro nano pico femto atto zepto yocto

1018 1015 1012 109 106 103 102 101 10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 10-18 10-21 10-24

E P T G M K h da d c m m n p f a z y

Tableau 2 : Multiples et sous multiples des unités Grandeurs

Unités traditionnelles

Unités légales

Force

1 Kgf 0.102 Kgf 1 Kgf/m² 0.102 Kgf/m² 1 Kgf/cm² 1.02 Kgf/cm² 1 mCE 1 mmCE 10.2 mCE 10.2 mmCE 1 Kgm 0.102 Kgm 1 Kcal 0.2389 Kcal 1 Kcal 0.860 Kcal 860 Kcal 1 Kgm/s 0.102 Kgm/s 1 Kcal/h 0.860 Kcal/h 860 Kcal/h

9.8 N 1N 9.8 Pa 1 Pa 0.98 bar = 9860 Pa 1 bar 0.098 bar = 9806 Pa 0.098 mbar = 9.8 Pa 1 bar 1 mbar 9.8 j 1j 4.1855 Kj 1 Kj 1.163 Wh 1 Wh 1 KWh 9.8 W 1W 1.163 W 1W 1 KW

Pression

Energie

Puissance


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Tableau 3 : Equivalences des unités traditionnelles et les unités légales Grandeurs

Unités françaises

Unités anglo-saxonnes

Longueur

1 mm 25.4 mm 1 dm3 3.79 dm3 1 g/cm² 70.3 g/cm² 1 Pa 6889 Pa 1 bar 0.0689 bar Température Celsius tc tc = ( tf – 32) / 1.8 1 Kj 1.0548 Kj 1 KWh 0.7457 KWh 1 KW 0.7457 KW

0.0394 pouce 1 pouce 0.264 gallon 1 gallon 0.0142 p.s.i 1 p.s.i 1.45*10-4 p.s.i 1 p.s.i 14.5 p.s.i 1 p.s.i Température Fahrenheit tf tf = 1.8tc + 32 0.948 BTU 1 BTU 1.341 HPH 1 HPH 1.341 HP 1 HP

Volume Pression

Température Chaleur

Puissance

Tableau 4: Equivalence des unités anglo-saxonnes

I.4 Appareils de mesure La mesure reste bien souvent, le seul moyen de vérifier le fonctionnement ou les performances d’un procédé industriel, grâce à des appareils de mesure très performants. Dans le domaine électrique et électronique, on utilise plusieurs types d’appareils de mesure, tels que : -

Le voltmètre pour mesurer des tensions,

-

L’ampèremètre pour mesurer des intensités,

-

Le wattmètre pour mesurer des puissances,

-

L’ohmmètre pour mesurer des résistances ; ect...

L’oscilloscope pour visualiser la forme d’une onde et d’obtenir de nombreux renseignements (amplitude, période…). Le voltmètre, ampèremètre, et ohmmètre sont souvent regroupés en un seul appareil qui s’appelle multimètre.


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I.5 Méthodes de mesure Pour mesurer une grandeur, on doit le comparer à une autre grandeur ayant la même unité. Les méthodes principales de mesure sont : I.5.1 Méthode directe

On détermine la valeur de la grandeur mesurée directement de l’appareil de mesure. Exemple : Le courant I est mesuré par un ampèremètre.

I.5.2 Méthode indirecte

Les déviations de plusieurs appareils de mesure permettent de déterminer la valeur inconnue. En effet, on mesure les grandeurs inconnues par l’application de certains lois physiques. Exemple : On détermine la valeur d’une résistance par la mesure de la tension et du

courant qui le traverse ( application du loi d’Ohm).

I.6 Erreurs de mesures I.6.1 Généralité

Quelque soit le soin apportée à la mise en œuvre de la mesure, à la précision de l’appareil, le respect des règles de manipulation, il reste toujours une incertitude (erreur) sur la mesure.  

Faire tendre cette incertitude vers une valeur de plus en plus faible. Toute mesure pour être complet, elle doit comporter non seulement la valeur mesurée, mais également les limites de l’erreur possible sur la valeur donnée.

I.6.2 Incertitudes de mesure I.6.2.1

Incertitude absolue (DX)

L’erreur absolue est la différence entre la valeur mesurée Xm et sa valeur exacte Xe. En effet, l’incertitude DX a une limite supérieure raisonnable de l’erreur telle que l’on puisse affirmer. Xm - DX < Xe < Xm + DX

En l’absence d’indication explicite, l’incertitude absolue d’un résultat est égale à une demi unité du dernier chiffre exprimé. I.6.2.2

Incertitude relative


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Elle représente le rapport de l’erreur absolue à la valeur réelle de la grandeur X, elle est égale à DX / Xm. Si DX / Xm =0.02 , on dira que la précision est de 2%.

I.7 Caractéristiques des appareils de mesure  

Calibre de mesure : c’est la capacité maximale de l’appareil de mesure. Classe de précision La classe d’un appareil fixe la marge maximale d’incertitude

de construction de l’appareil. Un appareil est dit de classe 2 quand l’incertitude absolue de construction est inférieure à 2% du maximum de l’échelle (calibre).

Sur le calibre 10A d’un ampèremètre de classe 2, l’incertitude de construction sera au maximum égale à 2%*10A= 0.2. 

Echelle : repère gradué servant à comparer les valeurs représentant des

grandeurs.


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GENERALITES SUR LES APPAREILS DE MESURE

II.1 Les appareils de mesure analogiques : Un appareil de mesure comprend généralement un ou plusieurs inducteurs fixes (aimant permanant) agissant sur un équipage à cadre mobile autour d’un axe fixe. II.1.1 Classifications des appareils á déviation.

La classification usuelle des appareils á déviation utilise la nature du phénomène physique qui régit le fonctionnement de l’appareil. On distingue plusieurs types d’appareils, dont les principaux types sont :

II.1.1.1 Appareils magnétoélectriques :

L’inducteur fixe est un aimant fixe en forme de U, la déviation de l’aiguille est proportionnelle au courant moyen qui traverse une bobine placée á l’intérieur du champ magnétique crée par l’aimant fixe.

II.1.1.2 Appareils ferromagnétiques :

Le principe de fonctionnement d’un appareil ferromagnétique est basé sur l’action d’un champ crée par un circuit parcouru par un courant sur une ou plusieurs pièces de fer doux et dont certaines sont mobiles. On distingue deux types d’appareils à attraction ou à répulsion. Pour le type d’appareil á attraction, le principe utilisé est l’action magnétique produite par une bobine fixe traversée par un courant sur une palette en fer doux (organe mobile) montée sur deux pivots. Cet équipage mobile est muni d’une aiguille et d’un dispositif d’amortissement. Pour le type d’appareil á répulsion, le champ magnétique créer par la bobine fixe agit sur deux palettes placées dans ce champ qui subissent une aimantation de même sens. La répulsion des deux palettes fait dévier l’aiguille. Un appareil ferromagnétique est très simple á construire, robuste, utilisable en courant continu et en alternatif. La graduation de son échelle est non linéaire. OFPPT / DRIF/CDC Génie Electrique

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II.1.1.3 Appareils électrodynamiques :

Un appareil électrodynamique est formé principalement d’un circuit fixe (généralement deux demi bobines) créant un champ magnétique á l’intérieur du quel se déplace un cadre mobile de faible inertie monté sur deux pivots et entraînant une aiguille. Les appareils électrodynamiques sont non polarisés. Ils sont utilisables en courant contiu et en courant alternatif. Ils sont généralement utilisables pour la fabrication des wattmètres.

II.1.1.4 Appareils électrostatiques :

Ce type d’appareils est caractérisé par une force exercée par l’armature d’un condensateur sur son armature mobile. Ce type d’appareils est toujours utilisée en voltmètre. Lorsqu’on applique une tension entre les deux plaques de cet appareil, l’une se charge positivement et l’autre négativement, ce qui produit une force d’attraction qui tend á faire tourner la plaque mobile qui est solidaire d’une aiguille. Ils sont utilisables en courant continu et en courant alternatif et possède une échelle non linéaire.

