Le b.a.-ba des pinces multimètres

06-19-2013 | Pinces

>Présentation des pinces multimètres

Qu'est-ce qu'une pince multimètre et à quoi sert-elle ? Quelles mesures permet-elle de prendre ? Comment tirer parti de toutes ses possibilités ? Quelle pince multimètre est la plus adaptée à l'environnement dans lequel elle sera utilisée ? Les réponses à ces questions se trouvent dans cette note d'application.

Les électriciens et les techniciens sont de plus en plus confrontés à des défis en raison des progrès technologiques effectués dans le domaine des équipements et des circuits électriques. Ces avancées exigent non seulement davantage de fonctionnalités dans les équipements de test actuels, mais également plus de compétences de la part des personnes qui les utilisent. Un électricien qui maîtrise les fondamentaux de l'utilisation des équipements de test sera mieux préparé pour relever les défis qu'il rencontrera aujourd'hui lors de l'exécution des tests et des tâches de dépannage. La pince multimètre est un outil important que l'on trouve couramment dans les boîtes à outils des électriciens comme des techniciens.

Une pince multimètre est un testeur électrique qui combine un voltmètre et un multimètre de courant de type pince. Comme le multimètre, la pince multimètre a traversé la période analogique pour entrer dans le monde numérique actuel. Créés initialement avant tout comme un outil de test à fonction unique pour les électriciens, les modèles actuels ont incorporé un plus grand nombre de fonctions de mesure, offrent plus de précision, et dans certains cas, ont intégré des fonctions de mesure spéciales. Les pinces multimètres actuelles disposent de toutes les fonctions de base d'un multimètre numérique, mais possèdent en outre un transformateur de courant intégré.

La capacité de la pince multimètre à mesurer des courants CA à grande intensité est simplement fonction de l'action du transformateur. Lorsque vous enserrez les « mâchoires » de l'instrument autour d'un conducteur de courant AC, ce courant est couplé dans les mâchoires, comme le noyau en fer d'un transformateur d'alimentation, et dans un enroulement secondaire connecté à travers le shunt de l'entrée du multimètre. Un courant beaucoup plus faible est renvoyé à l'entrée du multimètre en raison du rapport induit par le nombre d'enroulements secondaires par rapport au nombre d'enroulements principaux entourant le noyau. Habituellement, le principal est représenté par le conducteur autour duquel les mâchoires sont enserrées. Si le secondaire comporte 1000 enroulements, alors le courant secondaire représente 1/1000 du courant qui circule dans le principal, ou dans ce cas, le conducteur à mesurer. Ainsi, 1 A de courant dans le conducteur à mesurer produirait 0,001 A, ou 1 mA de courant à l'entrée du multimètre. Avec cette technique, des courants bien plus importants peuvent être facilement mesurés en augmentant le nombre d'enroulements dans la partie secondaire.

Choisir votre pince multimètre

Pour acheter une pince multimètre, il faut non seulement tenir compte des spécifications, mais également des caractéristiques, des fonctions et de la valeur globale représentée par la conception d'un multimètre et par le soin apporté à sa production.

Aujourd'hui, la fiabilité est plus importante que jamais, notamment dans des conditions difficiles. Les ingénieurs d'études Fluke ont mis un point d'honneur à concevoir des outils robustes électriquement, mais aussi mécaniquement. Au moment où les pinces multimètres Fluke sont prêtes à être introduites dans des boîtes à outils, elles ont subi des tests rigoureux et sont passées par un programme d'évaluation.

La sécurité de l'utilisateur doit être le premier facteur à prendre en compte lors du choix d'une pince multimètre – ou de toute autre pièce d'équipement de test électrique. Non seulement, les pinces multimètres de Fluke sont conçues en conformité avec les dernières normes électriques, mais, en plus, elles sont testées et homologuées par des laboratoires de tests indépendants, tels que UL, CSA, VDE, etc. Ce n'est que grâce à ces certifications que vous pouvez être sûr qu'un testeur électrique répond aux nouvelles normes de sécurité.

Quelques notions de base

Résolution, chiffres et points

La résolution désigne la précision avec laquelle un multimètre peut effectuer une mesure. En connaissant la résolution d'un multimètre, vous pouvez déterminer s'il est possible d'observer un changement mineur dans le signal mesuré. Par exemple, si la pince multimètre a une résolution de 0,1 A sur une gamme de 600 A, il est possible d'observer un changement de 0,1 A lors de la mesure de 100 A.

