PRÉSENT A TION
P
RIMITIVEMENT, lecontrô leur MXOO 1 8 Métrix qui sert de base à notre étude, devait nous parvenir en piéces détachées ... Cet appareil peut être, en effet, construit par un monteur ayant un minimum d'expérience de câblage.
L'économie réalisée n'est pas très grande, mais le gain se situe sur-tout dans l'expérience que l'on acquiert par le montage lui-même.
L'étudiant ou l'amateur trouve son compte dans les deux cas. La réa-lisation sur circuit imprimé, paraît très simple, puisque les résistances sont préfigurées sur la plaquette.
Le montage mécanique se réduit à l'implantation, sur ladite pla-quette, d'un contacteur rotatif et d'un potentiomètre. Le circuit imprimé, muni de ses composants, n'a plus qu'à recevoir quelques dizaines de soudures pour être câblé.
Le montage d'un tel contrôleur se fait donc très rapidement, grâce
à une notice explicative détaillée qui est fournie avec le kit et grâce aussi au matériel sélectionné, qui est livré pour le montage. Notam-ment, les composants ont les dimensions requises pour trouver une place exacte sur le circuit imprimé préalablement percé et gravé aux normes en vigueur.
L'appareil se présente sous la forme d'un coffret en matière plas-tique rouge muni d'un large cadran gradué avec précision.
L'aiguille du galvanomètre pos-sède une finesse en rapport; la sus-pension du cadre mobile est judi-cieusement amortie. La gamme de travail (ou calibre) apparaît dans une petite fenêtre (Fig. 1) et tous les calibres possibles sont rappelés dans l'ordre, sur le cadran. Des entrées supplémentaires sont pré-vues sur le côté gauche pour les fortes tensions et les grandes in-tensités. Le mode de branchement est rappelé sur le côté gauche du cadran. Les mesures des fortes in-tensités ne doivent pas, toutefois, durer trop longtemps, si l'on ne
veut pas faire chauffer inutilement les résistances internes du contrô-leur. Un fonctionnement sur ohm-mètre requiert l'étalonnage préala-ble du zéro (après mise en court-circuit des bornes d'entrée), ce qui se fait avec un potentiomè-tre jouxtant le contacteur général.
Les possibilités et le nombre de calibres sont résumés dans le tableau A. On notera surtout la résistance, ou sensibilité interne de 20 k!2/V en continu et la bonne sensibilité (50 flA - 100 mV) pour la mesure des courants continus faibles.
CONSTITUTION D'UN CONTROLEUR
UNIVERSEL
Pour bien comprendre le manie-ment, les propriétés et les faibles-ses d'un contrôleur, il faut bien connaître sa constitution .interne;
C'est surtout le but de notre arti-cle. L'élément de base est un
gal-vanomètre à cadre mobile qui mesure normalement un courant très faible. La déviation totale du galvanomètre définit la sensibilité maximale de l'appareil: plus fai-ble est le chiffre des intensités et plus grande sera la sensibilité.
Ainsi, pour obtenir une sensibilité de S = 20 kil/V, il faut prévoir un galvanomètre déviant, au total, pour:
en associant - en série - des résistances, on constitue les calibres de tension et en prévoyant -en parallèle - des shunts, on réa-lise les calibres des courants.
Pour passer du courant continu au courant alternatif, on insè.re des diodes qui assurent le redresse-ment; un étalonnage approprié fournit les composantes efficaces du courant ou de la tension sinu7 soïdale.
