Mise en place d’un laboratoire d’étalonnage : bonnes pratiques pour le câblage et les cordons de mesure

La gestion des câbles joue un rôle important, mais souvent négligé, dans la mise en place d´un laboratoire d´étalonnage. Les câbles et les cordons qui ne sont pas gérés ou entretenus correctement peuvent introduire des incertitudes qui influencent les mesures et, au final, affectent la précision de l´étalonnage.

En fait, une mauvaise gestion des câbles et des cordons est la principale cause d´erreurs de mesure dans le laboratoire. Cependant, la mise en place d´un laboratoire d´étalonnage utilisant les bonnes pratiques en matière de gestion des câbles permet d´éliminer ces erreurs. Dans cet article, nous allons aborder le rôle des câbles et des cordons de mesure dans l´étalonnage, comment les choisir, les bonnes pratiques pour leur maintenance, et bien plus encore.

Quel est le rôle du câblage et des cordons de mesure dans l´étalonnage ?

Les cordons de mesure et les câbles constituent la liaison électrique entre le calibrateur et l´unité testée (UUT). Même si vous ne considérez pas les câbles et les cordons comme des instruments électriques dans un laboratoire d´étalonnage, ils peuvent introduire des variables telles que la résistance, l´inductance et la capacité, ainsi que l´absorption diélectrique, qui peuvent toutes avoir un impact sur les mesures. Les interférences des champs électromagnétiques (CEM) peuvent également être un facteur si le câble n´est pas correctement blindé.

Pour un étalonnage précis, il est essentiel de choisir les bons câbles, cordons et connecteurs et même de gérer les câbles. Un investissement dans les câbles et les connecteurs appropriés peut vous faire gagner des heures sur le dépannage des erreurs de mesure.

Comment choisir les bons câbles et cordons de mesure

En métrologie de précision, vous souhaitez réaliser les connexions les plus simples possibles, à l´aide de connecteurs, d´adaptateurs ou de câbles fabriqués dans les mêmes matériaux. Lorsque vous choisissez les câbles et les cordons de mesure pour la mise en place de votre laboratoire d´étalonnage, plusieurs facteurs doivent être pris en compte. Examinons-les ci-dessous.

1. Choisir le matériau du connecteur

L´aspect le plus important du choix du connecteur est son type de métal. Assurez-vous que le connecteur utilise le même métal que votre câble. En effet, l´utilisation de métaux différents peut entraîner des problèmes tels que des tensions thermiques, en particulier dans les mesures de tension en courant continu de bas niveau. C´est également ce qu´on appelle l´effet Seebeck.

Dans la mesure du possible, choisissez des connecteurs et des câbles en cuivre pur pour réduire les incertitudes liées aux tensions thermiques. Pour de meilleurs résultats, utilisez des connecteurs à faible température, en cuivre au tellurium ou plaqués or et évitez le placage nickel.

2. Choisir les cordons et câbles

Bien que les métrologues utilisent de nombreux types de câbles et de cordons, les trois types les plus courants sont les cordons de raccordement, les sondes de test et les câbles coaxiaux. Examinons chacun des câbles ci-dessous afin de choisir le meilleur type de câble pour votre laboratoire d´étalonnage.

Cordons de raccordement

Les cordons de raccordement sont particulièrement adaptés pour lesmultimètres numériques (DMM), les connexions calibrateur vers UUT et les mesures de transfert. Ils sont généralement dotés du même type de connecteur, souvent une fiche banane, à chaque extrémité. Ils sont faciles à obtenir et vous pouvez facilement les empiler, ce qui vous permet d´effectuer plusieurs connexions si nécessaire.

En général, les jeux bon marché n´ont pas de blindage, ils ne sont donc pas adaptés à certaines mesures de précision. De plus, les faisceaux métalliques à l´intérieur des fiches banane peuvent se desserrer au fil du temps, entraînant des erreurs de mesure.

Sondes de test

Les sondes de test permettent des mesures directes et précises en plaçant la sonde sur un circuit imprimé ou un autre circuit. Elles sont également souvent fournies avec de nombreux accessoires, tels que des pinces crocodiles, offrant davantage d´options de connexion et facilitant, par exemple, la connexion aux zones difficiles d´accès d´un appareil de test. 

Cependant, toutes les sondes de test ne sont pas égales. Les sondes de qualité supérieure sont souvent fournies avec des fonctions de sécurité qui les rendent plus fiables, telles que des protections rétractables et des accessoires de pinces compatibles.

Câbles coaxiaux

Les câbles coaxiaux sont simples à connecter et à gérer et ils offrent généralement une bonne protection, ce qui peut réduire les erreurs de mesure. Ils sont fournis avec de nombreux types d´extrémités de connecteur, comme une fiche droite de type N, BNC ou SMA et sont une bonne option à utiliser lorsque l´UUT est doté d´un connecteur coaxial. Vous pouvez également utiliser un adaptateur pour utiliser des câbles coaxiaux avec des prises banane. 

