Quelques faits sur les mesures TRMS

Par Chuck Newcombe

Il y a quelque temps, un jeune de mon entourage m'a demandé : « Comment faisiez-vous pour mesurer la tension AC avec précision quand les multimètres numériques TRMS n'existaient pas ? ». Je lui ai répondu « très prudemment », et c'était vrai !

En 1961, lorsque j'ai commencé à travailler dans un laboratoire de mesures normalisées, j'avais à disposition trois types de multimètres de précision RMS. Les trois types disponibles étaient tous analogiques : le multimètre électrodynamique, le multimètre ferromagnétique et le multimètre thermocouple. Ils étaient tous très fragiles et nécessitaient une utilisation prudente pour obtenir des mesures précises et éviter d'endommager les installations. Ils avaient également un temps de réaction lent et ajoutaient une charge importante sur le circuit mesuré.

C'est bien différent aujourd'hui grâce aux divers multimètres numériques et leur capacité de mesure AC TRMS. Les multimètres actuels sont robustes, répondent rapidement, sont plus sensibles et présentent des résultats faciles à lire sur un affichage numérique. Mais il existe quelques subtilités que vous devez prendre en considération avant d'utiliser un multimètre numérique TRMS.

Aujourd'hui, la plupart des multimètres numériques mesurent le signal TRMS couplé AC, en rejetant la composante DC, si elle est présente. Quelques modèles, comme le Fluke 189, proposent une option supplémentaire pour mesurer AC+DC TRMS, ce qui calcule la valeur RMS totale avec la composante DC. Pourquoi cette différence ? Quand devez-vous utiliser un modèle plutôt que l'autre ?

Dans un système d'alimentation électrique fonctionnant correctement, alimenté par des transformateurs, seul du courant AC doit être présent. La mesure couplée AC proposée par la plupart des multimètres numériques est donc adaptée. Si une diode est défectueuse dans un circuit redresseur d'entraînement de moteur, il est généralement plus efficace de détecter la panne en réalisant une mesure avec la fonction de tension DC qui rejette la composante DC.

Ensuite, prenons l'exemple d'un signal audio que vous souhaitez tracer dans un circuit amplificateur. Ce signal peut exister sur le collecteur du transistor, où un courant de polarisation DC est également présent. Ici encore, lorsque vous souhaitez séparer les composantes AC et DC, le mode couplé AC du multimètre numérique est le plus adapté.

En revanche, il vaut mieux mesurer AC+DC dans le cas d'une sortie d'une alimentation DC non filtrée, où une tension d'ondulation AC est présente sur le signal DC. Un chauffage résistif ou une lampe incandescente connectés à une telle alimentation répondront à l'énergie totale disponible, une mesure AC+DC indiquera donc plus précisément comment la charge peut réagir.

Que pouvez-vous faire si vous ne disposez que d'une capacité de mesure RMS couplée AC dans votre multimètre numérique et que vous souhaitez mesurer l'énergie AC et DC combinée ? Apportez votre calculette.

Vous pouvez d'abord mesurer la tension AC, puis la tension DC et enregistrer ces deux valeurs. Ensuite, mettez ces deux valeurs au carré et additionnez-les. Enfin, calculez la racine carrée de la somme obtenue et vous obtiendrez la valeur AC+DC TRMS du signal.

Une variante de cette technique peut être utilisée pour calculer la sortie AC d'un entraînement de moteur électronique, à l'aide de la fonction de filtre passe-bas disponible sur le Fluke 87V.

Le signal qui nous intéresse le plus sur la sortie d'un entraînement est le signal de basse fréquence qui entraîne le moteur. Le filtre passe-bas du Fluke 87V isole ce signal, pour que vous puissiez réaliser des mesures précises de sa fréquence et de sa tension TRMS.

Si vous n'utilisez pas le filtre, vous obtiendrez une mesure bien plus élevée, car le signal mesuré inclura alors toutes les tensions de commutation utilisées pour créer la tension d'entraînement du moteur.

Pour déterminer la valeur RMS de cette différence, suivez la procédure suivante :

1. Mesurez la tension totale et enregistrez cette valeur.
2. Mesurez la tension avec le filtre passe-bas et enregistrez cette valeur.
3. Maintenant, mettez au carré ces deux valeurs, puis soustrayez la deuxième de la première.
4. Enfin, calculez la racine carrée du résultat et vous obtiendrez la valeur TRMS de toute l'énergie excédante qui n'a pas été filtrée, dans la bande passante de l'entrée du multimètre.

Pour les mathématiciens parmi vous, voici les équations utilisées dans les exemples ci-dessus.

V_AC+CC = √ V_AC ² + V_DC ²
V_{Haute fréquence} = √ V_Total ² - V_{Filtre passe-bas} ²

Si vous essayez une de ces méthodes, vous réaliserez que les résultats sont très différents de lorsque vous ajoutez ou soustrayez simplement les mesures initiales. C'est parce que les signaux avec lesquels vous travaillez ne sont pas cohérents, c'est-à-dire qu'ils n'ont pas la même fréquence et la même phase.

Le panneau de votre logement constitue un exemple de cas où les résultats RMS peuvent être ajoutés ou supprimés directement, car la somme des deux branches de 120 V est effectivement 240 V. Ces deux signaux sont cohérents.

Pour en savoir plus sur les mesures TRMS, lisez « Pourquoi des valeurs TRMS ? »