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Chapitre III: Les Appareils de mesures
(suite
)I.2. Le galvanomètre à cadre mobile a. Description
Le galvanomètre est essentiellement composé d’un équipage mobile portant une aiguille qui se déplace devant un cadran gradué.
L’aiguille : elle sert de repère visuel pour la lecture. Elle est solidaire de l’équipage mobile et représente donc la déviation de ce dernier.
L’équipage mobile est lui constitué de :
1. Les ressorts antagonistes spiralés: Ils sont le plus souvent au nombre de deux, un sur la partie supérieure et un second sur la partie inférieure. Leur rôle est très important dans la garantie d’une lecture correcte. Sans leur présence, l’équipement mobile ne reprendrait jamais sa position de repos. Ces ressorts permettent donc de ramener par l’intermédiaire de l’équipement mobile, l’aiguille à sa position zéro. Nous verrons dans le principe de fonctionnement que sans ces ressorts, l’aiguille conserverait la position du plus grand déplacement de l’équipage mobile. Le type de ressort est également important, il s’agit de ressorts spiralés afin de ne pas exercer sur le mécanisme des efforts qui modifieraient le déplacement de l’équipage mobile. L’une des extrémités du
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ressort est fixée sur l’axe, et l’autre sur la partie stable de l’appareil. Sachez encore que les deux ressorts servent à relier la bobine mobile aux bornes de l’appareil.
2. Le contrepoids : il sert à maintenir l’équilibre de l’ensemble. L’aiguille seule exerce sur l’axe de l’équipage mobile un effort du au porte-à-faux. Afin de contrecarré ce phénomène, on place un contre poids sur le coté opposé afin d’équilibrer les forces et ainsi obtenir une résultante nulle au droit de l’axe. Ce point montre la fragilité d’un tel appareil.
3. Cadre support de la bobine : Il s’agit d’un cadre de forme rectangulaire en aluminium. Ce dernier est très léger, son rôle est uniquement de porter le bobinage qui développera le champ magnétique.
4. L’axe : Ce dernier est coupé en deux morceaux, l’un sur la partie supérieure et l’autre sur la partie inférieure. Les axes sont fixés sur le cadre. L’un sur le dessus et l’autre sur le dessous. Il forme donc un ensemble solidaire. Les extrémités des axes se terminent en pointe du coté des supports. Il faut savoir que les deux axes sont isolés électriquement entres-eux.
5. Les supports : Ils sont au nombre de deux, l’un au-dessus et l’autre en dessous.
Ils reçoivent chacun l’une des extrémités des axes. Se sont eux qui garantissent l’alignement de l’équipage mobile. Les supports sont habituellement en acier de qualité dans les modèles courants et en pierre dure (rubis) dans ceux de haute précision.
6. La bobine : Elle est enroulée sur le cadre. Elle est constituée d’un fin fil de cuivre émaillé très fin
7. Cylindre central : Il est placé au centre de la bobine et est réalisé en fer doux non aimanté. Il permettra le réglage de l’appareil en usine.
b. Principe de fonctionnement
Les appareils de mesure les plus employés utilisent le champ magnétique du courant qui les parcourt. Il s’agit des appareils à bobine mobile ou à cadre mobile. L’équipage mobile est placé entre les pôles d’un aimant permanent puissant, de telle sorte que la bobine se trouve plongée dans le champ magnétique créé par l’aimant.
Si l’on fait passer un courant continu dans la bobine, celle-ci va devenir le siège de la création d’un champ magnétique de sens bien définit qui aura pour effet de polarisé cette bobine. Nous sommes donc en présence de deux polarisations, l’une due aux aimants permanents et l’autre due à la bobine.
Par les propriétés d’attraction et de répulsion des pôles, nous allons obtenir la création de forces qui vont agir sur la bobine et tendre à la faire tourner sur ses axes.
Le sens de rotation de la bobine dépend du sens des forces en présence. Le sens de ces dernières dépendant du sens de la polarisation des pôles. Enfin, si le
aimants permanents est fixe, celui de la bobine va dépendre du sens de circula
courant dans la bobine. En inversant le sens du courant l’on inverse également le sens de déplacement de l’équipage mobile. L’aiguille peut donc ainsi se déplacer soit vers la droite soit vers la gauche.
prend l’aiguille sur l’échelle graduée. Lorsque l’on coupe le courant, l’aiguille retourne vers sa position de départ par l’action de rappel des deux ressorts en spirale.