La plupart des câbles coaxiaux utilisent une tresse à fil fin comme conducteur extérieur et ont une couverture comprise entre 80 % et 98 %. Quelques câbles sur le marché utilisent un blindage par feuille au lieu d´une tresse pour augmenter la couverture à 100 %, mais ils sont plus coûteux et plus susceptibles d´être endommagés. 

Malgré leur couverture élevée et leur facilité d´utilisation, les câbles coaxiaux peuvent également avoir une capacité élevée, ce qui peut réduire la qualité du signal. Certains ont également un rayon de courbure spécifié et l´adhésion à ce rayon de courbure est essentielle pour garantir que vous n´endommagez pas le blindage.

3. Choisir le niveau de blindage correct

Différents types de câblage et de câbles peuvent aider à éviter la captation de signaux indésirables dans le circuit. Bien qu´il n´y ait pas de blindage absolument correct ou incorrect, différents types de blindage sont plus adaptés à certaines situations. Tenez compte de la quantité de blindage nécessaire pour votre application et de l´efficacité du blindage en tenant compte des interférences électrostatiques et magnétiques.

Bonnes pratiques pour la maintenance des câbles et des cordons dans votre laboratoire d´étalonnage

Avant de commencer tout travail d´étalonnage, vous devez considérer votre configuration de câblage comme faisant partie de l´ensemble de la configuration du laboratoire d´étalonnage. Voici les éléments clés à prendre en compte : 

• Sécurité : tous les cordons et câbles que vous utilisez doivent avoir la tension ou le courant nominal adapté à l´application.
• Classifications de catégories : les cordons de mesure ont une catégorie allant de la catégorie I à la catégorie IV. Assurez-vous d´utiliser des cordons de catégorie appropriée.
• Précision : la différence entre la mesure avec un multimètre à 3,5 chiffres ou un multimètre à 8,5 chiffres est significative et les exigences de câblage varient.
• Facteurs environnementaux : Quel est l´environnement dans lequel les cordons seront utilisés ? Est-il contrôlé ? Existe-t-il des influences extérieures, telles que des champs magnétiques ou électrostatiques, qui peuvent avoir un impact sur l´incertitude de mesure ?

Entretien et nettoyage du connecteur

Il est essentiel de maintenir les connecteurs propres et en bon état de fonctionnement pour prendre des mesures précises, ce qui est particulièrement important lors de la prise de mesures de fréquence radio (FR) ou de micro-ondes.

Maintenez l´intérieur des connecteurs propre et exempt de saleté et de débris en utilisant de l´alcool isopropylique, également appelé isopropanol, pour éliminer toute poussière ou contamination. Vous pouvez également utiliser de l´air comprimé provenant d´un aérosol, mais évitez d´utiliser des lignes pressurisées d´usine, car elles peuvent être contaminées par de l´huile provenant du compresseur.

Minimiser l´impact de la température

Si l´utilisation de métaux différents peut provoquer des CEM thermoélectriques, des températures différentes entre les cordons et l´UUT peuvent également entraîner des CEM thermoélectriques. Vous pouvez éviter cela en attendant de prendre des mesures jusqu´à ce que les températures de chaque unité et câble correspondent à la température ambiante de la zone environnante. Vous pouvez également protéger la zone de mesure contre les courants d´air en couvrant les joints et les bornes avec un matériau isolant thermique. De plus, évitez de manipuler les câbles à proximité des joints lors du changement de connexions.

Réduire les rayonnements électromagnétiques ou statiques

Les rayonnements proviennent généralement d´un élément qui peut être présent dans l´environnement, en dehors de la mesure. Il peut inclure le bruit électrique provenant des lignes d´alimentation en courant ou d´autres équipements tels que les moteurs, les ventilateurs de refroidissement ou les unités de climatisation. Les équipements de communication tels que les points d´accès Wi-Fi et même les téléphones portables utilisés dans le laboratoire peuvent également produire des signaux de haut niveau à proximité des instruments, ce qui peut entraîner des problèmes avec les mesures CC à basse fréquence.

Le blindage peut atténuer ces effets et éliminer le rayonnement de l´environnement ou de l´équipement. La plupart des instruments bien conçus sont dotés d´un blindage interne approprié, bien que ce blindage ne soit pas toujours présent sur les modèles moins coûteux. L´utilisation de câbles blindés peut également contribuer à prévenir les rayonnements et à améliorer la précision des mesures.

Bien que le blindage puisse aider à résoudre les problèmes de mesure dus aux rayonnements ou aux interférences électromagnétiques, il est tout aussi important de prendre conscience de l´environnement et de manipuler l´équipement avec précaution.

• Assurez-vous que tous les câbles d´alimentation secteur du laboratoire passent par un conduit métallique mis à la terre.
• Protégez les circuits d´alimentation primaires avec une masse de ligne d´alimentation, protégez les circuits numériques avec le commun d´alimentation numérique et utilisez un blindage local tel qu´un blindage Faraday pour les circuits analogiques sensibles.
• Assurez-vous que les luminaires fluorescents et les LED sont dotés de boîtiers métalliques mis à la terre pour réduire les interférences.
• Faites attention de ne pas garder d´équipements inutiles à proximité pendant les mesures sensibles.

