Instruments de mesure et méthodes de test

Pour diagnostiquer un défaut, on doit mesurer les tensions et intensités à différents endroits du circuit en panne, ces endroits étant judicieusement choisis. Quelques informations supplémentaires -  élévation anormale de température, forme d'un signal de sortie -  permettront alors de maîtriser la panne. L'outil essentiel pour le diagnostic est un bon multimètre. Celui-ci doit présenter une résistance minimum de 20 000 Ω pour volt. Cette résistance interne est un paramètre important ; une résistance interne trop faible conduit à deux résultats erronés, car le voltmètre ajoute en parallèle une charge résistive sur le circuit mesuré. Si ce dernier présente une résistance très élevée, on doit prendre des précautions lors de l'interprétation de la mesure.

On peut utiliser à la place de multimètre  à galvanomètre à cadre mobile un multimètre digital portatif. Un affichage à plusieurs digits donne la valeur ((en clair)) du paramètre mesuré  (E, I, V). La précision de ces appareils est définie par le nombre de digits affichés. Leur résistance d'entrée est de l'ordre de 10MΩ, ce que signifie que la mesure ne perturbe pratiquement pas le circuit testé.

Les incertitudes :

L'une des taches essentielle des scientifiques est d'effectuer des mesures. Or, quel que soit le soin apporté à la mise en oeuvre de la mesure, la précision de l'appareil, la compétence de l'opérateur, le respect des règles de manipulation et le contrôle sévère de tous les paramètres d'influence, il restera toujours une incertitude sur la mesure, aussi infime soit-elle. Tous les efforts accomplis dans le domaine de l'instrumentation visent à faire tendre cette incertitude vers une valeur de plus en plus faible, tout en sachant qu‘il ne sera jamais possible de l'annuler. C'est pourquoi toute mesure pour être complète doit comporter non seulement la valeur mesurée, mais également les limites de l'erreur possible sur la valeur donnée.

Sources d'erreur possible :

Les sources d'erreur sur l'expression d'une mesure sont dues :

• Aux limites de l'appareil (erreur de précision)
• A l'opérateur : mauvaise lecture d'un appareil, non-respect des procédures : connaissance insuffisante, mauvaise manipulation des appareils, attente insuffisante, (erreurs fortuites )
• Au milieu ambiant : influence de la température, de l'humidité, de la pression atmosphérique, (erreurs aléatoires)
• A l'ensemble du système de mesure : exemple modification d'une force électromotrice par l'introduction d'un voltmètre de faible résistance interne. (erreurs systématiques)

Expression de l'erreur de masure

a) erreur absolue :
C'est la différence entre la grandeur mesurée et la valeur vraie de la grandeur.erreur absolue = Valeur mesurée –valeur vraie.
L'erreur absolue et peut être positive ou négative.
Erreur relative : c'est le quotient de l'erreur absolue à la valeur vraie
Erreur relative =erreur absolue / valeur vraie
L'erreur relative peut être exprimée de manière décimale, en pourcentage, ou en puissance de 10.
b) Les erreurs systématiques :
Elles sont dues aux imperfections de l'appareil de mesure et quelquefois au principe même de la mesure.
Par exemple une règle dont les divisions seraient trop écartées donnerait systématiquement une erreur importante.
Une erreur systématique est constante en grandeur et en signe, on peut l'éliminer par un étalonnage fréquent de l'appareil de mesure et une étude critique de la méthode expérimentale.
c) Les erreurs fortuites :
Elles sont dues généralement à l'insuffisance des qualités mécaniques de l'appareil de mesure à l'imperfection des qualités sensorielles de l'expérimentateur. Contrairement aux erreurs systématiques les erreurs fortuites ne sont ni constantes ni en grandeur ni en signe.
Elles sont purement aléatoires et, de ce fait, on peut les éliminer partiellement en faisant la moyenne des résultats observés sur plusieurs expériences.

Classe des appareils :

Le constructeur est tenu de définir la classe de son appareil qui fixe la marge maximale d'incertitude de construction. un appareil est dit de classe 2 quand l'incertitude relative de construction est inférieure à 2% de maximum de l'échelle (c.à.d du calibre ). Sur le calibre 10 A d'un ampèremètre de casse 2, l'incertitude de construction sera au maximum égale à 2 % de 10A. Plus la classe est faible, plus l'appareil est précis mais sans prix de revient est élevé car plus ces composants ont été sélectionnés avec précision. L'incertitude de construction est constante pour un calibre donné. Il est conseillé généralement d'utiliser le dernier tiers ou, à la limite, la seconde moitié du cadrant.
On utilise ainsi un calibre 10A pour 5A < I <10A
On utilise un calibre 3A pour 1.5A < I < 3A
delta X= (Classe *calibre) /100
(delta X)/X = classe /100 * calibre /X = classe /100 * N/n

Appareils à affichage numérique :

Pour ce type d'appareils, les constructeurs fournissent une indication qui nous permet de calculer l'incertitude totale sur la mesure.
L'incertitude est très souvent donnée de la manière suivante : y% +z unités dans l'incertitude absolue Vx sur une mesure :
Y% représente un premier terme proportionnel à la lecture x : y/100.x
Z est donné par le constructeur, l'unité est le rapport calibre utilisé / nombre de points de l'appareil.
Donc en numérique la précision donnée par le constructeur permet une appréciation rapide de l'incertitude.
Exemple : Soit un voltamètre numérique à trois afficheurs lumineux. Si cet appareil a 500 points (000,001,498, 499 )et présente une précision de 0.2% unités, quelle sera l'incertitude relative sur une lecture de 38.0V ?
Sur le calibre de 50 V on a la correspondance : Unité =50 V/500 = 0.1 V.
Si
La lecture V = 38.0 l'incertitude (delta V) comporte 2 termes :
Premier terme = 0.2*38.0V/100 =0.08 V
Deuxième terme :
Z unités = 2x (0.1 ) = 0.2 V
D'où :
(delta V) = 0.08 + 0.2 =0.28 V
et (delta V)/V = 0.8/38 =0.008 soit 0.8%
Exemple 2 :
avec un MX512 – métrix on a : affichage 2000 points de 0000 à 1999 et sur le calibre 1000 V –une précision indiquée de +- (0.5% L + 1 UR ) ou L est la lecture affichée et UR l'unité de représentation selon la recommandation CEI –485 de 1974 ( c'est l'unité de décade de poids le plus faible ) on aura :
1 UR = calibre/nombre de poids = 1000 V/2000 points =0.5 V