Guide complet des instruments de mesure numériques

Les instruments numériques

Les instruments numériques remplissent essentiellement les mêmes fonctions que les instruments analogiques. La différence réside dans le fait que la valeur mesurée est traduite par un affichage LCD et que le traitement des données s'effectue via des convertisseurs analogique/numérique (A/D) ou des systèmes entièrement digitaux.

Les instruments numériques intègrent de nombreuses fonctionnalités dans un seul appareil, comme la mesure de la tension, du courant (AC et DC), de la résistance, de l'inductance, de la capacité, de la continuité, de la fréquence et du gain des transistors bipolaires. Ils sont communément appelés multimètres numériques. Il existe une large gamme de multimètres, classés selon leurs performances, leur robustesse, leur qualité et leur prix.

Un instrument identifié avec un affichage de 3 1/2 chiffres peut afficher les trois derniers chiffres de 0 à 9, tandis que le premier ne peut être que 0 ou 1. Cela signifie que cet affichage peut aller jusqu'à 1999. Si l'instrument utilise une « sélection automatique » et que la mesure dépasse la capacité, l'affichage indique OL.

Échantillonnage

L'échantillonnage est un processus de mesures répétées à intervalles de temps fixes. Les résultats sont traités pour réduire les erreurs. La fréquence d'échantillonnage définit la vitesse de l'appareil. Un appareil avec un échantillonnage lent n'est pas capable de mesurer efficacement des quantités qui changent rapidement.

Discrétisation et conversion numérique

Après la mesure, le dispositif transforme la valeur lue en un nombre sans dimension. À ce stade, l'appareil ne traite que la quantification numérique. Le nombre de chiffres utilisés dépend de la puissance de calcul et de la construction de l'appareil (conversion en bits). Un nombre défini de chiffres binaires détermine les niveaux de représentation : 10 bits = 1024 niveaux.

Dans les systèmes numériques, le traitement du signal est effectué numériquement. Si le signal d'entrée est analogique, il est converti en numérique par un convertisseur A/D. Le système interprète les deux états logiques (bits) : 1 pour l'état passant et 0 pour l'état bloqué.

Types de convertisseurs A/D

• Convertisseurs par rampe : Les plus simples. Le signal d'entrée est comparé à une rampe numérique. Lorsque la rampe dépasse le signal analogique, le comptage est inhibé.
• Convertisseurs par approximations successives : Très utilisés pour leur haute vitesse (entre 1 et 5 µs) et leur résolution, bien qu'ils soient plus coûteux.
• Convertisseurs double rampe : Utilisés pour leur haute immunité au bruit, leur précision et leur économie. Idéaux pour les voltmètres numériques.
• Convertisseurs tension-fréquence (V/F) : Convertissent le signal analogique en un train d'impulsions binaires, offrant un excellent rejet du bruit.
• Convertisseurs parallèles : Les plus rapides. L'entrée est distribuée par un réseau résistif vers plusieurs comparateurs alimentant un codeur.

Choisir un instrument numérique

Les facteurs clés à considérer sont :

• Précision : Généralement supérieure aux instruments analogiques, elle combine des erreurs proportionnelles et constantes.
• Résolution : Indique le nombre de chiffres affichés sur l'écran.
• Erreur constante : Erreurs fixes sur toute la plage de mesure.
• Erreurs proportionnelles : Varient en proportion de la valeur mesurée.
• Impédance d'entrée : Cruciale pour éviter de charger le circuit mesuré et générer des erreurs supplémentaires.
• Vitesse de lecture : Nombre de mesures par seconde.

Le multimètre numérique

Le multimètre devient un ohmmètre en ajoutant une source d'intensité constante. Il est portable, alimenté par batterie et utilise deux câbles de connexion. Le panneau avant regroupe l'écran et les contrôles pour les fonctions : voltmètre (DC/AC), ampèremètre, ohmmètre et test de diodes.

Pince multimètre

La pince permet de mesurer l'intensité du courant sans contact physique, en capturant le champ magnétique généré autour du conducteur. Elle est idéale pour les mesures de courant sans interrompre le circuit.

Mesures de continuité et de tension

La continuité est vérifiée par un signal sonore (buzzer) si la résistance est inférieure à 200 ohms. Pour la tension alternative, l'appareil fournit la valeur efficace (RMS) si le signal est sinusoïdal. Pour les tensions DC, il est recommandé de commencer par la plus grande échelle pour éviter d'endommager l'appareil.

Consommation et mesures de courant

L'instrument possède une résistance interne. Pour mesurer un courant, l'ampèremètre doit être connecté en série. Une connexion en parallèle peut causer des dommages graves car la résistance interne est très faible. La qualité d'un ampèremètre se mesure à la faiblesse de sa résistance interne.