Vous n'achèteriez pas une règle avec des graduations en centimètres pour mesurer des millimètres. De même, vous devez choisir un multimètre qui peut afficher la résolution dont vous avez besoin pour observer vos mesures.

Précision

La précision représente la plus grande marge d'erreur admissible dans des conditions de fonctionnement spécifiques. En d'autres termes, cela indique à quel point la mesure affichée par le multimètre numérique se rapproche de la valeur réelle du signal mesuré.

La précision d'une pince multimètre est habituellement exprimée en pourcentage du relevé. Une précision de 1 % du relevé signifie que, pour un relevé affiché de 100 A, la valeur réelle du courant se situe entre 99,0 A et 101,0 A.

Les spécifications peuvent également inclure une gamme de chiffres en complément de la précision de base. Cela indique le nombre de points dont peut varier le chiffre le plus à droite de l'affichage. Ainsi, l'exemple de précision précédent peut se présenter sous la forme ±(2 % + 2). Par conséquent, pour un relevé affiché de 100,0 A, le courant réel pourrait alors être estimé comme compris entre 97,8 A et 102,2 A.

Facteur de crête

À cause de l'essor des alimentations électroniques, le courant tiré du système de distribution électrique actuel ne se présente plus sous la forme d'ondes sinusoïdales pures à 60 ou 50 cycles. Ces courants sont devenus assez déformés en raison du contenu harmonique généré par ces alimentations. Toutefois, les composants du système d'alimentation électrique tels que les fusibles, les barres omnibus, les conducteurs et les éléments thermiques des disjoncteurs sont homologués pour fonctionner avec un courant RMS parce que leur principale limite a trait à la dissipation de chaleur. Si nous voulons détecter la surcharge d'un circuit électrique, nous devons mesurer le courant RMS et comparer la valeur mesurée à la valeur nominale pour le composant en question. Par conséquent, les équipements de test actuels doivent être capables de mesurer avec précision la valeur TRMS d'un signal indépendamment de son degré de déformation.

Le facteur de crête est un rapport simple d'une valeur de crête du signal à sa valeur RMS. Pour une onde sinusoïdale AC pure, le facteur de crête serait de 1:1,414. Néanmoins, un signal avec une impulsion abrupte donnerait un rapport, ou un facteur de crête, élevé. En fonction de la largeur de l'impulsion et de sa fréquence, vous pouvez observer des facteurs de crête de 10:1 ou supérieurs. Dans les systèmes de distribution de l'alimentation réelle, des facteurs de crête supérieurs à 3:1 sont rarement observés. Comme vous pouvez le voir, le facteur de crête indique une distorsion du signal.

Une spécification de facteur de crête sera trouvée uniquement dans les spécifications des multimètres capables d'effectuer des mesures TRMS. Elle indique l'ampleur maximale des distorsions qu'un signal peut comporter tout en restant mesurable dans les limites de la spécification de précision du multimètre. La plupart des pinces multimètres TRMS disposent de spécifications de facteur de crête de 2:1 ou 3:1. Cette valeur nominale permet de traiter la majorité des applications électriques.

Mesures de courant alternatif

Le courant alternatif constitue l'une des mesures les plus élémentaires d'une pince multimètre. Les mesures de courant sont généralement prises sur différents circuits de dérivation d'un système de distribution électrique. La mesure du courant qui circule dans divers circuits de dérivation est une tâche assez courante pour un électricien.

Effectuer une mesure de courant AC

  1. Sélectionnez Ampères AC
  2. Ouvrez les mâchoires de la pince multimètre, puis refermez-les autour d'un seul conducteur.
  3. Relevez la valeur affichée.

En prenant des mesures de courant le long d'un circuit de dérivation, vous pouvez facilement déduire combien consomme chaque charge sur le système de distribution.

Lorsqu'un disjoncteur ou un transformateur surchauffe, le mieux est de prendre une mesure de courant sur le circuit de dérivation pour connaître le courant de charge. Cependant, assurez-vous que vous utilisez un multimètre TRMS afin de pouvoir obtenir une mesure exacte du signal qui surchauffe ces composants. L'appareil à mesure moyenne ne fournira pas une mesure réelle si le courant et la tension ne sont pas sinusoïdaux du fait des charges non linéaires.