Le principe de fonctionnement de ce type d’appareils est basé sur la dilatation d’un fil conducteur qui s’échauffe lors du passage d’un courant électrique I. Cet effet est la conséquence directe de la puissance dissipée par effet joule dans le fil á dilatation. II.1.1.5 Appareils thermiques :

Le appareils thermiques sont non polarisés, utilisable en courant continu et en courant alternatif. II.1.2 Symboles portés sur les cadrants des appareils de mesure analogique

Sur le cadrant d’un appareil de mesure analogique, le constructeur indique souvent, le type de l’appareil, la nature du courant, la tension d’épreuve diélectrique, la position de lecture, la classe de précision, la sensibilité, etc.… Dans le tableau I.1, on résume les principaux symboles trouvés pour la plupart des appareils Symbole


Signification

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Module 7 : Utilisation des appareils de mesure électriques Nature du courant :

Courant contenu _ ~ -~

Courant alternatif Courant contenu et alternatif Tension d’isolement entre les deux bornes de

l’appareil est 2KV Tension d’isolement entre les deux bornes de

l’appareil est 500V Position de lecture :

Verticale Horizontale inclinée 20Hz…….500Khz 0.5

Bande de fréquence dans la quelle l’appareil peut

fonctionner correctement Classe de précision de l’appareil

1

est de 0.5% du calibre

2

Classe de précision de l’appareil

est de 1% du calibre Classe de précision de l’appareil

est de 2% du calibre Tableau I.1 : Principaux symboles portes sur le cadrant d’un appareil de mesure analogique


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II.1.3 Sécurité des appareils de mesure :

Les appareils de mesure doivent être conformes aux normes de sécurité qui leur sont applicables et doivent porter le marquage CE qui atteste la conformité a la directive CEM et a la directive basse tension. Le marquage de l’appareil doit comporter : ·

La valeur assignée de la tension phase - neutre.

·

La catégorie d’installation

·

Le degré de pollution.

CEM : signifie compatibilité électromagnétique. Exe mpl e:

Figure II.1 face avant et arrière d’un multimètre (d’après Chauvin Arnoux)

L’appareil de l’exemple précèdent est conforme a la norme IEC1010 avec : ·

Double isolation

·

Degré de pollution 2,

·

Tension phase - terre 600V


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II.2 Les appareils de mesure numériques : II.2.1 Schéma synoptique d’un appareil de mesure numérique :

Le schéma synoptique général d’un appareil de mesure numérique est donné par le schéma fonctionnel suivant :

Figure II.2 : schéma synoptique d’un appareil numérique

II.2.2 Vocabulaires propres aux techniques numériques :

Les appareils de mesure numériques sont de plus en plus utilisés du fait de leur fiabilité, leur précision, leur robustesse et leur facilité de lecture. Ils sont aussi de moins en moins onéreux et deviennent même compétitifs avec les appareils analogiques de bas de gamme. Les principales définitions utilisées par les constructeurs des appareils numériques sont : ·

Information : Ce terme désigne la donnée physique à l’entrée de l’appareil

·

Signal : c’est la grandeur électrique (courant ou tension) image de l’information.

Capteur : c’est le dispositif qui saisit l’information et la transforme en un signal · exploitable par l’appareil de mesure. (exemple : le microphone est un capteur qui transforme le son en un signal électrique)

· Nombre de points : (N) Il correspond au nombre de valeurs différentes que peut afficher l’appareil dans une gamme de mesure (exemple : pour un appareil a 4 afficheurs, le nombre de poins de mesure est N=104) · Pas de quantification : (q) la plus petite valeur différente de 0 dans la gamme de mesure (exemple : pour un appareil de mesure a 4 afficheurs, utilise dans la gamme de 10V, le pas de quantification est q= 10/N =1mV). · Digit : Désigne le dispositif qui affiche tous les chiffres de 0 á 9 de même poids dans un nombre. · Résolution : c’est la valeur du pas de quantification dans la gamme. Elle correspond à la plus petite variation de la valeur de la grandeur que l’appareil peut OFPPT / DRIF/CDC Génie Electrique

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détecter dans une gamme. Résolution = gamme de mesure/nombre de points N. (exemple : la résolution d’un appareil de 100000 points dans la gamme de 1V est égale á 10µV). · Précision : la précision d’un appareil dépend de la résolution de l’appareil, de la qualité des composants, la précision des références de tension et de temps etc.… La précision d’un appareil numérique est généralement donnée en pourcentage de la lecture pour chaque gamme. Cette précision peut être très grande pour certains appareils (exemple 0.0005% pour le modèle 7075 d’Enertec Schlumberger pou la gamme de 10V). Les appareils portatifs courants ont des précisions variant de 0.1% a 1% de la lecture suivant la gamme et la grandeur mesurée, et dans la plus part des cas a une ou deux unités (ou digits) prés. (Exemple : gamme 2 V ; Résolution 1 mV ; précision 0.1% + 2 dgt ; lecture 1V. La précision de cette mesure sera 0.1%*1V+2*1 mV=3mV). · Cadence de lecture : Elle indique le nombre de mesures qu’effectue l’appareil en une seconde. · Rejection des interférences : Elle caractérise l’affaiblissement par l’appareil des signaux parasites issus du secteur. Ils fausseraient la mesure s’ils n’étaient pas filtrés.

II.3 Comparaison entre les appareils numériques et analogiques Les appareils numériques sont de plus en plus utilisés. Il ne faut pas s’imaginer que les appareils analogiques vont disparaître complètement. Dans la pratique, le technicien aura à sa disposition durant plusieurs années les deux types d’appareils. En général leur coût est moins élevé que celui de leurs homologues numériques. Enfin un certains nombre d’utilisateurs préfèrent l’affichage par aiguille que par valeur numérique.

Utiliser un multimètre L'intérêt des multimètres numériques comme illustré ci-contre est qu'il sont auto-protégés et ne risquent pas de « griller » par une mauvaise manipulation de votre part (en particulier mauvaise sélection des plages de valeurs).


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NOTIONS DE BASE D’ELECTRICITE 1.1 Intensité du courant électrique

La matière est constituée d’atomes. Un atome est formé d’un noyau, chargé positivement, autour du quel gravitent des électrons qui sont des particules élémentaires portant une charge électrique négative (masse d’un électron : 9,1 . 10 -31 Kg, charge d’un électron : - 1,6 . 10 -19 C). Un atome est électriquement neutre. S’il comporte Z électrons, son noyau renferme Z protons qui sont des particules élémentaires chargées positivement (masse d’un proton : 1,67 . 10 -27 Kg, charge d’un proton : + 1,6 . 10 -19 C). Les atomes de certains corps peuvent perdre un ou plusieurs électrons. L’ensemble restant constitue un ion positif . Dans les conducteurs métalliques d’un circuit électrique, le passage d’un courant résulte d’un déplacement d’électrons devenues « libres ». Le courant électrique résulte d’un déplacement de particules portant une charge électrique.

Dans les métaux, ces porteurs sont des électrons, c'est-à-dire des particules élémentaires portant une charge négative. Dans les liquides et les gaz, les porteurs sont des électrons et des ions positifs ou négatifs. Du point de vue de la conduction électrique les corps sont classés en 3 catégories : conducteurs, isolants et semi-conducteurs. •

•

Les conducteurs opposent une faible résistance au passage du courant électrique. Tous les métaux sont des conducteurs, l’aluminium et le cuivre étant les plus utilisés. Les isolants sont des matériaux qui ne permettent pas le passage du courant. Le papier, le bois, le caoutchouc, le plastique, le verre, la porcelaine sont des exemples de matériaux utilisés comme isolants en électrotechnique. Les isolants sont d’habitude des substances composées qui ne permettent pas l’apparition des électrons libres,


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contrairement aux conducteurs qui sont des éléments purs. •

Les semi-conducteurs présentent une situation intermédiaire entre les conducteurs et les isolants. Leur concentration d’électrons libres dépende de la température. Le germanium et le silicium sont les semiconducteurs les plus utilisés. En outre les semi-conducteurs ont déterminé un développement spectaculaire de l’électronique car ils servent à la réalisation des composants comme : diodes, transistors, circuits intégrés.

Si le courant est constant et si une quantité q d’électricité traverse une section droite du conducteur en une durée t, l’intensité i du courant est égale à :

i

=

q t

ou i est donné en ampères, q en coulombs et t en secondes.

1.2. Circuits électriques Types de courant électrique Le courant électrique représente le déplacement ordonné des porteurs de charges (les électrons dans le cas des conducteurs). La manière d’après laquelle ce déplacement se produit détermine le type du courant. Les principaux types de courant sont : le courant continu , le courant alternatif et le courant pulsatif . Le courant continu est un courant de valeur et de sens demeurant constants. Les piles et les accumulateurs sont les principales sources de courant continu. La définition générale d'un courant alternatif indique seulement que c'est un courant périodique qui se renverse. Un courant alternatif sinusoïdal est tel que son intensité est représentée pendant chaque alternance, par une courbe susceptible de se superposer, par un choix convenable des échelles, à celle qui représente les variations du sinus d'un angle quand l'angle varie de 0°à 360°. Algébriquement, s on intensité est une fonction du temps, de la forme :


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Le courant alternatif triphasé

Le courant alternatif triphasé est généré par des champs tournants parcourant trois enroulements convenablement disposés. Les lignes de distribution électriques (E.D.F. pour la France) sont généralement constituées de quatre conducteurs 3 phases et le neutre. Le neutre est généralement relié à la terre par les réseaux de distributions pour des raisons de sécurité et de commodités. Les tensions simples et les tensions composées : les tensions simples sont mesurées entre le neutre est les phases V, les tensions composées sont mesurées entre les phases U. L'unité de mesure est le Volt.

