Espace numérique – Secteurs Sciences et Sciences Appliquées

AUTEURS : Jean-Baptiste Schuermans et Philippe Godts

Description générale

La mesure des grandeurs électriques peut se faire soit avec des appareils dédiés, qui ne permettent de réaliser qu’un seul type de mesures (ampèremètre, voltmètre, ohmmètre), soit à l’aide d’un multimètre, qui permet de réaliser des types de mesure différents. L’appareil est analogique quand on lit la déviation d’une aiguille sur une échelle graduée et il est digital ou numérique quand un nombre s’affiche sur son écran.

Bien qu’étant l’appareil de mesure le moins cher et le plus répandu sur le marché, le multimètre est donc d’un usage assez complexe, et l’utilisation de toutes ses fonctions ne sont pas forcément requises pour tous les élèves[1].

  Ce document peut être téléchargé en fin d’article.

Remarque relative à la sécurité

Les montages en basse tension utilisés ne présentant pas de danger notable pour la santé, les mesures de précaution à prendre visent à protéger le matériel expérimental contre les court-circuits et les surintensités[2].

En classe, on s’en tiendra à la règle suivante : les élèves n’insèrent un appareil de mesure dans un circuit qu’après en avoir débranché le générateur.  Ils ne rebranchent le générateur qu’après que l’enseignant ait vérifié le circuit, en s’assurant principalement que :

• Le circuit ne présente pas de court-circuit. Il faut donc que les charges électriques partant de la borne positive du générateur passent obligatoirement par au moins un récepteur avant de retourner à la borne négative du générateur, quel que soit leur chemin.  Le risque serait ici de détériorer le générateur s’il n’est pas protégé contre les surintensités, ce qui est le cas des piles, des accumulateurs ou de certains transformateurs.
• Les ampèremètres ou les multimètres utilisés comme ampèremètre ne sont pas branchés en parallèle avec le générateur. Il faut donc que les ampèremètres soient tous placés en série avec au moins un récepteur.  Le risque serait ici de détériorer l’ampèremètre si on utilise la broche non protégée, ou de faire fondre le fusible interne si on utilise la broche protégée.

Notons que le danger pour la santé devient notable à partir de 60 V en courant continu ou 30 V en alternatif. Il serait opportun de réfléchir avec les élèves aux précautions à prendre lors des mesures effectuées sur une installation domestique.

Aspect général d’un multimètre

Les multimètres sont dotés d’un sélectionneur permettant de sélectionner le type de courant (alternatif ou continu), le type de mesure désiré (tension ou courant), et le calibre (la plage de mesure). Ils disposent de deux à quatre broches pour le raccordement au circuit.

Notons que les multimètres sont généralement fournis avec deux cordons à pointes de contact qui ne seront pas utiles dans ce cadre-ci. Nous raccorderons systématiquement les multimètres à l’aide de deux cordons conducteurs à fiches de 4 mm (qui doivent être achetés séparément), et éventuellement deux pinces crocodiles suivant le type de circuit.

Par exemple, le multimètre ELIX LX-830B (voir la figure 1) peut jouer le rôle de voltmètre, d’ampèremètre et d’ohmmètre. Il permet en outre de tester les transistors et les diodes. Par la suite, nous ne nous intéresserons qu’aux fonctions voltmètre, ampèremètre et ohmmètre en courant continu.

Figure 1 : le multimètre ELIX LX-830B.

Pour choisir la fonction du multimètre :

• Amener le sélectionneur sur la fonction désirée.
• Connecter un cordon conducteur à la borne «COM» (pour faciliter les repérages on emploie souvent un fil noir).
• Connecter un deuxième cordon à la borne correspondant à la grandeur qu’on veut mesurer (on emploie souvent un fil rouge).

Utilisation du multimètre en mode ampèremètre

Pour la mesure des courants, les multimètres possèdent généralement deux broches : une broche non sécurisée par un fusible interne permet des mesures jusque 5 à 10 ampères, tandis qu’une autre – parfois la même que pour la tension – est sécurisée par un fusible interne, et n’admet donc qu’un courant limité. Lors d’une première mesure, on commence généralement par utiliser la broche non sécurisée (le sélectionneur étant placé dans la position ad hoc), avant d’éventuellement passer à des mesures plus précises en utilisant la broche sécurisée, si le courant mesuré le permet.

Pour mesurer le courant (ou l’intensité du courant électrique) dans une branche d’un circuit, on place l’appareil de mesure en série dans cette branche. Il est donc nécessaire d’ouvrir le circuit afin d’y insérer l’ampèremètre (voir la figure 2). L’appareil peut être indifféremment placé « avant » ou « après » le composant.