Mesure de tension

La mesure de tension est une autre fonction courante de la pince multimètre. Les pinces multimètres actuelles sont capables de mesurer à la fois les tensions AC et DC. La tension AC est généralement créée par un générateur, puis elle est distribuée via un système de distribution électrique. L'une des tâches de l'électricien consiste à prendre des mesures sur l'ensemble du système afin d'isoler et de résoudre les problèmes électriques. Une autre mesure de tension courante consisterait à tester la tension de la batterie. Dans ce cas, vous mesureriez une tension de courant DC.

Déterminer la bonne tension d'alimentation constitue généralement la première chose à faire pour réparer un circuit. Si aucune tension n'est présente, ou si elle est trop élevée ou trop faible, le problème doit être corrigé avant de poursuivre l'analyse.

La capacité d'une pince multimètre à mesurer la tension AC peut être affectée par la fréquence du signal. La plupart des pinces multimètres peuvent mesurer avec précision les tensions AC avec des fréquences de 50 Hz à 500 Hz, mais la bande passante de mesure de courant AC d'une pince multimètre peut être de 100 kHz ou plus. C'est pourquoi le relevé de la même tension par une pince multimètre et par un multimètre numérique peut aboutir à des résultats très différents. Le multimètre numérique autorise davantage de tension de haute fréquence jusqu'au circuit de mesure, tandis que la pince multimètre filtre une partie de la tension contenue dans le signal au-dessus de la bande passante du multimètre.

Lors du dépannage d'un variateur de vitesse (VSD), la bande passante d'entrée d'un multimètre peut devenir très importante pour obtenir une mesure significative. En raison du nombre important d'harmoniques dans le signal sortant d'un VSD vers le moteur, un multimètre numérique mesurerait la majeure partie de la tension en fonction de sa bande passante d'entrée. Mesurer la tension de sortie d'un VSD n'est pas chose fréquente. Si vous le faites, la valeur sera plus élevée. Un moteur connecté à un VSD ne répond qu'à la valeur moyenne du signal. Pour mesurer cette puissance, la bande passante d'entrée de la pince multimètre doit être plus étroite que celle du multimètre numérique. La pince multimètre Fluke 337 a été spécifiquement conçue pour tester et dépanner les VSD.

Effectuer une mesure de tension

  1. Sélectionnez, au choix, Volts AC (V~) ou Volts DC (V).
  2. Branchez la sonde de test noire dans le jack d'entrée COM. Branchez la sonde de test rouge dans le jack d'entrée V.
  3. Mettez les pointes de sonde en contact avec une charge ou une source d'alimentation (en parallèle avec le circuit).
  4. Relevez la mesure en veillant à bien noter l'unité de mesure.
  5. (Facultatif) Appuyez sur le bouton HOLD pour figer la valeur affichée. Vous pouvez maintenant retirer le multimètre du circuit sous tension, puis lire l'écran lorsque vous êtes en sécurité, hors du danger électrique.

En mesurant la tension au niveau du disjoncteur, puis à l'entrée de la charge sur ce disjoncteur, vous pouvez déterminer la chute de tension qui se produit à travers les fils qui les relient. Une importante chute de tension au niveau de la charge peut affecter le fonctionnement de cette dernière.

Résistance

La résistance est mesurée en ohms (O). Les valeurs de résistance peuvent varier considérablement, de quelques milliohms (mO) pour la résistance de contact à des milliards d'ohms pour les isolateurs. La plupart des pinces multimètres descendent jusqu'à 0,1 O. Lorsque la résistance mesurée est plus élevée que la limite supérieure du multimètre, ou si le circuit est ouvert, « OL » s'affiche à l'écran du multimètre.

Les mesures de résistance doivent être réalisées en coupant l'alimentation électrique. Dans le cas contraire, vous risquez d'endommager le multimètre ou le circuit. Certaines pinces multimètres offrent une protection en mode ohms en cas de contact accidentel avec une source de tension. Le niveau de protection peut varier considérablement d'un modèle de pince multimètre à l'autre.

Mesurer la résistance d'une bobine de contacteur est une opération très courante.

Effectuer une mesure de résistance.