Chaque tension est en retard de 2 π /3 rd (120°). Les expressions en fonction du temps sont donc : v1 = Vm sin ωt, v2 = Vm sin (ωt - 2π /3) et v3 = Vm sin(ωt - 4π /3) OFPPT / DRIF/CDC Génie Electrique

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Le courant pulsatif est un courant dont la valeur change périodiquement, mais dont le sens reste toujours le même Le courant pulsatif est obtenu par le redressement du courant alternatif.

Les effets du courant électrique sur l'organisme humain : Pour l'organisme on distingue deux types de muscles : les muscles moteurs commandés par le cerveau : les jambes, les bras. les muscles auto réflexes qui fonctionnent automatiquement, le cœur les poumons. Les muscles moteurs assurent par leur contractilité et leur élasticité les mouvements du corps. Les muscles, par leurs actions opposées permettent la flexion et l'extension des membres. C'est le cas du biceps et du triceps du bras. Si les muscles sont parcourus par un courant électrique, le cerveau ne les contrôles plus ce qui pour effet de provoquer de violentes contractions. Ces contractions, générant des mouvements intempestifs, se traduisent : soit par le non lâcher de la pièce ou la partie en contact ou par répulsion en fonction du muscle sollicité (fléchisseur ou extenseur). Les muscles de la cage thoracique fonctionnent automatiquement sous le contrôle du cervelet qui commande les muscles concernés par la fonction ventilatoire et circulatoire. Lors d'un contact électrique, les muscles de la cage thoracique se tétanisent et il en résulte l'arrêt de la fonction ventilatoire et circulatoire (poumons et cœur) ce qui provoque l'asphyxie du cervelet.


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Le cœur possède ses propres systèmes de commande automatique. Au cours d'un cycle cardiaque, d'une durée de 0,75 seconde, il existe une phase critique couvrant environ 30% du cycle. C'est durant cette phase que le cœur est le plus vulnérable. Le muscle cardiaque est fondamentalement excitable par le courant électrique. Si une électrisation, d'une durée suffisante survenait en fin de systole, durant la phase critique appelée T, il peut en résulter un fonctionnement désordonné appelé fibrillation ventriculaire pouvant provoquer l'arrêt du cœur. Un premier contact sans conséquence peut être mortel la prochaine fois.

Effets sur Intensités le corps humain ( f : 50 -60 Hz )

1 mA

Perception cutanée

5 mA

Secousse électrique

10 mA

Seuil de non lâcher

Tétanisation 25 mA - 3 des muscles mn respiratoires 40 mA - 3 s 50 mA - 1s 2000 mA


Fibrillation ventriculaire Inhibition des centres nerveux

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Résistance du corps humain : La résistance du corps humain peut se décomposer en deux parties : celle de l'épiderme, la plus importante. celle des tissus internes, comprise entre 500 et 1000 Ohms. La résistance de l'épiderme est fonction de nombreux facteurs, notamment : la surface de contact ( plus ou moins grande, humidité... ) la pression de contact l'hydratation et la salinité (sueur) l'épaisseur de la peau de la distance entre les points de contact de la fréquence. • •

• • • • • •

Résistance Courant Emplacement Tension limite du corps de non ou local conventionnelle humain lâché MOUILLE

2.500 Ohms

10 mA

25 volts

NON MOUILLE

5.000 Ohms

10 mA

50 volts

Conduite à tenir en présence d’une personne électrisée : Tout d’abord analyser rapidement la situation, tenter d’isoler la victime de la source électrique, couper l’alimentation si c'est possible. A proximité de haute tension, si vous n’êtes pas sûr que l’alimentation est coupée, si vous pensez que la victime est toujours en contact avec la source électrique, utilisez le tabouret isolant, les gants, les lunettes et la perche courbée pour procéder au dégagement. DANS TOUS LES CAS ASSUREZ-VOUS QUE VOUS N’ALLEZ COURIR AUCUN RISQUE LORS DU SAUVETAGE. NE JAMAIS TOUCHER LA VICTIME A MAIN NUE SI VOUS ETES PAS SUR DE L’ABSENCE DE TENSION. Lorsque toutes ces conditions sont remplies et si la personne est inconsciente mettez–la sûr le côté, basculez prudemment sa tête légèrement en arrière et prévenez les secours, 18 pour les pompiers et 15 pour le SAMU. Si la victime qui à reçu un choc électrique semble bien se porter, ne présente pas de blessure, prévenez les secours sans attendre, des lésions internes gravissimes sont peut être présente et pas encore déclarées. En premier indiquez l’adresse, le lieu, ce qui est arrivé à la personne son état et votre numéro de téléphone. A partir de l’instant ou la victime à pris un choc électrique, si elle est en arrêt cardio-respiratoire, il lui reste au plus 3 minutes de vie.


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Module 7 : Utilisation U tilisation des appareils de mesure électriques

Sachez que vous pouvez apprendre les gestes qui sauvent, (formation ( formation aux premiers secours) cela vous sera utile dans votre vie familiale, professionnelle, si vous êtes sur les lieux d’un accident de la circulation… Pour obtenir ce certificat rendez-vous r endez-vous dans votre centre de secours secours de votre ville ou village (sapeurs-pompiers), (sapeurs-pompiers), des sessions de formation sont réalisées périodiquement. Cela n’est pas gratuit, mais quel est le prix d’une vie humaine ?

Quelques symboles


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LES MESURES La tension

Pour la mesure en courant continu avec un multimètre le commutateur rotatif doit être positionné sur (V =) Les conducteurs de mesures sont connectés : (le rouge sur V mA et le noir sur COM). La prise de mesure est effectuée en parallèle sur la source. Il est souhaitable d’appliquer le conducteur rouge de mesure mesure sur le l e (+) et le conducteur noir sur le (-). En cas d’inversion le multimètre indiquera la mesure en négatif. Cela permet aussi de déterminer la polarité d’une source pour repérer le plus et le moins. Le raccordement du multimètre étant correct, le plus sera sur le point de mesure du point de touche du conducteur rouge. Lors d’une mesure de tension avec un voltmètre ou un multimètre analogique (à aiguille) il est important de repérer le plus et le moins avant la mesure. En cas d’inversion de polarité, l’aiguille va descendre à la place de monter et cela risque de dégrader l’appareil.

Pour la mesure en courant alternatif avec un multimètre le commutateur rotatif doit être positionné sur (V~) Les conducteurs de mesures sont connectés : (le rouge sur V mA  et le noir sur COM). La prise de mesure est effectuée en parallèle sur la source.

Pour effectuer la mesure il n’y a pas de polarité à respecter avec les pointes de touches.

OFPPT / DRIF/CDC Génie Electrique28



Cette aide est généraliste, elle s’applique pour un grand nombre de multimètres. Pour l’utilisation de votre multimètre vous devez vous référer à votre manuel d’utilisation ! séri e avec le récepteur. La mesure du courant est réalisée en série Pour la mesure en courant continu avec un multimètre le commutateur rotatif doit être êtr e positionné sur (20 =) Les conducteurs de mesures sont connectés : (le rouge sur 20 A et le noir sur COM). La prise de mesure est effectuée en série avec le récepteur, si le raccordement est mauvais l’appareil de mesure risque d’être dégradé. Si celui-ci est raccordé directement, le courant ne doit pas dépasser le calibre du multimètre, pour cet exemple il est de 20 ampères. Pour des courants supérieurs il faut utiliser un shunt, celuici est placé en série et l’ampèremètre est raccordé en parallèle sur le l e shunt. Il est aussi possible d’utiliser une pince ampère métrique à effet de Hall celle-ci est placée sur le conducteur à mesurer. L’avantage avec ce système, système, il est inutile de débrancher le circuit pour faire la mesure. Pour la mesure en courant alternatif avec un multimètre le commutateur rotatif doit être positionné sur (20 ~) Les conducteurs de mesures sont connectés : (le rouge r ouge sur 20 A et le noir sur COM). La prise de mesure est effectuée en série sur le récepteur. Pour effectuer la mesure il n’y a pas de polarité à respecter avec les pointes de touches. Si le raccordement est mauvais l’appareil de mesure risque d’être dégradé. Le multimètre étant raccordé directement, le courant ne doit pas dépasser le calibre du multimètre, pour cet exemple il est de 20 ampères. Pour des courants supérieurs il faut utiliser une mini pince ampère métrique… L’utilisation d’un ampèremètre sur des courants élevés nécessite l’utilisation d’un transformateur de courant. Il existe deux sortes de transformateur de courant : à passage et à connexion. A passage, le conducteur sur lequel la mesure doit être effectuée passe à l’intérieur du TC, l’ampèremètre est raccordé r accordé sur S1 et S2. A raccordement il faut OFPPT / DRIF/CDC Génie Electrique

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raccorder la source soit le conducteur sur lequel la mesure doit être effectuée sur les bornes du primaire P1 et P2, l’ampèremètre est raccordé sur le secondaire S1 et S2. Le choix de l’ampèremètre se fera en fonction du calibre du TC. Dans tous les cas il faut toujours connecter le secondaire du TC avant la mise sous tension du primaire et laisser l’ampèremètre connecté dans le cas contraire celui-ci sera détruit.