Le circuit de l'ohmmètre néces-site des piles que l'on ajoute au circuit, grâce au commutateur qui
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TABLEAU A
CARACTERISTIQUES TECHNIQUES Tensions continues: 9 calibres
0,1 - 0,5 - 1,6 - 5 - 16 - 50 - 160 V 500 et 1 600 V sur douilles sépa-rées
Résistance interne: 20 000 DIV Classe de précision: 3
Tensions alternatives: 6 calibres 5 - 16 - 50 - 160 - 500 V
Intensités continues: 6 calibres 50-500 flA -5 - 50 - 500 mA (5 A sur douille)
Chutes de tension correspon-dantes:
100 300 320 330 450 -730mV
Classe de précision: 3
Intensités alternatives: 4 calibres 160 flA -16 mA -160 mA -1,6 A Chutes de tension correspondan-tes:
4,75 - 0,95 - 1,05 - 1,15 V. Classe de précision: 5 Alimentation de l'ohmmètre : 2 piles 1,5 V type RI (CEl) Dimensions
Largeur 137 mm, hauteur 34 mm, profondeur 96 mm
Masse: 400 g environ.
sélectionne toutes les fonctions du contrôleur.
Reproduit sur un seul schéma, une telle circuiterie devient vite inextricable, aussi, nous préférons décrire l'appareil fonction par fonction. caractéristique définit, nous l'avons vu, la sensibilité, la seconde agit sur la chute interne:
V = P ID' Elle conditionne donc la dissipation de l'ampèremètre; rap-pelons qu'un contrôleur ne doit -nées technologiques évidentes: si l'on emploie du fil peu résistant -donc de plus gros diamètre -, le cadre mobile devient trop lourd et sa sensibilité diminue. Un compromis doit être effectué dans ce domaine et pour la réalisation du contrôleur MXOO 1 B, il a été choisi un galvanomètre de 36 !-lA de déviation totale et de 1 500 0.
(environ!) de résistance interne.
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Fig. 2. - Sch4ms de bsse du gsl"snomtitre plot4g4.
l Diode
Fig. 3. - Plotsction du contr{Jfeul pSI le. diode. mont • • t( tlte bIche».
Ce chiffre - baroque à premier abord - se justifie parfaitement par suite de l'emploi d'une techni-que particuliére pour le change-ment de calibre: voir figure 2. On utilise le principe des shunts à
« double-effet» dont nous n'avons représenté, pour simplifier, que deux calibres.
Les diodes placées « tête-bêche»
en parallèle sur le circuit galvano-métrique, ont pour mission de pro-téger le cadre mobile contre les résistance interne du galvanomè-tre, il est bon de placer en série, un rhéostat Rs qui assure l'étalon-nage du premier calibre « 50 !-lA », compte tenu des shunts SI + S2' placés en parallèle. Ces deux tances doivent avoir une résis-tance telle, qu'elle absorbe la diffé-rence de courant entre les 50 !-lA prévus pour le calibre et les 36 !-lA du galvanomètre. Si r = 2700.
(valeur arbitraire, mais convenant bien pour assurer l'écrêtage des pour compenser l'influence paral-lèle des diodes, même au niveau normal de fonctionnement.
Pour calculer SI - qui devient alors le shunt principal - on prati-que le même raisonnement prati-que
SI = (ST + Rs + p)
.~
dans laquelle ST = SI + S2 # 6,2 kQ précédemment calculé.
Comme Rs = P =
8~65
= 2,4 kQon obtient:
SI (6,2 + 2,4)
S'OO
36 # 620 Q, et S2 =6200- 620 = 5580 # 5,6kQ.En pratiquant le même calcul pour chacun des calibres prévus pour le contrôleur, on aboutit au schéma définitif de la figure 4.
Les contacts de droite représen-tent les dispositions du contac-teur : 50 pAà 500 mA en 5 posi-tions. La borne « + 5 A)) est disponible, à gauche du boîtier.
Enfin, pour compléter les précau-tions contre les surcharges, un fusible de 1,6 A est inséré dans le circuit du contacteur. Il faut remarquer qu'il n'existe pas de fusible en série avec le calibre 5 A, son branchement se fera donc avec la plus grande circonspec-tion.
Le tableau B donne finalement les chutes internes et le mode d'emploi des échelles du contrô' leur MX001B.