Le fil conducteur, porteur de courant uniforme est soumis à une force
avec I : Intensité du courant dans le fil conducteur.[A],
l : longueur du fil conducteur qui reigne dans le champ magnétique B : Intensité du champ magnétique créer par l’aimant.[T]
Lorsqu’on place deux conducteurs (deux cotés d’une spire) porteurs d’un même courant, dans un champ magnétique
directement opposées et d’une distance
C = F.d = B.I.l.d . Si la boucle comporte N spires, alors Si on associe à ce dispositif un ressort spiral de constante un couple résistant Cr proportionnel à l’angle de rotation : À l’équilibre, le couple total appliqué au cadre est nul, d’où donc la déviation θ est proportionnelle au courant
La sensibilité du galvanomètre est définie par
c. Caractéristiques et schéma équivalent de l’équipage à cadre mobile
Les appareils magnétoélectriques ne sont utilisables qu’en courant continu : la déviation du cadre est proportionnelle à la valeur moyenne du courant qui le traverse. L’échelle de la graduation est linéaire. Ce sont des appareils polarisés.
On peut modéliser un équipage à cadre mobile (ECM) suivant le schéma simplifiée suivant :
Rg est la résistance totale des cadre.
La déviation à pleine échelle est obtenue pour
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Le sens de rotation de la bobine dépend du sens des forces en présence. Le sens de ces dernières dépendant du sens de la polarisation des pôles. Enfin, si le
aimants permanents est fixe, celui de la bobine va dépendre du sens de circula
En inversant le sens du courant l’on inverse également le sens de déplacement de l’équipage mobile. L’aiguille peut donc ainsi se déplacer soit vers la droite soit vers la gauche. La valeur du courant est indiquée par la position que prend l’aiguille sur l’échelle graduée. Lorsque l’on coupe le courant, l’aiguille retourne vers sa position de départ par l’action de rappel des deux ressorts en spirale.
Le fil conducteur, porteur de courant I, qui est placé dans un champ magnétiqu uniforme est soumis à une force F = B.I.l .
: Intensité du courant dans le fil conducteur.[A],
: longueur du fil conducteur qui reigne dans le champ magnétique : Intensité du champ magnétique créer par l’aimant.[T]
Lorsqu’on place deux conducteurs (deux cotés d’une spire) porteurs d’un même courant, dans un champ magnétique B uniforme, il ya apparition de deux forces directement opposées et d’une distance d dont le couple mécanique est
Si la boucle comporte N spires, alors C = N. B.I.l.d
Si on associe à ce dispositif un ressort spiral de constante k, ce dernier développe proportionnel à l’angle de rotation : Cr = k θ.
À l’équilibre, le couple total appliqué au cadre est nul, d’où : C = est proportionnelle au courant I dans le cadre.
La sensibilité du galvanomètre est définie par : = = .
Caractéristiques et schéma équivalent de l’équipage à cadre mobile
Les appareils magnétoélectriques ne sont utilisables qu’en courant continu : la déviation du cadre est proportionnelle à la valeur moyenne du courant qui le traverse. L’échelle de la graduation est linéaire. Ce sont des appareils polarisés.
n peut modéliser un équipage à cadre mobile (ECM) suivant le schéma simplifiée
est la résistance totale des N spires de la bobine. I est le courant qui traverse le ne échelle est obtenue pour I = Ig .
Le sens de rotation de la bobine dépend du sens des forces en présence. Le sens de ces dernières dépendant du sens de la polarisation des pôles. Enfin, si le champ des aimants permanents est fixe, celui de la bobine va dépendre du sens de circulation du En inversant le sens du courant l’on inverse également le sens de déplacement de l’équipage mobile. L’aiguille peut donc ainsi se déplacer soit vers La valeur du courant est indiquée par la position que prend l’aiguille sur l’échelle graduée. Lorsque l’on coupe le courant, l’aiguille retourne vers sa position de départ par l’action de rappel des deux ressorts en spirale.
, qui est placé dans un champ magnétique
: longueur du fil conducteur qui reigne dans le champ magnétique B.[m]
Lorsqu’on place deux conducteurs (deux cotés d’une spire) porteurs d’un même uniforme, il ya apparition de deux forces F
dont le couple mécanique est : C = N. B.I.l.d =N.B.S.I= Φ.I.
, ce dernier développe .
= Cr, soit k.θ = Φ.I,
Caractéristiques et schéma équivalent de l’équipage à cadre mobile
Les appareils magnétoélectriques ne sont utilisables qu’en courant continu : la déviation du cadre est proportionnelle à la valeur moyenne du courant qui le traverse. L’échelle de la graduation est linéaire. Ce sont des appareils polarisés.
n peut modéliser un équipage à cadre mobile (ECM) suivant le schéma simplifiée
est le courant qui traverse le
3. Les appareils conventionnels
Les appareils classiques tel que voltmètre, ohmmètre et ampèremètre exige quelque adaptation de notre galvanomètre. Pour les appareils conventionnels, leur déviation est limitée à un seul sens ce qui exige la bonne polarisation de l’appareil. Le respect des bornes positive et négative.
1. Structure de l'Ampèremètre magnétoélectrique L’équipage à cadre mobile
courants inférieurs à Ig. Pour obtenir un ampèremètre qui mesure des courants supérieurs à Ig, on lui adjoint des résistances additionnelles en parallèle avec l’équipage mobile, appelées
faibles.