Transformateur de courant à passage La pince ampèremétrique.

Pour la mesure ponctuelle d’un courant c’est le moyen le plus simple. Il existe plusieurs types de pinces et les énumérer cela serait trop long. Pour les multimètres, multi mètres, il existe la mini pince ampèremétrique, elle se raccorde sur celui-ci, elles sont très pratiques car cela évite d’avoir une accumulation d’appareil de mesure. La pince ampèremétrique autonome permet de faire des mesures en courant alternatif et courant continu. Elle possède son propre afficheur, certaines sont apparentées à un multimètre avec toutes les fonctionnalités.

Cette aide est généraliste, elle s’applique pour un grand nombres de multimètre. Pour l’utilisation de votre multimètre vous devez vous référer à votre manuel d’utilisation ! Pour la mesure des résistances le circuit à mesurer doit être hors tension. OFPPT / DRIF/CDC Génie Electrique

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Pour la mesure avec un multimètre le commutateur rotatif doit être positionné sur (Ω). Les conducteurs de mesures sont connectés : (le rouge sur V mA Ω et le noir sur COM). La prise de mesure est effectuée en parallèle l’élément à mesurer. Pour la mesure sur les circuits électronique il faut vérifier si la tension de mesure est compatible avec les composants. Le résultat est exprimé en Ohms, KOhms (x 1.000), MOhms (x 1.000.000). Plus la résistance est importante, plus la valeur est élevée.

Cette aide est généraliste, elle s’applique pour un grand nombre de multimètres. Pour l’utilisation de votre multimètre vous devez vous référer à votre manuel d’utilisation !

Question :

Bien qu'étant élec, je n'ai jamais eu l'occasion d'apprendre les multimetres modernes. Je sais que l'on peut mesurer sous tension l'isolation d'un circuit entre phase et terre, ou terre neutre. Je veux en savoir plus et thank you de répondre en French. Réponse 1 :

Pour mesurer l'isolement entre phase et terre il y a deux solutions : 1) Utiliser un mesureur d'isolement capable de mesurer au moins 1 mégohm par volt, tension de référence la tension d'alimentation du récepteur à mesurer. 2) Utiliser sous tension une pince ampèremètrique qui mesure les milliampères. Réponse 2 :

De façon systématique avant la mise en service d’une nouvelle installation ou lors d’une recherche de défaut on effectue une mesure de résistance d’isolement. Les mesures de résistance se font impérativement installation hors tension. Les mesures significatives sont réalisées avec un appareil comportant un dispositif d’application de tension dont la source sont les piles qu’il contient mais la tension obtenue sur les pointes de touche égale à 250V ou 500V ou 1000V et ainsi jusqu’à 5000V suivant le choix de l’appareil et 31 OFPPT / DRIF/CDC Génie Electrique



les calibres qu’il possède. Cet appareil s’appelle un Mégohmmètre. Pour les appareils injectant des tensions égales ou inférieures à 1000V le courant est limité à moins de 5 mA. Même si la mesure ne présente pas de réel danger corporel des précautions doivent être prises, le choc électrique est fortement ressenti en cas de contact direct. La lecture sur l’appareil, s’effectue en Kilo ohms ou Mégohms ou Giga ohms. On choisira 250 V pour mesure d’un circuit BT auquel sont raccordés des récepteurs sensibles, 500V pour mesure d’un circuit BT auquel sont raccordés des moteurs et des équipements sans composant électronique, 1000V pour mesure d’un câble BT, de sa valeur de résistance entre conducteurs et entre conducteurs et prise de terre par exemple. Un circuit terminal BT est considéré sain si la valeur de résistance mesurée sous 500V est au moins égale à 1000 Ohms par volt : entre conducteurs actifs et prise de terre 250 Kilo ohms, entre conducteurs PH et N 250 Kilo ohms, entre conducteurs de phase 400 Kilo ohms. Les mesures avec application de tension supérieure à 1000 V sont réalisées sur des installations haute tension avec forcément l’habilitation et la qualification adaptées. Le contrôle d’isolement

La mise sous tension d’un moteur ou d’un générateur de forte puissance ne doit pas être prise à la légère. Un contrôle d’isolement doit être effectué avant chaque démarrage à froid. Le contrôle doit être réalisé sous une tension d’au moins 500 Volts (1000 volts c’est plus sûr) en courant continu et cela pendant 30 à 60 secondes. Généralement on compte 1000 Ώ à 5000 Ώ par volts. Si le moteur n’est pas raccordé, le contrôle est à effectuer entre les bornes de raccordement et la borne de terre ou la carcasse métallique, il ne faut pas hésiter à enlever un peu de peinture.

Phase 1 – Terre, Phase 2 – Terre, Phase 3 – Terre. Si le moteur est raccordé, le test est à effectuer hors tension, une VAT est donc nécessaire avant de commencer le contrôle d’isolement, l’EPI est bien entendu obligatoire. Il faut impérativement débrancher tous les équipements électroniques de contrôle ou autres qui sont repris sur le circuit à tester, ils ne résisteraient pas au choc électrique. Si le moteur ou le générateur après le test atteint une valeur proche 100M Ώ (valeur généralement recommandée) il peut être mis sous tension. Généralement un moteur bien OFPPT / DRIF/CDC Génie Electrique

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isolé atteint le G Ώ. Un petit moteur pourra facilement être étuvé, mais il n’en sera pas de même pour un moteur de plusieurs centaines de kilo. Pour augmenter l’isolement il est possible de placer à proximité de l’entrée d’air un radiateur soufflant de 2KW pendant 24 heures. Il est nécessaire de faire en sorte qu’un courant d’air se produise dans le moteur en obstruant les ouïes de ventilation qui sont à l’opposée du radiateur et si possible changer le radiateur de côté de temps en temps. De toute évidence le local doit être sain et chauffé. Pour un générateur, il sera aisé de le faire tourner à vide avec là aussi un système de chauffage à l’entrée du refroidissement. Afin de ce dédouaner d’un radiateur, il est possible si la place le permet d’installer des résistances de chauffage dans la carcasse à l’entrée d’air. Avec un système de chauffage interne il est intéressant d’installer un contrôleur d’isolement permanant qui met les résistances sous tension lors d’un arrêt prolongé afin de gagner du temps ou pour éviter une perte rapide de l’isolement. Dans les atmosphères humides le montage d’un tore est recommandé pour anticiper un défaut d’isolement lorsque le moteur est en service.

Le rebobinage d’un gros moteur ou générateur atteint plusieurs milliers à dizaine de milliers d’euros. Mettre un moteur sous tension sans un contrôle d’isolement peut s’apparenter à la roulette russe parfois ça réussi mais généralement ça casse.

Mesure de la continuité

Pour une mesure de continuité le circuit à mesurer doit être hors tension. Pour la mesure avec un multimètre le commutateur rotatif doit être positionné sur () Les conducteurs de mesures sont connectés : (le rouge sur V mA  et le noir sur COM). La prise de mesure est effectuée en parallèle l’élément à sonder. Pour la mesure sur les circuits électronique il faut vérifier si la tension de mesure est compatible avec les composants. Le résultat est exprimé en Ohms. Cette fonction est très pratique pour le contrôle de la continuité d’un conducteur, contrôler l’état d’un fusible, vérifier une continuité. En dessous d’une certaine valeur un signal sonore est émis. Avec certains multimètres il est possible de vérifier le fonctionnement d’une LED. OFPPT / DRIF/CDC Génie Electrique

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Cette aide est généraliste, elle s’applique pour un grand nombre de multimètres. Pour l’utilisation de votre multimètre vous devez vous référer à votre manuel d’utilisation ! Mesures de la puissance en monophasé

La mesure de la puissance apparente monophasé est réalisée avec un voltmètre et un ampèremètre. Le voltmètre est raccordé en parallèle et l’ampèremètre en série sur le circuit à mesurer. Les valeurs issues permettent de définir la puissance apparente. Soit S = U.I en VA, Voltampères.