MESURE DES COURANTS
ALTERNATIFS
Pour transformer le contrôleur de courants continus en courants alternatifs, on ajoute des diodes redresseuses en série, dans le cir-cuit de mesure (Fig. 5). Diverses possibilités sont offertes au techni-cien pour faire cette transforma-tion. Toutefois, grâce à une trans-formation évidente de la commutation, on peut utiliser les mêmes résistances que dans le cas précédent (voir Fig. 6). L'entrée
« + mA» est connectée sur une partie du shunt à double effet Uonction R2), RJ débranchée et n'intervenant que sur le calibre 16 mA. Les résistances RJ à R6 sont sélectionnées à partir de RI et R2, qui restent en série avec le circuit du galvanomètre.
Cet ordonnancement modifie évidemment les calibres alternatif, qui vont de 160 pA à 1,6 A en 4 positions. Avec une pince ampère-mètre, on peut multiplier par 1 000, chacun des calibres précé-dents.
L'étalonnage du cadran est spé-cialement effectué pour obtenir les
TABLEAU B
TABLEAU DES CHUTES INTERNES
1 courant continu
la lecture Chute de tension pour Calibre sur l'échelle en l'intensité nominale
500 mA xlO mA 450mV
50 mA x 1 mA 330mV
5mA :10 50 noire mA 320mV
0,5 mA : 100 mA 300mV
50 pA x 1 pA loomV
Douille Calibre
+5A 500 mA :10 50 noire A 730mV
II Courant alternatif
la lecture Chute de tension pour calibre sur l'échelle en l'intensité normale
16 mA x 1 mA 0,95 V
160 mA xlO 16 rouge mA 1,05
1,6A :10 A 1,15 V
SV
(160 p,A) xlO 16 rouge p,A 4,75 V
valeurs efficaces des courants, ce qui englobe, par la même occa-sion, le bouleversement des shunts et l'introduction des diodes IN 4148 dans le circuit. La résis·
tance Ru de 13 kQ a notam-ment été ajoutée pour parachever la linéarité de l'échelle. Les chutes internes sont mentionnées dans le tableau B.
MESURE DES TENSIONS
CONTINUES
Pour bénéficier du maximum de résistance interne, il faut conser-ver du microampèremètre
précé-G;-n _ __
-fb=I.I~..
--~ R12-lkA.
G~I/t;---..::..j CRi
dent, la sensibilité la plus mtéres-sante. Comme on ne peut retirer les shunts à double effet, on prend pour Id minimale, le premier cali·
bre de 50 pA. Pour ce fonctionne·
ment, la tension aux bornes s'élève à v = 100 mV (voir tableau B) : c'est le premier calibre du voltmè-tre.
Pour augmenter le calibre, on ajoute une résistance R, en série, telle que
V -v
RA= ~
d
Si ~cal choisi s'élève à 0,5 V, on obtient RA = 8 kQ et on procède de même pour les calibres sui-vants. Une question se pose toute-fois sur le mode de commutation.
R7-270n ~
. __ .- . CR' _ _ __ _ --.J
0.06221\
R'
RL
~'n
Fig. 4. -Schsms prstique du contrlJ/eur en coursnt continu.
u
u
R)+R2
Fig. 5. - Le coursnt i i dsns le gslllsnomètre 9 n'est dO qu'à l'slteTnsnce nsgstille ft" - V msx. JI ft" R 1 + R 2 JI limits ce coursnt à Is IIBleur msximum préllue.
Gr~n
___
~F~~~~A _ _ _ _ _ _ _ ~ _ _ _ - ,. 5 i ; - - - l - - - - ,
"1
~.mAn
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Pince .
Ampèremétrique
A Reliet QUII .nlrias dt l'opponil
Fig. 6. -Schéms du contrlJleur en coursnt slteTnstif.
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Les résistances peuvent se mettre en série, ou bien se substituer à chaque calibre. La solution Métrix exposée figure 8, déplace les bor-nes + V sur une suite de résis-tances, de telle sorte que la chaîne s'accroît d'une résistance à chaque calibre. La valeur de Rs est un peu différente de celle calculée ci-des-sus, car R7 n'est pas comptée et
« V » fait donc moins de 100 mV.
