Classification des instruments de mesure

Instruments de mesure : Définition, classification et caractéristiques

Un instrument de mesure est un dispositif utilisé pour quantifier des grandeurs physiques et électriques. Le concept de mesure implique fondamentalement la comparaison de deux grandeurs qui partagent la même unité. L'une de ces grandeurs a une magnitude inconnue, qui est ensuite comparée à une valeur standard prédéfinie. Grâce à cette comparaison, un résultat numérique est obtenu, représentant la valeur mesurée de la grandeur inconnue.

Les instruments de mesure peuvent être classés en trois types principaux :

• Instruments électriques

• Instruments électroniques

• Instruments mécaniques

Les instruments mécaniques sont principalement conçus pour mesurer des grandeurs physiques. Ils sont bien adaptés aux applications impliquant des conditions statiques et stables. Cependant, leur limitation réside dans leur incapacité à répondre efficacement aux conditions dynamiques ou changeantes rapidement. Par exemple, ils ne peuvent pas capturer avec précision les événements transitoires ou les fluctuations des paramètres physiques.

En revanche, les instruments électroniques offrent un avantage significatif avec leurs temps de réponse rapides. Comparés aux instruments électriques et mécaniques, ils peuvent détecter et réagir rapidement aux changements de la grandeur mesurée. Cela les rend idéaux pour les applications nécessitant une surveillance et une mesure en temps réel de phénomènes variant rapidement.

Les instruments électriques sont spécifiquement conçus pour mesurer des grandeurs électriques telles que le courant, la tension et la puissance. Des exemples d'instruments de mesure électrique incluent l'ampèremètre, le voltmètre et le wattmètre. L'ampèremètre est utilisé pour mesurer le courant électrique en ampères, le voltmètre sert à mesurer la tension, et le wattmètre est utilisé pour déterminer la puissance électrique. La classification des instruments électriques repose souvent sur les méthodes utilisées pour afficher ou représenter la lecture de sortie. Différents instruments peuvent utiliser des cadrans analogiques, des affichages numériques ou d'autres moyens pour transmettre les valeurs mesurées, chacun ayant ses propres avantages et applications en fonction des exigences spécifiques de la tâche de mesure.

Types d'instruments électriques

Dans cet article, nous explorerons les différents types d'instruments électriques, chacun avec ses caractéristiques uniques et ses applications.

Instruments absolus

Un instrument absolu détermine la valeur d'une grandeur mesurée sur la base de constantes physiques. Ces constantes physiques peuvent inclure des paramètres tels que l'angle de déviation, des degrés spécifiques ou des constantes de mètres. Pour obtenir la valeur de la grandeur mesurée à partir d'un instrument absolu, des calculs mathématiques sont généralement nécessaires pour interpréter la relation entre la constante physique observée et la grandeur mesurée.

Un exemple emblématique d'instrument absolu est le galvanomètre tangentiel. Dans ce dispositif, la magnitude du courant passant par sa bobine est calculée en utilisant la tangente de l'angle de déviation de la bobine, ainsi que des facteurs tels que la composante horizontale du champ magnétique terrestre, le rayon de la bobine et le nombre de spires. En raison de leur dépendance à des relations physiques précises et de la nécessité de calculs détaillés, les instruments absolus sont couramment utilisés dans les laboratoires où des mesures précises et fondamentales sont essentielles.

Instruments secondaires

Les instruments secondaires affichent la magnitude de la grandeur mesurable par déviation. Pour une mesure précise, le calibrage de ces instruments contre un instrument standard est crucial. Contrairement aux instruments absolus, les instruments secondaires fournissent une sortie directe, éliminant la nécessité de calculs mathématiques complexes pour déterminer la valeur mesurée. Cette simplicité les rend très pratiques pour une large gamme de tâches de mesure quotidiennes.

Instruments numériques

Les instruments numériques présentent leur sortie sous forme numérique, offrant plusieurs avantages par rapport à leurs homologues analogiques. L'un des principaux avantages est une plus grande précision, car les lectures numériques éliminent le potentiel d'erreur humaine associé à la lecture des échelles analogiques. Cela fait des instruments numériques des choix particulièrement appropriés pour des applications où la précision est primordiale, comme dans la recherche scientifique, l'ingénierie et le contrôle qualité industriel.

Instruments analogiques

Les instruments analogiques se caractérisent par une sortie qui varie de manière continue. Ils comportent généralement un pointeur qui se déplace le long d'une échelle graduée pour indiquer la magnitude de la grandeur mesurable. Les instruments analogiques peuvent être classés en deux sous-types :

Instruments de type nul

Les instruments de type nul utilisent une déviation nulle ou zéro pour indiquer la magnitude de la grandeur mesurée. Ces instruments sont connus pour leur haute précision et sensibilité. Ils fonctionnent sur le principe de la comparaison d'une grandeur connue avec une grandeur inconnue. Lorsque les valeurs de la grandeur connue et inconnue sont égales, le pointeur de l'instrument montre une déviation nulle ou zéro. Les instruments de type nul sont couramment utilisés dans les potentiomètres et les galvanomètres pour identifier précisément les points nuls, qui sont essentiels pour des mesures précises dans diverses applications électriques et électroniques.

Instruments de type déviation

Les instruments de type déviation déterminent la valeur de la grandeur mesurée en fonction de la déviation d'un pointeur. Lorsque la grandeur mesurée agit sur l'instrument, elle provoque la déviation du pointeur du système mobile (qui est monté sur une échelle graduée). En observant la position du pointeur sur l'échelle, on peut déterminer la magnitude de la grandeur mesurée.

Les instruments de type déviation peuvent être subdivisés en trois catégories :

• Instruments indicateurs : Ces instruments sont conçus pour afficher directement la magnitude de la grandeur mesurée. Ils comportent généralement un cadran avec un pointeur qui se déplace sur une échelle graduée. Des exemples d'instruments indicateurs incluent les voltmètres, les ampèremètres et les wattmètres, qui sont largement utilisés pour la surveillance et la mesure des paramètres électriques dans divers circuits et systèmes.

• Instruments intégrateurs : Les instruments intégrateurs sont utilisés pour mesurer l'énergie totale fournie sur une période spécifique. L'énergie totale mesurée par ces instruments est calculée comme le produit du temps et de la grandeur électrique mesurée. Des exemples courants d'instruments intégrateurs sont les compteurs d'énergie, les wattheures, qui sont essentiels pour facturer avec précision les consommateurs pour l'énergie électrique qu'ils consomment.

• Instruments enregistreurs : Les instruments enregistreurs sont utilisés pour documenter les conditions du circuit à intervalles réguliers. Ils comportent généralement un système mobile qui porte un stylo ou une pointe, qui touche légèrement une feuille de papier ou un autre support d'enregistrement. Lorsque la grandeur électrique mesurée change, le mouvement de la bobine est tracé sur le support d'enregistrement, créant une courbe qui illustre la variation de la grandeur électrique au fil du temps. Cette représentation graphique est inestimable pour analyser les tendances, diagnostiquer les problèmes et surveiller les performances des systèmes électriques.

Comparativement aux instruments électriques et mécaniques, les instruments électroniques présentent généralement des temps de réponse significativement plus rapides. Cette réponse rapide leur permet de détecter et de réagir rapidement aux changements des grandeurs électriques, ce qui les rend hautement adaptés aux applications nécessitant une surveillance et une analyse en temps réel, telles que dans les systèmes d'acquisition de données à haute vitesse, les systèmes de contrôle et les technologies de communication modernes.