La mesure de la puissance active est réalisée avec un wattmètre. Le résultat obtenu est exprimé en Watts. (P en Watts) Lorsque la puissance active et la puissance apparente sont mesurées, il est alors possible de déterminer cos φ


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Lorsque les puissances active et apparente sont déterminées, il facile alors de trouver la puissance réactive. La puissance réactive est égale à : Q=U.I.Sin  en Voltampère réactifs Pour en arriver là il faut déterminer le

.

ou plus directement :

Les mesures - La puissance en Triphasé Mesure de la puissance en Triphasé

:

Mesure pour un circuit déséquilibré : pour cette mesure, chaque phase consomme une puissance différente, il faut trois wattmètres. P = W1 + W2 + W3

Mesure pour un circuit équilibré : pour cette mesure, chaque phase consomme une puissance identique, il faut un wattmètre. P = W1 x 3


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Méthode des deux Wattmètres :

Mesure pour un circuit équilibré : pour cette mesure, chaque phase consomme une puissance identique, il faut deux wattmètres. P = W1+ W2 Il est aussi possible de définir la puissance réactive :

L'analyseur de réseau :

L'analyseur de réseau monophasé et triphasé, permet d'enregistrer des paramètres électriques (V, A, kW, kvar, PF, kWh, I Max, cos phi…) Les paramètres sont enregistrés sur un bande papier, les dernières mesures sont affichées sur un écran. Pour effectuer les diverses mesures sur un réseau à surveiller ou à contrôler il faut raccorder les trois TC sur les phases, le neutre et les trois tensions. La mise en œuvre est simple et rapide.


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APPAREILS DE MESURE ELECTRIQUES

On distingue deux types d’appareils de mesure électriques : - Les appareils analogiques qui, de par leur principe de fonctionnement, donnent théoriquement une valeur de la grandeur à mesurer exactement proportionnelle à cette grandeur (appareils à aiguille ou à déviation) ; - Les appareils numériques qui donnent une valeur représentant la grandeur à mesurer au pas de quantification près. Cette valeur est donnée sous forme de nombre (affichage numérique). L’électricien doit être apte à évaluer rapidement et sans erreur l’indication donnée par un appareil de mesure. Dans un second temps il devra choisir le calibre approprié à la mesure en cours afin de limiter l’erreur due à la classe de précision.


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. Appareils analogiques D’après la nature du phénomène physique qui détermine leur fonctionnement on peut classer les appareils analogiques (à déviation) comme suit : - appareils magnéto-électriques : action du champ magnétique d’un aimant fixe sur une bobine traversée par un courant (fig. 2-1)) ; les plus utilisés en courant continu (directement) et en courant alternatif (avec redresseur) ;

Fig. 2-1 - appareils ferromagnétiques : action des forces électro - magnétiques sur une partie métallique en fer doux (fig. 2-2) ; utilisés directement en courants continu et alternatif ;


Résumé de Théorie et Guide de travaux Module 7 : Utilisation des appareils de mesure électriques p r a t i q u e s

Fig. 2-2 - appareils électrodynamiques : action du champ produit par une bobine fixe sur celui produit par une bobine mobile (fig. 2-3) ; utilisés surtout comme wattmètres ;

Fig. 2-3 OFPPT / DRIF/CDC Génie Electrique41


- appareils ferrodynamiques : même principe que les électrodynamiques, mais avec un noyau de fer doux à l’intérieur des bobines ; - appareils à induction : action de champs alternatif déphasés sur un équipage mobile ; utilisés comme compteurs d’énergie électrique. Les caractéristiques essentielles des appareils de mesure analogiques sont définies par la norme NF C 42-100 : - Indice de classe : La classe d’un appareil analogique caractérise sa précision. Elle est définie par l’erreur relative de mesure admise pour la valeur du calibre. Selon les valeurs données dans la norme on détermine la classification d’utilisation : •

appareils étalons : classe 0,5 ; 0,1

•

appareils de contrôle : classe

et 0,2 (utilisés en laboratoire) ;

0,5 et 1 (utilisés pour contrôle et

vérifications) ; •

appareils industriels : classe 1,5 et 2,5 ;

•

appareils indicateurs : classe

5 (utilisés sur les tableaux pour

indication). - Sensibilité : C’est l’aptitude de l’appareil à déceler de petites variations de la grandeur à mesurer ; - Fidélité : qualité de l’appareil à donner toujours la même indication pour la même valeur de la même grandeur mesurée ; - Rapidité d’indication : C’est la qualité que possède un appareil à donner dans un temps minimal la valeur de la grandeur mesurée ; Les indications indispensables à une utilisation rationnelle de l’appareil se trouvent sur le cadran (fig. 2-4): - marque et modèle ; - indication de la nature du courant à mesurer ; - tension d’épreuve diélectrique ; - position d’utilisation du cadran (vertical, horizontal, incliné); OFPPT / DRIF/CDC Génie Electrique42



- la (ou les) classe(s) de précision (à noter : les appareils multicalibres ou pour différents types de courant (continu et alternatif) possèdent souvent plus qu’une classe de précision); - le principe de fonctionnement ; - le domaine d’utilisation en fréquence ; - la chute de tension pour le choix d’un shunt extérieur.

Fig. 2-4 2.1.2. Appareils numériques Les appareils numériques possèdent des qualités précieuses comme : commodité de lecture, suppression des appareillages mobiles, rapidité d’information, précision de mesure honorable et encore des dimensions de plus en plus petites (fig. 2-5). Pour la transformation de la grandeur analogique en grandeur numérique on utilise des dispositifs électroniques qui deviennent de plus en plus performants. Les caractéristiques des appareils numériques à citer sont : - Résolution : c’est la valeur du pas de quantification dans la gamme. Elle correspond à la plus petite variation de la valeur de la grandeur que l’appareil peut détecter dans une gamme (exemple : Appareil à 100 000 points de mesure (à noter : c’est le plus grand nombre que l’écran peut afficher) dans la gamme 1 V possède une résolution de 10 µV) ;




Fig. 2-7

Fig. 2-5 - Précision : la précision d’un appareil ne dépend pas de sa résolution. Il faut faire intervenir la qualité des composants, la précision des références de tension et de temps, etc. La précision est généralement donnée en pourcentage de la lecture et les valeurs sont indiquées dans les documents d’exploitation (Mode d’emploi des appareils) ; - Cadence de lecture : elle indique le nombre de mesures qu’effectue l’appareil en une seconde . 2.2. Ampèremètre L’ampèremètre est l’appareil de mesure d’intensité de courant . On le monte en série avec le récepteur. OFPPT / DRIF/CDC Génie Electrique44



Dans le cas général, l’ampèremètre analogique est polarisé et pour les mesures en courant continu il faut respecter la polarité des bornes par rapport aux polarités de la source (fig. 2-6)). Pour le courant alternatif il n’y a pas de polarités à respecter, mais il faudra vérifier que la fréquence du réseau étudié correspond à la plage de fréquence de l’appareil.

Fig. 2-6 Le choix du calibre de l’ampèremètre peut se faire aisément si l’on connaît l’ordre de grandeur de l’intensité, dans le cas contraire commencer par le calibre le plus élevé.

Selon les calibres et les échelles (fig. 2-7) on classe les appareils en trois groupes : 1er groupe : L’ampèremètre possède un seul calibre et une seule échelle (appareil de tableau) ; 2ème groupe : L’ampèremètre possède plusieurs calibres et une seule échelle ; OFPPT / DRIF/CDC Génie Electrique45



3ème groupe : L’ampèremètre possède plusieurs calibre et deux échelles ; on lit l’intensité sur l’échelle, dont le nombre de divisions est multiple du calibre. En général, pour les appareils de mesure en courant continu et en courant alternatif il existe toujours deux échelles qui portent une couleur différente : noir pour le courant continu et rouge pour le courant alternatif.

On choisit le calibre (C), on effectue la lecture (L) et l’on détermine la valeur de l’intensité (I) en tenant compte du nombre de divisions de l’échelle (N) : Valeur de l’intensité I = Calibre C x (Lecture (en division) L / Nombre de divisions de l’échelle N Soit :

I = C x L / N

Pour les appareils numériques le choix du calibre repose sur le même principe en essayant d’obtenir le plus de chiffres significatifs sur l’écran. 2.3. Voltmètre Le voltmètre est un outil essentiel pour la mesure, le contrôle et le dépannage. On place le voltmètre en parallèle (ou en dérivation) aux bornes d’une source, d’un récepteur ou de la partie de circuit à étudier (fig. 2-8).