Pour le calibre suivant (1,6 V) la résistance calculée est diminuée de Rs, qui reste dans la suite et ainsi de suite, à chaque fois ... Les cali-bres 500 V et 1 600 V ne sont pas commutés par le contacteur; afin d'éviter les étincelles dues aux rup-tures de contact.
La résistance interne ~e chaque calibre s'obtient en multipliant la déviation totale de chaque calibre par la sensibilité 20000
Q/V.
Une sonde TRT peut encore être ajou-tée au contrôleur, afin de dévelop-per les dévelop-performances.MESURE DES TENSIONS ALTERNATIVES On prend, là encore, le milliam-pèremètre efficace le plus sensible, pour constituer le voltmètre en alternatif. On voit, figure 9, que toutes les résistances du shunt à double effet, sont en série avec les redresseurs CR 3 et CR 4. Le cou-rant exigé s'élève à 158 pA et la résistance globale de l'instrument à 1 800 Q (analyse du schéma).
Pour le premier calibre (5 V eff.), on ajoute les deux premières résistances de la chaîne de résis-tances du voltmètre continu;
~ot.'e = 32 kQ. On constate que la sensibilité du voltmètre en alter-natif, ne fait que 6320
Q/V.
C'est en général suffisant, pour effectuer des mesures valables dans ce domaine peu exigeant.MESURE DES RÉSISTANCES Le principe de l'ohmmètre à piles est fort connu: on insère dans le circuit du galvanomètre, un jeu de piles de fem. suffisante pour amener la déviation totale sur le plus bas calibre, lorsqu'on court-circuite les bornes d'entrée (Fig. 10). Cette opération s'effectue avec le rhéostat de tarage jouxtant, à droite du boî-tier, le contacteur de calibres. En substituant le court-circuit à une résistance inconnue Rx, le courant débité par les piles est évidemment moins grand puisque la résistance totale du circuit s'est accrue. On démontre aisément que:
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Fig. 7. - Schéms ds bs,s du vo/tmlltrs
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Fig. 10. - Schéms ds bII,s ds l'ohmmètre Ilpi/SI.
Fig. 8. - Schém. du contrMsuI bl'Bnché sn voItmlltrs continu.
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CR' CR' Fig. 11. - Schéms comp/st du cilcuit If ohm·
mètre».
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@~---v~---~~R'~S.U~~~~Fig. 9. - Modificstion du voltmètre pOUl ms,ule de, ten,ion, sltelnstillB'.
R.=Ep 1
D
Comme E et ID sont connus, il est facile de calculer Rx' En fait, on gradue directement l'échelle des courants (e en ohms ».
Pour obtenir plusieurs calibres, :m prévoit autant de déviations totales « ID» qu'il est nécessaire, ce qui s'obtient facilement, puis-que le contrôleur universel comporte déjà plusieurs sensibili-tés de mesure de courant. On met à profit la chaÎnè de résistances du
shunt à double effet, pour modifier les calibres de l'ohmmètre (voir Fig. Il). On ajoute, en plus, un rhéostat RIO = 22 kQ, pour effectuer le tarage.
A vec ce dispositif, on peut mesurer des résistances de 5 Q à 1 M,Q avec une précision compati-ble avec le type de contrôleur.
Ajoutons, pour conclure, que la classe de l'appareil est de 3 en continu et de 5 en alternatif. Cela signifie que l'erreur de mesure atteint 3 ou 5 % à pleine 'échelle,
2 fois plus à la moitié de la déVia-tion, 4 fois plus au quart ... etc ....
On s'efforcera donc de travailler dans la seconde moitié de l'échelle, que11e que soit la nature de la mesure.
Roger Ch. ROUZE Professeur à l'ECE
Ribliographie :
Document METRIX-ITT