Une façon rapide de vérifier l´absence d´interférence consiste à prendre des mesures de courant alternatif de bas niveau, telles que des mesures en millivolts. Si vous constatez des résultats anormalement élevés, il est possible que vous captiez des interférences. Vous pouvez essayer d´éteindre l´équipement à proximité pour voir si les résultats s´améliorent. Cela peut vous donner une indication sur la source des interférences.

Couplages magnétiques et boucles

Les grandes boucles dans le câblage sont plus susceptibles de capter des interférences que les boucles serrées. Garder les fils proches les uns des autres réduit le différentiel de tension et le risque d´interférence. Les câbles coaxiaux sont particulièrement efficaces, car les conducteurs porteurs de courant fonctionnent de manière concentrique, annulant ainsi les champs électriques et magnétiques. 

Un champ magnétique doit couper une boucle perpendiculairement pour induire du courant, de sorte que l´agencement des cordons à angle droit par rapport au champ magnétique peut minimiser les interférences. Les paires torsadées aident également à réduire la zone de boucle et sont particulièrement utiles pour travailler avec des courants élevés. L´ajout d´un blindage autour des cordons ou leur éloignement des sources potentielles d´interférences peut également contribuer à réduire l´influence du champ magnétique.

Positionnement ou empilage des instruments

Le positionnement de l´instrument, tel que l´empilage, peut également avoir un impact sur les relevés. Par exemple, un instrument tel qu´un transformateur secteur peut émettre des champs magnétiques d´une fréquence de 50 ou 60 hertz, qui peuvent rayonner à travers le boîtier de l´instrument et dans un autre instrument. Si vous obtenez des relevés inhabituels, essayez de réorganiser votre configuration pour voir s´il y a des améliorations.

Mise à la terre

Les boucles de mise à la terre de mauvaise qualité ou non adaptées peuvent entraîner des erreurs de mesure. Une telle configuration peut permettre à une partie du courant de signal de traverser la boucle de terre de sécurité du secteur.

Voici quelques conseils pour réduire le risque de boucles de terre :

• Branchez l´alimentation secteur du calibrateur et de l´UUT dans la même prise.
• Si possible, branchez à un autre circuit tout équipement induisant de grandes quantités de courant dans la prise de terre de sécurité.
• Les interconnexions du système doivent être aussi courtes que possible avec des câbles à faible résistance pour réduire les impédances résistives et réactives. Le câble coaxial est idéal, en particulier pour les signaux FR.
• N´utilisez jamais l´équipement si quelqu´un a retiré la fiche de sécurité ou l´a contourné avec un adaptateur à trois broches. Cela supprime la protection contre les chocs électriques.

Blindage de l´instrument

Le blindage de votre instrument avec quelque chose comme un blindage Faraday garantit que les circuits de mesure sensibles évitent les problèmes de couplage électrostatique ou de couplage de champ électrique. L´utilisation d´un matériau tel que le µ-métal peut également protéger contre les effets magnétiques.

Quels sont les câbles ou cordons de mesure Fluke les mieux adaptés à votre laboratoire d´étalonnage ?

Les meilleurs câbles ou cordons de mesure dépendent du type de mesures que vous réalisez dans votre laboratoire.

Meilleurs câbles pour mesurer la tension CC

Applications à faible résistance : utilisez des câbles à faible tension et à faible champ électromagnétique pour des performances optimales. Les tensions thermiques résultant de métaux différents affectent plus facilement les mesures CC. Nous vous recommandons d´utiliser un fil de cuivre ou une cosse à fourche fermement serrés sur les bornes de raccordement au lieu d´utiliser des prises banane.

Applications à résistance élevée : pour les applications à résistance élevée, utilisez un câble avec une très haute résistance d´isolement et des câbles à fiche banane de haute qualité. Le revêtement en polytétrafluoroétylène est généralement la meilleure option d´isolement.

Meilleurs câbles pour mesurer la tension CA

La capacité du câble a un impact plus important sur les mesures CA, il est donc important de choisir un câble avec la capacité la plus faible possible. Un câble à paires torsadées blindé et isolé de haute qualité d´une capacité inférieure à 20 picofarads par pied fonctionne bien pour minimiser la capacité et empêcher les CEM d´affecter la mesure.

Vous ne devez utiliser des câbles coaxiaux que dans des situations de précision modérée, car les câbles coaxiaux ont une capacité élevée.

Conclusion

La compréhension des facteurs que les cordons de mesure et les connecteurs peuvent introduire dans la précision de vos mesures et de votre étalonnage, et l´atténuation de ces facteurs par le biais de la sélection et de la gestion des câbles, garantit un étalonnage plus précis et évite de nombreux problèmes de mesure potentiels.

Vous souhaitez en savoir plus sur l´importance des câbles et des cordons de mesure pour l´étalonnage ? Consultez ces ressources :