Deux montages sont possibles.
a. Ampèremètre multi Soient I1 (R1 connectée) et I2
Sur calibre I1, lorsque
Sur calibre I2, lorsque Soit m1= I1/ Ig et m2= I2/ Ig
calibres I1 et I2 respectivement, nous avons alors : 1).
b. Ampèremètre universel à deux calibr
Sur calibre I1, lorsque
Sur calibre I2, lorsque Ou (R1+ R2 +Rg) = m1 .R1 et (R
De ces deux relations, on tire les expressions de
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Les appareils conventionnels
Les appareils classiques tel que voltmètre, ohmmètre et ampèremètre exige quelque adaptation de notre galvanomètre. Pour les appareils conventionnels, leur déviation ul sens ce qui exige la bonne polarisation de l’appareil. Le respect des bornes positive et négative.
Structure de l'Ampèremètre magnétoélectrique
L’équipage à cadre mobile (le galvanomètre) est un ampèremètre qui mesure des courants inférieurs à Ig. Pour obtenir un ampèremètre qui mesure des courants supérieurs à Ig, on lui adjoint des résistances additionnelles en parallèle avec l’équipage mobile, appelées shunts et qui doivent être précises et assez Deux montages sont possibles.
Ampèremètre multi-gamme à deux calibres : (R2 connectée) les deux calibres . , lorsque i = I1, I= Ig → Ig= I1.R1/( R1+ Rg) → R
, lorsque i = I2, I= Ig → Ig= I2.R2/( R2+ Rg) → R
/ Ig les pouvoirs multiplicateurs de l’ampèremètre sur les respectivement, nous avons alors : R1= Rg/( m1- 1) et R
Ampèremètre universel à deux calibres
, lorsque i = I1, I= Ig → Ig = I1.R1/(R1+ R2 +Rg) , lorsque i = I2, I= Ig → Ig= I2.( R1+R2)/( R1 + R
et (R1+ R2 +Rg) = m2 ( R1+R2) De ces deux relations, on tire les expressions de R1 et R2.
Les appareils classiques tel que voltmètre, ohmmètre et ampèremètre exige quelque adaptation de notre galvanomètre. Pour les appareils conventionnels, leur déviation ul sens ce qui exige la bonne polarisation de l’appareil. Le respect
est un ampèremètre qui mesure des courants inférieurs à Ig. Pour obtenir un ampèremètre qui mesure des courants supérieurs à Ig, on lui adjoint des résistances additionnelles en parallèle avec i doivent être précises et assez
R1= Ig.Rg/( I1- Ig) .
R2= Ig.Rg/( I2- Ig).
les pouvoirs multiplicateurs de l’ampèremètre sur les 1) et R2=Rg/( m2-
+Rg).
+ R2+ Rg)
2. Structure du voltmètre magnétoélectrique
Le cadre mobile seul est un voltmètre qui mesure des tensions inférieures à Rg.Ig. Pour obtenir un voltmètre qui mesure des tensions supérieures à on doit ajouter des résistances additionnelles en série qui doivent être assez grandes. Deux montages sont possibles également.
a. Voltmètre multi-gamme à deux calibres Calibre U1 : R1 connectée et
Sur calibre U1, si U = U = (U
Sur calibre U2, si U = U =(U
m1 et m2 sont les pouvoirs multiplicateurs du voltmètre respectivement sur les calibres U1 et U2.
b. Voltmètre universel à deux calibres
Sur calibre U1, si U = U
Sur calibre U2, si U = U
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Structure du voltmètre magnétoélectrique
Le cadre mobile seul est un voltmètre qui mesure des tensions inférieures à . Pour obtenir un voltmètre qui mesure des tensions supérieures à on doit ajouter des résistances additionnelles en série qui doivent être assez
ages sont possibles également.
gamme à deux calibres :
connectée et Calibre U2 : R2 connectée.
, si U = U1, I= Ig → U1= (R1 + Rg)Ig → R1= (U
= (U1/(RgIg) – 1) = (m1 -1)Rg .
, si U = U2, I= Ig → U2= (R2 + Rg)Ig → R2= (U (U2/(RgIg) – 1) = (m2 -1)Rg .
sont les pouvoirs multiplicateurs du voltmètre respectivement sur les
Voltmètre universel à deux calibres
, si U = U1, I= Ig → U1= (R1 + Rg)Ig
→ R1= (U1/Ig) - Rg = (m1 -1)Rg.
si U = U2, I= Ig → U2= (R2 + R1+ Rg)Ig → R2 + R1 = (U2/Ig) – Rg =(m
Le cadre mobile seul est un voltmètre qui mesure des tensions inférieures à . Pour obtenir un voltmètre qui mesure des tensions supérieures à Rg.Ig, on doit ajouter des résistances additionnelles en série qui doivent être assez
= (U1/Ig) - Rg
= (U2/Ig) – Rg
sont les pouvoirs multiplicateurs du voltmètre respectivement sur les
1)Rg.
=(m2 -1)Rg.