  1. Mettez le circuit hors tension.
  2. Sélectionnez résistance.
  3. Branchez la sonde de test noire dans le jack d'entrée COM. Branchez la sonde de test rouge dans le jack d'entrée V.
  4. Connectez les pointes de sonde sur le composant ou sur la partie du circuit dont vous voulez déterminer la résistance.
  5. Affichez la mesure sur l'écran de la pince multimètre.

Continuité

La continuité est une mesure rapide de résistance aller-retour qui permet de distinguer un circuit ouvert d'un circuit fermé.

Une pince multimètre avec avertisseur de continuité vous permet de réaliser facilement et rapidement de nombreux tests de continuité. La pince multimètre émet un bip lorsqu'elle détecte un circuit fermé, ce qui vous évite d'avoir à la consulter en cours de test. Le niveau de résistance requis pour déclencher l'avertisseur varie d'un multimètre à l'autre. Souvent, le réglage de la résistance pour activer l'avertisseur est une mesure inférieure à la gamme de 20 ohms à 40 ohms.

Fonctions spéciales

Une fonction de mesure assez courante consiste à lire la fréquence d'une forme d'onde de courant alternatif. Activez la fonction Fréquence en gardant les mâchoires de la pince multimètre placées autour d'un conducteur traversé par un courant AC, l'écran du multimètre indiquera alors la fréquence du signal qui circule dans le conducteur. C'est une mesure très utile lors de la détection des problèmes d'harmoniques qui surviennent dans un système de distribution électrique.

L'enregistrement min, max et moyen est une autre fonctionnalité disponible sur certains modèles de pinces multimètres. Lorsque cette fonctionnalité est activée, chaque mesure prise par le multimètre est comparée à toute mesure enregistrée précédemment. Si la nouvelle mesure est supérieure à celle enregistrée dans la mémoire des mesures élevées, elle remplace cette dernière et devient alors la mesure la plus élevée. La même comparaison est faite dans la mémoire des mesures basses. Si la nouvelle mesure est inférieure à celle enregistrée, elle remplace cette dernière. Tant que la fonctionnalité MIN MAX est active, toutes les mesures sont traitées de cette manière. Ainsi, après un certain temps, vous pouvez appeler chacune de ces valeurs en mémoire et l'afficher, puis connaître la valeur la plus élevée et la plus basse pendant une période donnée.

Pour les électriciens qui travaillent sur des moteurs, la capacité à déterminer la quantité de courant consommée par un moteur quand il démarre permet de mieux connaître l'état et la charge du moteur. Les pinces multimètres Fluke 335, 336 et 337 comportent une fonctionnalité de mesure des courants « de démarrage ». Après avoir installé les mâchoires autour d'un des conducteurs d'entrée du moteur, activez le mode « courant de démarrage ». Ensuite, allumez le moteur. L'écran de la pince multimètre indiquera le courant maximal consommé par le moteur au cours des 100 premières millisecondes de son cycle de démarrage.

Sécurité de la pince multimètre

Pour réaliser des mesures en toute sécurité, il faut d'abord choisir un multimètre adapté à l'environnement dans lequel il sera utilisé. Après avoir soigneusement choisi le multimètre, veuillez suivre des procédures de mesure appropriées.

La Commission Electrotechnique Internationale a établi de nouvelles normes de sécurité pour le travail sur les systèmes électriques. Veillez à utiliser un appareil conforme à la catégorie CEI et à la valeur nominale de tension approuvée pour l'environnement dans lequel la mesure doit être réalisée. Par exemple, si une mesure de tension doit être réalisée sur un panneau électrique de 480 V, un multimètre de catégorie III 600 V est nécessaire. Le circuit d'entrée du multimètre a été conçu de manière à supporter sans danger pour l'utilisateur des transitoires généralement présentes dans cet environnement électrique. Choisir un multimètre doté d'une valeur nominale adaptée, également conforme aux normes UL, CSA, VDE ou TÜV signifie qu'il a non seulement été conçu en conformité avec les normes CEI, mais aussi testé et certifié conforme par un organisme indépendant. (Voir les tests indépendants).