Démarche à suivre :

• Sélectionner l’échelle de mesure correspondant au courant attendu. Il est aussi de bonne pratique de commencer avec le calibre le plus grand (par ex. 10 A max) ; après une première mesure, on sélectionne le calibre immédiatement supérieur à la première valeur obtenue.
• L’ampèremètre possède une très faible résistance interne et se comporte comme un excellent conducteur. Pour éviter de créer un court-circuit, il faut s’assurer que la branche du circuit où l’on insère l’ampèremètre comporte au moins un récepteur capable de limiter suffisamment l’intensité du courant.
• Avec les appareils digitaux, il n’est pas nécessaire de respecter la polarité. Toutefois, pour obtenir des valeurs positives, raccorder la borne négative de l’appareil à la branche du circuit située du côté de la borne négative du générateur, et la borne positive à la branche située du côté de la borne positive du générateur (figure 3).

Notons que la résistance interne des ampèremètres ne peut généralement pas être négligée. Les multimètres diminuent toujours la valeur du courant quand ils sont branchés comme ampèremètre, et ce d’autant plus sensiblement qu’ils sont bon-marchés.

Utilisation du multimètre en mode voltmètre

Pour mesurer la tension électrique entre deux points d’une branche d’un circuit, on place l’appareil en parallèle sur cette branche. Il ne faut donc pas ouvrir le circuit (figures 4 et 5).

Démarche à suivre :

• Sélectionner l’échelle de mesure correspondant à la tension attendue. Il est aussi de bonne pratique de commencer avec le calibre le plus grand (par ex. 10 V max), puis de descendre progressivement dans les calibres (1 V, 100 mV, …).
• Avec les appareils digitaux, il n’est pas nécessaire de respecter la polarité. Toutefois, pour obtenir des valeurs positives, raccorder la borne négative de l’appareil à la branche du circuit située du côté de la borne négative du générateur, et la borne positive à la branche située du côté de la borne positive du générateur (figure 5).
• Le voltmètre possédant une très grande résistance interne, il est parcouru par un courant très faible, et il n’y a aucun risque de créer un court-circuit. Placer par erreur un voltmètre en série dans un circuit simple reviendrait simplement à mesurer la tension aux bornes du circuit ouvert.

Utilisation du multimètre en mode ohmmètre

La mesure de la résistance électrique d’un composant peut se faire de deux manières :

• On peut déterminer la résistance électrique d’un récepteur en fonctionnement en réalisant la mesure du courant qui le traverse et de la tension à ses bornes, puis en calculant R = U/I.
• On peut mesurer la résistance d’un récepteur à l’aide d’un ohmmètre. Pour ce faire, il faut d’abord complètement déconnecter ce composant du reste du circuit et donc aussi de toute source de tension.

Remarques :

• Choix du calibre : pour effectuer une mesure la plus précise possible, il faut choisir le calibre adapté, c’est-à-dire la plage de mesures la plus petite qui comprenne la valeur attendue. Si la résistance mesurée est plus grande que le calibre choisi, l’appareil affiche généralement « 1 ».
• Un ohmmètre peut être utilisé comme testeur de continuité d’une portion de circuit en le mettant hors-tension, puis en appliquant les deux cordons testeurs de l’ohmmètre aux deux extrémités de la ligne à tester ; si l’affichage indique « 1 » (résistance infinie), c’est que l’élément est déficient et ne conduit pas le courant.
• Notons que la résistivité de certains métaux varie fortement avec la température. Pour cette raison, la résistance électrique d’une ampoule ou d’un grille-pain en fonctionnement (à déduire à partir des valeurs de la tension et du courant) est plus grande que celle qui peut être mesurée à l’aide d’un ohmmètre sur l’élément hors-tension.

Maintenance du multimètre

Deux types de pannes pourront être aisément réparés :

• Les multimètres digitaux fonctionnent à l’aide d’une batterie située à l’intérieur du boîtier. Elle doit être périodiquement remplacée. Normalement, un indicateur signale la fin de vie de la batterie, mais les multimètres bon marchés affichent parfois des valeurs fantaisistes avant que cet indicateur ne se manifeste.
• Le fusible qui protège la broche sécurisée en mode ampèremètre doit être remplacé en cas de défaillance (l’ampèremètre ne laisse plus passer aucun courant par la borne protégée).

Il faut donc veiller à se munir d’une réserve de batteries et de fusibles correspondant aux indications fournies avec le multimètre. Les fusibles se vendent par boîte de 10 pièces par de nombreuses firmes spécialisées en matériel d’électronique (une liste de fournisseurs est disponible sur demande).

Pour remplacer la batterie ou le fusible, ouvrir le couvercle arrière du multimètre (voir ci-contre).  Suivant le type de multimètre, la localisation de la batterie et du fusible peuvent varier.

Téléchargement :

[1] En HGT (cours de sciences de base ou de sciences générales), il est généralement conseillé de commencer les mesures des tensions et des courants à l’aide d’appareils dédiés (ampèremètres ou voltmètres), avant d’introduire le multimètre.  En HPT (cours de sciences de formation commune), le programme limite l’utilisation du multimètre à sa fonction ohmmètre, et ne doit donc pas être utilisé dans un circuit sous tension.

[2] Le danger pour la santé devient notable à partir de 60 V en courant continu ou 30 V en alternatif.  Il serait opportun de réfléchir avec les élèves aux précautions à prendre lors des mesures effectuées sur une installation domestique.