Fig. 2-8 Le choix du calibre et de l’échelle se fait de mêmes principes que pour l’ampèremètre. Pour le raccordement sur un circuit il faut utiliser deux cordons souples à fiches élastiques, dans d’autres cas utiliser les cordons spéciaux à pointe de touche. Ne pas oublier qu’un voltmètre doit être déplacé ou monté le circuit restant sous tension. 2.4. Ohmmètre 2.4.1. Ohmmètre analogique Le principe de fonctionnement de l’ohmmètre analogique (fig. 2-9) utilise la loi d’Ohm et consiste à mesurer la diminution du courant dans une boucle de mesure lorsqu’on y introduit la résistance inconnue R x. Cette boucle de mesure est constituée par le milliampèremètre (mA) en série avec la source (e) et une




résistance d’étalonnage (Re). Un dispositif de tarage (Rt) peut être branché en série ou en parallèle.

L’échelle de

l’ohmmètre est inversée, la valeur zéro (R x = 0) est à droite et correspond à la pleine déviation : I = E / (Rt + Re) Les graduations deviennent inexploitables dans le troisième tiers à l’approche de la valeur infinie (le début de l’échelle). L’appareil possède en général plusieurs calibres. Pour obtenir la meilleure précision ( 5 à 10%), il faut adapter le calibre de façon que la déviation se situe au milieu de l’échelle. Si l’ohmmètre fait partie d’un multimètre son échelle a une couleur verte. ≈

Le constructeur indique par exemple (pour le contrôleur MX-462-C Métrix) : X1

: 5 à 10 k milieu d’échelle 133 ;

X 100

: 500 à 1 M milieu d’échelle 13,3 k ;

X 1000

: 5 k à 10 M milieu d’échelle 133 k .

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

L’appareil est équipé d’une ou de plusieurs piles de 1,5 V ou de 9 V. 2.4.2. Ohmmètre numérique Le principe de fonctionnement de l’ohmmètre numérique (fig. 2-10) utilise aussi la loi d’Ohm mais cette fois le circuit est alimenté par une source de courant et on mesure la tension aux bornes de la résistance inconnue R x. 2.4.3. Mégohmmètre (Ohmmètre à magnéto) Il existe deux types d’appareils fonction de la technologie utilisée pour la magnéto : - Premier type : Le courant de mesure est fourni par une magnéto à balais sous une tension de 500 V. L’équipage mobile est du type logomètre (deux bobines calées à 90°sur un même axe qui tour ne dans un champ magnétique). Ces deux cadres sont alimentés en parallèle par une magnéto à manivelle (fig. 2-11). L’un d’eux A comprend un très grand OFPPT / DRIF/CDC Génie Electrique48



nombre de spires de fil fin et il est alimenté en série avec la résistance R x à mesurer. L’autre B ne comprend que quelques spires de gros fil et il est en série avec une résistance additionnelle Radd telle que la résistance totale du circuit soit la même que celle du cadre A.

Fig. 2-11 Chacun des cadres, lorsqu’il est parcouru par un courant, tend à se placer normalement à la direction du champ de l’aimant et, comme ils sont calés à 90°l’un de l’autre, les couples qui agissent sur eux sont de signes contraires. L’ensemble prend une position d’équilibre telle que les couples aient la même intensité (fig. 2-12). - Deuxième type : Cette nouvelle version comporte une magnéto sans balais, fournissant une tension alternative qui, après être doublée, redressée et filtrée, alimente un équipage mobile du type magnétoélectrique à fort couple. Il mesure directement le courant débité sur le circuit à contrôler. OFPPT / DRIF/CDC Génie Electrique49



Fig. 2-12

2.4.4. Mégohmmètre numérique Dans cet appareil, le constructeur a remplacé le générateur (magnéto à manivelle ou autre) par un ensemble comprenant une pile qui alimente un dispositif électronique. La tension faible de cette source est transformée à l’aide des composants électroniques , en une gamme de tensions compatibles avec une mesure d’isolement ( 500 V, 1000 V, 1500 V). Un oscillateur hache le courant continu de la pile, la tension est élevée par un transformateur, redressée, filtrée et stabilisée, on dispose ainsi d’un tension de mesure constante, insensible aux variations de tension de la pile, dans la plage d’utilisation prévue (fig. 2-13).




Fig. 2-13

2.5. Multimètre Ces appareils appelés encore contrôleurs universels, plurimètres ou polymètres, sont des appareils à utilisations multiples, permettant des mesures de tension et d’intensité en courant continu et en courant alternatif, des mesures de résistances, de capacités, de température avec des capteurs appropriés, etc. On peut identifier les schémas synoptiques d’un multimètre à déviation (fig. 2-14) et d’un multimètre numérique (fig. 2-15). Ils sont tous à plusieurs calibres et les accessoires sont montés dans un même boîtier. Parfois les constructeurs prévoient des accessoires permettant des mesures de courants et de tensions au-delà des calibres propres au multimètre.




Fig. 2-14

Fig. 2-15

L’organe essentiel d’un multimètre à déviation est un galvanomètre magnétoélectrique qui donnera la valeur de la grandeur à mesurer : intensité, tension, résistance, capacité, sur l’échelle graduée du cadran correspondant à cette grandeur. Donc l’information à traiter est un courant continu (fig. 2-16). Dans un multimètre numérique l’organe essentiel est le convertisseur analogique numérique (C.A.N.). L’information que ce dispositif peut traiter est une tension continu. Donc dans les différents circuits prévus par le constructeur il faut ramener toutes les grandeurs à une tension continue.


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g. 2-16


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2.6. Pince ampèremétrique La pince ampèremétrique représente un transformateur de courant à circuit magnétique ouvrable. La partie primaire de ce transformateur est constituée du fil conducteur traversé par le courant alternatif à mesurer. Le secondaire est branché sur un appareil de mesure d’intensité. Il existe deux version : - pince et ampèremètre indépendents (assez rarement le dernier temps) ; - pince et ampèremètre combiné (fig. 2-17).

Fig. 2-17

2.7. Wattmètre La puissance électrique est exprimée par le rapport entre l’énergie électrique consommée par le récepteur dans un temps déterminé et la valeur de cette même durée. Donc, la puissance est l’énergie fournit en unité de temps (1 s).

Dans les circuits à courant continu on peut exprimer la puissance comme le produit de la tension aux bornes du récepteur et du courant qui le traverse :

P = U . I


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Dans les circuits à courant alternatif la puissance active est la puissance électrique transformée en travail effectif par le récepteur (fig. 2-18). Elle est exprimée en watts (W) : P (W) = U . I . cos

ϕ ϕ ϕ

La puissance apparente S d’un circuit à courant alternatif est exprimée par le produit entre la tension efficace aux bornes du circuit et le courant efficace principal. Le facteur de puissance cos est défini comme le rapport entre la puissance ϕ

active (réelle) et la puissance apparente : P

cos

S

On peut donc exprimer le produit (I . cos ) comme un courant actif I a . D’où la formule de la puissance active devient : ϕ ϕ ϕ

P = U . I a

Q

Fig. 2-18 Pour mesurer la puissance en courant continu et la puissance active en courant alternatif on utilise des wattmètres du type électrodynamiques. Ils sont fondés sur les actions électrodynamiques développées entre un circuit inducteur fixe (généralement constitué par deux demi-bobines) créant un champ magnétique à l’intérieur duquel se déplace un cadre mobile de faible inertie monté sur des pivots et entraînant une aiguille (fig. 2-19).


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Fig. 2-19 Dans le wattmètre (fig. 2-20) on sépare les deux circuits, fixe et mobile, et on les fait traverser par deux courants différents, l’un I - le courant du récepteur et l’autre i - le courant dû à la tension aux bornes du récepteur, la rotation du cadre est proportionnelle à : P = U . I dans le cas d’un courant continu, P = U . I . cos = U . I a puissance active dans le cas d’un courant alternatif. ⇒

ϕ ϕ ϕ

⇒

Fig. 2-20 Le fait d’avoir un circuit de courant constitué de deux demi-bobines donne la OFPPT / DRIF/CDC Génie Electrique

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possibilité d’obtenir deux calibres en courant mais toujours dans le rapport 1 :2 (1 A et 2 A; 5 A et 10 A). Avec des résistances additionnelles dans le circuit de tension on peut avoir plusieurs calibres. Une seule échelle de lecture est nécessaire pour son utilisation en courant continu

et en courant alternatif (fig. 2-21). On fait le choix du calibre pour les deux grandeurs CI et CU. On effectue la

lecture (L) et l’on détermine la valeur de la puissance (P) en tenant compte du

Fig. 2-21 nombre de divisions de l’échelle (N) : Valeur de la puissance P = Calibre de courant C I x Calibre de tension C U x Lecture (en division) L / Nombre de divisions de l’échelle N Soit :

P = C I x C U x L / N


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Module 7 : UTILISATION DES APPAREILS DE MESURE ELECTRIQUES GUIDE DE TRAVAUX PRATIQUES


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TP 1 Utiliser un multimètre

L'intérêt des multimètres numériques comme illustré ci-contre est qu'il sont auto-protégés et ne risquent pas de « griller » par une mauvaise manipulation de votre part (en particulier mauvaise sélection des plages de valeurs).

