Voltmètre

Le voltmètre est un appareil qui sert à mesurer la tension entre deux points, grandeur dont l'unité de mesure est le volt.



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Instrument de mesure électrique - Appareil électronique - Électronique

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Représentation symbolique d'un voltmètre dans un circuit
Voltmètres à affichage numérique

Le voltmètre est un appareil qui sert à mesurer la tension (ou différence de potentiel électrique) entre deux points, grandeur dont l'unité de mesure est le volt (V). La grande majorité des appareils de mesure actuels est construite autour d'un voltmètre numérique, la grandeur physique à mesurer étant convertie en tension avec un capteur approprié.

Les différents types de voltmètre

Voltmètres analogiques

Ils sont en voie de disparition, quoiqu'encore utilisés comme indicateurs rapides de l'ordre de grandeur ou de la variation de la tension mesurée. Ils sont le plus souvent constitués d'un ampèremètre en série avec une résistance élevée. Cependant cette résistance, de l'ordre de quelques kΩ, est nettement inférieure à la résistance interne des voltmètres numériques, généralement égale à 10 MΩ. Pour cette raison, les voltmètres analogiques introduisent une perturbation plus importante dans les circuits dans lesquels ils sont introduits que les voltmètres numériques.

Voltmètres magnétoélectriques

Un voltmètre magnétoélectrique est constitué d'un galvanomètre, par conséquent un ampèremètre magnétoélectrique particulièrement sensible, en série avec une résistance additionnelle de valeur élevée (de quelques kΩ à quelques centaines de kΩ). On réalise un voltmètre à plusieurs calibres de mesure en changeant la valeur de la résistance additionnelle. Pour les mesures en courant alternatif, un pont redresseur à diodes est intercalé mais ce procédé ne sert à mesurer que des tensions sinusoïdales.

Voltmètres ferroélectriques

Un voltmètre ferroélectrique est constitué d'un ampèremètre ferroélectrique en série avec une résistance additionnelle de valeur élevée (de quelques centaines d'Ω à quelques centaines de kΩ). Comme les ampèremètres du même type le font pour les courants, ils permettent de mesurer la valeur efficace de tensions de forme quelconque (mais de fréquence faible < 1 kHz).

Voltmètres numériques

Ils sont le plus souvent constitués d'un convertisseur analogique-numérique double rampe, d'un dispositif de traitement et d'un dispositif d'affichage.

Mesure des valeurs moyennes de tensions continues

La tension à mesurer est appliquée à l'entrée du convertisseur analogique-numérique à travers une résistance dont la valeur dépend du calibre choisi, puis l'organe de traitement, tenant compte de ce calibre, permet d'afficher la valeur moyenne de cette tension.

Mesure des valeurs efficaces des tensions alternatives

Voltmètre «bas de gamme»

Il n'est utilisable que pour la mesure des tensions sinusoïdales dans le domaine de fréquence des réseaux de distribution électrique. La tension à mesurer est redressée par un pont de diodes puis traitée comme une tension continue. Le voltmètre affiche ensuite une valeur égale à 1, 11 fois la valeur moyenne de la tension redressée. Si la tension est sinusoïdale, cette valeur est la valeur efficace de la tension.

Voltmètre «efficace vrai»

La majorité des appareils commercialisés effectuent cette mesure en trois étapes :

  1. La tension est élevée au carré par un multiplieur analogique de précision.
  2. L'appareil réalise la conversion analogique-numérique de la moyenne du carré de la tension
  3. La racine carrée de cette valeur est ensuite effectuée numériquement.

Le multiplieur analogique de précision étant un composant coûteux, ces voltmètres sont trois à quatre fois plus chers que les précédents. La numérisation quasi totale du calcul sert à diminuer le coût tout en perfectionnant la précision.

D'autres méthodes de mesure sont aussi utilisées, par exemple :

On peut distinguer deux types de voltmètres «efficace vrai» :

  • TRMS (True Root Mean Square = Vraie racine carrée du carré moyen) - Il mesure la véritable valeur efficace d'une tension variable.
  • RMS (Root Mean Square = Racine carrée du carré moyen) - La valeur RMS est obtenue grâce à un filtrage qui élimine la composante continue (valeur moyenne) de la tension, et permet d'obtenir la valeur efficace de l'ondulation (valeur efficace RMS ou AC) de la tension.

Historique

Le premier voltmètre numérique a été conçu et construit par Andy Kay en 1953

Résistance interne

La mesure avec un voltmètre s'effectue en le branchant en parallèle sur la portion de circuit dont on désire connaître la différence de potentiel. Ainsi en principe, pour que la présence de l'appareil ne modifie pas la répartition des potentiels et des courants au sein du circuit, aucun courant ne devrait circuler dans son capteur. Ce qui implique que la résistance interne du dit capteur soit illimitée, ou du moins soit la plus grande envisageable comparé à la résistance du circuit à mesurer.

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