Liste de vérification de sécurité

  • Utilisez un multimètre conforme aux normes de sécurité acceptées pour l'environnement dans lequel il est utilisé.
  • Inspectez les cordons de mesure pour vous assurer qu'ils sont en parfait état avant d'effectuer une mesure.
  • Utilisez le multimètre pour vérifier la continuité des cordons de mesure.
  • Utilisez uniquement des cordons de mesure équipés de connecteurs blindés et de protège-doigts.
  • Utilisez uniquement des multimètres équipés de jacks d'entrée encastrés.
  • Vérifiez que l'appareil est en bon état de fonctionnement.
  • Commencez toujours par déconnecter le cordon de mesure de phase (rouge).
  • Ne travaillez pas seul.
  • Utilisez un multimètre doté d'une protection contre la surcharge sur la fonction de résistance ohmique.

Fonctions spéciales

Les caractéristiques et fonctions spéciales suivantes peuvent faciliter l'utilisation de votre pince multimètre.

  • Avec les indicateurs (affichage d'icônes), vous voyez en un coup d'œil ce qui est mesuré (volts, ohms, etc.).
  • Le gel de l'affichage permet de figer la valeur affichée.
  • Le fonctionnement par simple commutation facilite la sélection des fonctions de mesure.
  • La protection contre la surcharge évite d'endommager le multimètre et le circuit, tout en protégeant aussi l'utilisateur.
  • La gamme automatique sélectionne la gamme de mesure appropriée. La sélection manuelle de gamme vous permet de verrouiller une gamme spécifique pour des mesures répétitives.
  • Indicateur de pile faible.

Les tests des laboratoires indépendants sont la clé de la conformité aux normes de sécurité.

Comment savoir si votre multimètre est réellement certifié CAT III ou CAT II ? Ce n'est malheureusement pas toujours facile à savoir. Un fabricant peut certifier lui-même ses multimètres pour la CAT II ou la CAT III sans aucune vérification d'un laboratoire indépendant. Méfiez-vous des formulations du type « Conçu pour répondre aux normes... ». Les intentions des concepteurs ne sauraient se substituer à de véritables tests indépendants. *La Commission électrotechnique internationale (CEI) élabore et propose des normes, mais elle n'est pas chargée de les faire appliquer.

Recherchez sur votre instrument le symbole et la certification d´un laboratoire de test indépendant tel qu'UL, CSA, TÜV ou de tout autre organisme d'homologation agréé. Le symbole ne figurera sur l'appareil que s'il a réussi les tests de conformité à la norme de l'organisme d'homologation, basée sur des normes nationales/internationales. La norme UL 3111, par exemple, est basée sur la norme IEC 1010. Dans un monde loin d'être parfait, il s'agit de la garantie la plus fiable dont vous disposez pour vous assurer que le multimètre choisi a réellement été testé et déclaré conforme aux normes de sécurité.

Avertissement : Les valeurs nominales et les fonctions des multimètres varient d'un fabricant à l'autre. Avant d'utiliser un nouveau multimètre, veillez à vous familiariser avec toutes les procédures de fonctionnement et de sécurité mentionnées dans le manuel d'utilisation de l'appareil.

Glossaire

Précision. Indique le degré de proximité de la mesure affichée par rapport à la valeur réelle du signal mesuré. Exprimée en pourcentage du relevé ou en pourcentage de la pleine échelle.

Multimètre analogique. Instrument utilisant un mouvement d'aiguille pour indiquer la valeur d'un signal mesuré. L´utilisateur juge le relevé en fonction de la position de l'aiguille sur une échelle.

Indicateur. Symbole qui identifie une gamme ou une fonction sélectionnée.

Multimètre à réponse moyenne. Multimètre mesurant avec précision les formes d'onde sinusoïdales, et les formes d'onde non sinusoïdales avec moins de précision.

Forme d'onde non sinusoïdale. Une forme d'onde déformée, par exemple un train d'impulsions, des ondes carrées, triangulaires ou en dents de scie, et des pics.

Résolution. Le degré de précision avec lequel les changements mineurs d'une mesure peuvent être affichés.

RMS. Valeur de courant continu équivalente d'une forme d'onde de courant alternatif.

Forme d'onde sinusoïdale. Une onde sinusoïdale pure sans déformation.

Multimètre TRMS. Multimètre mesurant avec précision à la fois les formes d'onde sinusoïdales et non sinusoïdales.

¹Reportez-vous au b.a.-ba de la sécurité des multimètres pour en savoir plus sur la norme IEC-1010 et son application à l'utilisation des multimètres.