Sauf indications contraires : le cordon noir doit être branché sur le plot COM et le cordon rouge sur VAΩ (1) voltmètre pour courant alternatif (symbole V). Deux plages de valeurs sont présentes sur cet appareil : - 200 : pour mesurer les tensions de 0 à 199 Volts - 500 : pour mesurer les tensions de 0 à 499 Volts L'affichage se fait en Volts. (2) voltmètre pour courant continu (symbole V =). Avec les plages de


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valeurs suivantes : - 200m : pour mesurer les tensions de 0 à 1,99 mV (affichage exprimé en mili volts) - 2 : pour mesurer les tensions de 0 à 1,99 V (affichage exprimé en volts) - 20 : pour mesurer les tensions de 0 à 19,9 V (affichage exprimé en volts) - etc. (3) Ampèremètre pour courants continus (symbole A =). - 3 plages de valeurs faibles (2mA, 20mA et 200mA) sont proposées car la mesure de courants continus est surtout utilisée en électronique. (4) Ampèremètre pour courants alternatifs (symbole A). - une seule plage de valeur est proposée pour cet appareil bas de gamme : 10A. Attention : l'utilisation de cette position implique de positionner le cordon rouge sur le plot 10A. Dès lors que le cordon rouge est branché sur 10A et le cordon noir sur COM, votre appareil se comporte comme un court-circuit, même si le rotacteur est dans une position "voltmètre". Branchez-le ainsi sur une prise de courant 220V et vous aurez un joli feu d'artifice ! Si vous regardez attentivement la photo (repère (6) ), vous remarquerez que les cordons sont rafistolés avec du scotch car les fils du webmaster ont fondus suite à une manipulation de ce genre. Mettez un bouchon dans le plot 10A de votre multimètre pour éviter ces erreurs de manipulation et ne le retirer que lorsqu'on est sûr de bien vouloir utiliser l'appareil en ampèremètre. (repère (5) sur la photo) Lorem ipsum dolor sit amet Lorem ipsum dolor sit amet (4) Ohmmètre (symbole Ω) - 2M : pour mesurer de très fortes résistances (de 20kΩ à 1,99 MΩ) - 200 KΩ : pour mesurer de fortes résistances (de 2kΩ à 199 kΩ) - 2 kΩ : pour mesurer les résistances moyennes (de 20Ω à 1,99 kΩ)


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- 200Ω : pour mesurer les résistances moyennes (de 2Ω à 199Ω ) -

: utilisé par les électroniciens pour tester les diodes

Pour un usage domestique en tout ou rien (« grillé » ou « non grillé ») il vaut mieux choisir les positions 200Ω voire 2 kΩ, mais pas plus. Avant de placer les cordons aux bornes de la charge à tester, vérifier l'ohmmètre lui-même : en reliant entre-eux les cordons (circuit fermé par excellence), la valeur 0 (ou très proche de 0 doit s'afficher à la place du " 1 " ), faute de quoi, il y a un faux contact dans les cordons ou l'appareil est en panne.

Quelques questions Que se passe-t-il si l'on utilise une plage de valeurs plus petite que la valeur à mesurer ? Le multimètre ne subit aucun dommage mais affiche un " 1 " dans la partie gauche de l'afficheur signalant une valeur dépassant sa plage. Tournez le rotacteur pour sélectionner une valeur plus grande de l'unité à mesurer. Que se passe-t-il si l'on utilise une plage de valeurs trop grande par rapport à la valeur à mesurer ? Le multimètre ne subit aucun dommage mais affiche une valeur proche de 0 (par exemple 0.02). La précision de la mesure n'est pas très bonne. Tournez le rotacteur pour sélectionner une valeur plus faible de l'unité à mesurer et ainsi afficher plus de chiffres significatifs. Que se passe-t-il si l'on a positionné l'appareil sur continu ( symbole V ou A = ) et que le courant est alternatif ? Le multimètre ne subit aucun dommage mais affiche la valeur moyenne. Pour une tension ou un courant alternatif, la valeur moyenne est 0. Faites le test : branchez sur une prise de courant le voltmètre en position 1000 V= : il affiche 0 Volts. Passez-le en 500 V : il affiche 220 Volts !


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Que se passe-t-il si l'on a positionné l'appareil sur alternatif ( symbole V ou A ) et que le courant est continu ? De même, la valeur 0 est affichée. Que se passe-t-il si l'on branche le cordon rouge sur la borne 10A ? L'appareil se comporte comme un court-circuit quelle que soit la position du rotacteur ! Placez les bornes branchées ainsi sur une prise de courant et vous faites tout sauter dans la maison ! Que se passe-t-il si l'on inverse les cordons rouge et noir ? Le multimètre ne subit aucun dommage. Pour les courants alternatifs, la valeur affichée est strictement la même. Pour les courants continus, un signe " - " s'affiche si vous placez le cordon rouge sur la polarisation négative et le cordon noir sur la polarisation positive.


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TP2 – Mesure de l’intensité et de la tension en continu

1.1. Objectif visé

Apprendre aux stagiaires à utiliser des appareils de mesure en courant continu. 1.2. Durée du TP

Le travail pratique proposé est d'une durée de 3 heures. 1.3. Equipements et matière d'œuvre par équipe -3

résistance de même valeur (par exemple : 3 lampes à incandescences de même puissance) ;

1 ampèremètre à courant continu ; - 1 voltmètre à courant continu ; -

1.4. Description du TP

Mesurer l’intensité du courant et la tension aux bornes de différents groupements des résistances. 1.5. Déroulement du TP

Nommer les différents groupements des résistance (fig. TP1-1); - Mesurer l’intensité du courant total, la tension d’alimentation et les tensions -

aux bornes de chaque résistance; -

Calculer la valeur de la résistances équivalente à partir des résultats de mesure;


63


-


Dessiner à partir des résultats un graphique (comme celle en annexe fig. TP1-2)


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Fig. TP1-1


65


Fig. TP1-2




TP 3 – Mesure de continuité

2.1. Objectif visé

Apprendre aux stagiaires à utiliser toutes les fonctions d’un ohmmètre (analogique ou numérique). 2.2. Durée du TP

Le travail pratique proposé est d'une durée de 2 heures. 2.3. Equipements et matière d'œuvre par équipe

Ohmmètre analogique ; - Ohmmètre numérique ; -

Conducteurs de différentes longueurs ; - Résistances de différentes valeurs (résistances de faible puissance, boîte de résistances, bobines d’appareillage, bobines de machines, résistances de démarrage, etc.). -


Effectuer des mesures et des vérifications de résistances de différents types et de différentes valeurs. 2.5. Déroulement du TP

Pour commencer il faut expliquer la différence dans l’utilisation d’un ohmmètre comme appareil de « mesure » et comme appareil de « vérification ». - La

notion de « mesure » implique la recherche d’une valeur numérique avec une précision déterminée.


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Exemple :

On veut savoir pour une résistance supposée 10 , si le résultat des mesures à l’aide d’un ohmmètre se trouve entre (10 - x%) et (10 + x%), où x% est la précision de la résistance et l’erreur de mesure. Ω

Ω

Ω

- La

notion de « vérification » suppose seulement présence ou absence d’un paramètre (réponses OUI ou NON).

Exemple :

Pour une liaison électrique entre deux points de l’installation on veut savoir si la résistance est continue ou il y a une coupure. Dans ce cas on mesure « la continuité », c’est-à-dire la valeur de la résistance est très faible et elle tend vers le 0.

Ohmmètre analogique

-

On utilise l’ohmmètre pour la mesure de la valeur des résistances disponibles (résistances de faible puissance, boîtes de résistances, bobines, etc.) : Choix de calibre ; Choix de l’échelle (s’il y a le cas) ; • Lecture et calcul de la valeur de la résistance. • On utilise l’ohmmètre pour effectuer une vérification de la continuité des •

-

conducteurs (conducteurs disponibles de différentes longueurs ou parties d’une installation électrique mise hors tension et débranché des bornes dans les boîtes à dérivation – on mesure la continuité entre deux points dans deux boîtes de dérivation) : •

•

Choix du calibre n’est pas important, mais on utilise souvent le plus faible ; L’aiguille doit dévier vers le 0. L’intérêt est de savoir si le courant peut passe (OUI) – l’aiguille va vers le 0 ou ne peut pas passer (NON) – l’aiguille reste sur le début de l’échelle . ∞

Ohmmètre numérique


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Résumé de Théorie et Guide de travaux pratiques -

Module 7 : Utilisation des appareils de mesure électriques On utilise l’ohmmètre pour la mesure de la valeur des résistances disponibles (résistances de faible puissance, boîtes de résistances, bobines, etc.) : •

Choix de calibre ;

Lecture direct sur le display de la valeur de la résistance. On utilise l’ohmmètre pour effectuer une vérification de la continuité des •

-

conducteurs (conducteurs disponibles de différentes longueurs ou parties d’une installation électrique mise hors tension et débranché des bornes dans les boîtes à dérivation – on mesure la continuité entre deux points dans deux boîtes de dérivation) : •

Généralement les ohmmètres numériques possèdent une fonction supplémentaire de vérification de continuité accompagnée d’un signal sonore. Sur la face de l’appareil cette fonction est indiquée avec un symbole de note musicale en vert ( ). Si la continuité existe le signal sonore apparaît, si non, il n’y a pas de signal sonore. id

•

On peut utiliser aussi un des calibres. L’affichage doit rester autour du 0 ou de quelques ohms selon la longueur des conducteurs. L’intérêt est de savoir si le courant peut passe (OUI) – l’aiguille va vers le 0 ou ne peut pas passer (NON) – l’aiguille reste sur le début de l’échelle . Ω

∞


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TP4 - Etude d’une résistance

3.1. Objet du TP : Mesures de courant et de tension pour l’étude d’une lampe à incandescence. 3.2. Durée : Le travail pratique proposé est d'une durée de 3 heures. 3.3. Equipement : lampes à incandescence 240 V, 25 W et 60 W - ohmmètre (ou multimètre) -

-

ampèremètre voltmètre

3.4. Description du TP : L’étude de la résistance d’une lampe à incandescence comporte les mesures de la résistance sans tension et sous tension à fin de démontrer sa variation avec la variation de la température. 3.5. Déroulement du TP : La loi d’Ohm définit et donne la possibilité de déterminer une grandeur caractéristique du circuit électrique – la résistance R : Pour une température constante le rapport R = U / I reste le même pour une tension qui peut varier.


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La valeur de la résistance est exprimée en ohms ( ). L’ohm est la résistance d’un Ω

conducteur qui, soumis à une d.d.p. de 1 volt (V) est parcouru par un courant de 1 ampère (A). La valeur de la résistance électrique dépend seulement de grandeurs physiques – des dimensions géométriques et de la résistivité du matériau donné (rho). ñ

R ( ) = ( . mm 2 / m) x l (m) / S (mm 2) Ω

ñ

Ω

La valeur de la résistance dépend de la variation de la température : pour les résistances métalliques si la température augmente, la résistance augmente, et l’envers. R t = R 0 (1 + . t) á

∆

Où : Rt = la résistance à la température élevée (à chaud) R0 = la résistance à la température initiale (à froid) = le coefficient de température (de changement de la résistivité) t = la différence de la température α

∆

Le but du TP est d’effectuer les mesures nécessaires pour la détermination des grandeurs et le calcul des valeurs. Mesure de la résistance de la lampe à incandescence

A l’aide d’un ohmmètre on mesure la valeur de la r ésistance à froid R 0 (fig. TP3–1) :

Ω

Fig. TP3-1 OFPPT / DRIF/CDC Génie Electrique

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Une fois sous tension, li filament de la lampe s’échauffe, sa température augmente et la résistance change. La valeur de la résistance doit être calculer à l’aide de la loi d’Ohm à partir des mesures effectuées (fig. TP3–2) :

220 , 0 z

Fig. TP3-2 Tableau des résultats : Résistance Tension à froid, L, div. K, V/div.

Courant

Ω

L1 L2


U, V

L, div. K, A/div.

I, A

Résistance à chaud R = U/I, Ω



TP5 – Mesure d’isolement

4.1. Objectif visé

Sensibiliser les stagiaires de l’importance de la vérification d’isolement pour la sécurité des utilisateurs. 4.2. Durée du TP


Ohmmètre à magnéto, 500 V continu ou mégohmmètre électronique - Outils d’électricien -

-

Conducteurs auxiliaires


La mise sous tension par l’ONE (ou le distributeur de l’énergie électrique en général) n’est faite que contre remise d’une attestation de conformité établie par un organisme certifié après une vérification. La vérification est nécessaire pour s’assurer : - que l’isolement est bon, les protections sont efficaces ; - que les règles et les prescriptions sont respectées ; -

que les travaux sont correctement exécutés.

Ensuite, les vérifications périodiques doivent être faites sous la responsabilité de l’usager : -

de la valeur des isolements ;


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Résumé de Théorie et Guide de travaux Module 7 : Utilisation des appareils de mesure électriques p r a t i q u e s -

de l’état des matériels et des connexions ;

-

de la continuité de l’efficacité des protections et du respect de la réglementation.

Les vérifications doivent être effectuées après chaque extension ou modification, puis tous les 1, 3 ou 10 ans suivant la rigueur des influences externes. 4.5. Déroulement du TP

A. Vérification de l’isolement entre conducteurs (condition de bon fonctionnement) Avant les mesures il faut préparer l’installation pour éviter toutes perturbations et assurer de bons résultats (fig. TP4-1).

Fig. TP4-1 Les mesures de l’isolation doivent être effectuées entre tous les conducteurs de l’installation (fig. TP4-2).




Fig. TP4-2 B. Vérification de l’isolement par rapport à la terre (condition de protection des personnes) Avant les mesures il faut préparer l’installation pour éviter toutes perturbations et assurer de bons résultats (fig. TP4-3).

Fig. TP4-3


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La mesure de l’isolement global par rapport à la terre se fait selon le schéma présenté sur la fig. TP4-4.

Fig. TP4-4

IMPORTANT!

1) Il est très important de comprendre pourquoi les mesures sont effectuées par tronçons de 100 m. -

On mesure l’isolement à l’ohmmètre par R = U / I , où I est la somme des courants de fuite du conducteur vers la terre : plus le conducteur est long, plus ces fuites sont importantes et I élevé et plus R est faible.

-

Si un câble de 100 m présente un isolement de 600000 , le même câble, 3 Ω

fois plus long, dans le même état d’isolation, présentera un isolement 3 fois plus faible : 200000 , inférieur à la valeur imposée. Ω



-

Pour apprécier l’état d’isolement des canalisations il faut un modèle normalisé de comparaison : il est fixé à 100 m de canalisation.

-

L’isolement mesuré est inversement proportionnel à la longueur des canalisations; la mesure faite sur le conducteur de 300 m, ramenée à 100 m, est 200000 x 3 = 600000 , valeur retenue comme isolement du câble. Ω

2) Débrancher les récepteurs pour la mesure de l’isolement entre les conducteurs ne suffit pas toujours à supprimer toutes les liaisons électriques entre conducteurs quand on ferme les circuits de commande (fig. TP4-5).

Fig. TP4-5

3) Un tronçon de 100 m de canalisation alimentant un nombre important de machine peut présenter un isolement mesuré inférieur au minimum requis (250000 ) bien que tous les matériels soient bien isolés. Il en est ainsi parce que les résistances d’isolement des machines sont en parallèle; dans ce cas, la résistance globale, dite résistance équivalente, est plus faible que la plus petite des résistances : en particulier, si les résistances sont égales, Ω




la résistance globale correspond à la valeur de l’une d’elles divisée par le nombre de résistances (fig. TP4-6).

Fig. TP4-6


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TP 6 – Mesure de la résistance d’une prise de terre

5.1. Objectif visé

Sensibiliser les stagiaires à l’importance de la stabilité de la résistance d’une prise de terre et au contrôle de celle-ci. 5.2. Durée du TP


Mégohmmètre ; - Piquets auxiliaires de mise à la terre ; - Cordons ; -

-

Outils d’électricien.


Mesurer la résistance d’une prise de terre existante ou construite pendant les TP du module respectif pour déterminer ou démontrer les facteurs de sa qualité. 5.5. Déroulement du TP

Les masses sont mises à la terre pour détecter le défaut et obtenir la coupure de l’alimentation avant que la tension de contact U c ne soit dangereuse. D’abord il est à expliquer pourquoi les piquets auxiliaires doivent être introduits à une distance de 10 m à partir de la borne de terre et entre eux (fig. TP5-1).




Fig. TP5-1 Les d.d.p. entre la terre et l’entrée des prises de terre sont V1 et V2. Chaque d.d.p. représente la chute de tension aux bornes de la résistance que constituent la prise et le terrain environnant. Autrement dit V1 et V2 sont les chutes de tension dans les prises traversées par un courant I (fig. TP5-2). .

Fig. TP5-2


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Le principe de fonctionnement de mégohmmètre à magnéto et le principe de mesure de la résistance de mise à la terre sont présentés sur la fig. TP5-3.

Fig. TP5-3


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M07 Utilisation des appareils de mesures électriques-GE-EB

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