Comment construire un Ohmmètre USB de précision

Comment construire un Ohmmètre USB de précision

On nous demande de temps à autre comment mesurer une résistance par USB à l'aide d'un module Yoctopuce, puisque nous n'avons pas créé de module Yocto-Ohm. Nous allons donc vous expliquer comment utiliser d'autres modules existants pour mesurer facilement des résistances. Vous verrez que non seulement c'est possible, mais qu'on peut obtenir une excellente précision.


Produits Yoctopuce qui mesurent une résistance


Il y a deux produits Yoctopuce qui fonctionnent sur la base d'une mesure de résistance.

Le premier est le Yocto-MaxiThermistor, qui possède six entrées indépendantes pour mesurer des résistances. Le module est surtout destiné à mesurer des résistances thermosensibles, car il est capable d'en déduire la température par application d'une table de conversion, mais il peut aussi être simplement utilisé pour mesurer des résistances classiques et retourner la valeur en Ohms, pour autant que la plage de mesure désirée corresponde: entre 1 KΩ et 10KΩ on obtient des mesures avec une précision d'environ 2‰, et plus généralement entre 100Ω et 500KΩ on obtient des mesures de résistance avec une précision de 1%.

Entre 10Ω et 350Ω, on peut obtenir une précision bien supérieure à l'aide du Yocto-PT100. Grâce à l'utilisation de composants de référence plus précis, il est capable d'une précision de 1‰ sur cette plage, et même 0.1‰ autour de 100Ω, soit une erreur inférieure à 0.01Ω seulement. Pour atteindre ce genre de précision, il faut utiliser un cablâge à 4 fils, comme décrit dans le manuel du Yocto-PT100, car sinon la résistance des fils eux-même affecte la mesure au delà de la précision requise. Notez que le Yocto-PT100 n'est pas prévu pour retourner directement une valeur en Ohm, mais seulement une température. Pour lire la résistance mesurée, il faut donc utiliser la méthode get_signalValue() et non get_currentValue()

Mesure de résistance de précision sur une plage plus large


Une manière simple et efficace pour mesurer une résistance consiste à faire circuler un courant connu à travers et mesurer la tension aux bornes de la résistance. De là, la loi d'Ohm permet de calculer la résistance. C'est ce que font les deux produits que nous avons mentionné précédemment.

Une variante de cette méthode consiste à appliquer une tension aux bornes d'un ensemble de résistances dont les valeurs sont connues avec précision, sauf une, et de mesurer le rapport entre la tension aux bornes de la résistance inconnue Rx par rapport à la tension totale:

Mesure de résistance relative
Mesure de résistance relative


Pour cela, l'idéal est d'utiliser un convertisseur ratiométrique, c'est-à-dire qui mesure avec précision un rapport de tension. C'est exactement ce que fait le Yocto-Bridge, grâce à un convertisseur ratiométrique à 32 bits. En utilisant des résistances de référence de précision, on peut ainsi obtenir une mesure de très haute qualité:

Raccordement du Yocto-Bridge pour une mesure de résistance
Raccordement du Yocto-Bridge pour une mesure de résistance


Le Yocto-Bridge fournit la source de tension, qu'il est même capable d'alterner pour annuler des erreurs causées par les variations de température à l'intérieur du circuit. Des filtres numériques intégrés dans le convertisseur ratiométrique permettent ainsi de mesurer avec précision des tensions inférieures à 0.1µV/V. Cela signifie que même en utilisant des résistances de référence de 1MΩ par exemple, on va pouvoir mesurer des résistance jusqu'à 1Ω. Et comme la mesure est ratiométrique, une précision de 1‰ sur les résistances de référence permet d'obtenir une précision équivalente sur la mesure, presque indépendamment de la grandeur de la résistance mesurée.

En pratique il sera bien sûr mieux d'utiliser des résistances de référence de 1 KΩ si l'on désire mesurer la résistance de fils électriques par exemple, pour obtenir le maximum de précision, et de garder la valeur de 1 MΩ pour des mesures entre 5Ω et 1MΩ. Si une plage plus large est nécessaire, par exemple de 0.001Ω à 10MΩ, on peut ajouter un Yocto-Relay pour sélectionner automatiquement la résistance de référence à utiliser.

Exemple pratique


Voilà donc à quoi ressemble notre Ohmmètre USB:

Notre Ohmmètre USB, fabriqué en 10 minutes
Notre Ohmmètre USB, fabriqué en 10 minutes



Au niveau logiciel, pour obtenir la valeur de la résistance, de la résistance, on utilise la relation suivante:

Formule de calcul de résistance par mesure ratiométrique
Formule de calcul de résistance par mesure ratiométrique


La mesure ratiométrique en µV/V peut être obtenue en appelant la méthode get_signalValue() du genericSensor1 présent sur le Yocto-Bridge. Pour obtenir le maximum de précision, il est recommandé en plus de:

  • configurer la plage de mesure désirée, afin que le Yocto-Bridge puisse configurer l'amplificateur de signal en entrée de manière optimale
  • recalibrer le zéro de temps à autres, en court-circuitant l'entrée ratiométrique au plus proche du Yocto-Bridge
  • désactiver la fonction de zero-tracking afin que l'ohmmètre n'essaie pas de se retarer tout seul lorsqu'on mesure des résistances très faible.

Pour mesurer des résistances inférieures à 10Ω, une précaution supplémentaire est nécessaire: il faut soustraire la résistance des fils de mesure. En effet, l'astuce d'utiliser quatre fils comme on le fait pour les Pt100 ne fonctionne pas pour une mesure ratiométrique, car la tension de référence est forcément mesurée à l'origine. Donc le plus simple est de connecter les deux fils de sonde ensemble pour mesurer la résistance des fils de sonde eux-même, de stocker cette valeur et de la soustraire ensuite aux mesures:

Annulation de la résistance de la sonde elle-même
Annulation de la résistance de la sonde elle-même



Comme exemple, nous vous avons fait une petite page HTML/JavaScript qui réalise ces quelques fonctions pour implémenter un Ohmmètre numérique. Voici le résultat:

Interface complète pour notre Ohmmètre USB de précision
Interface complète pour notre Ohmmètre USB de précision


Vous trouverez le fichier source, construit sur le modèle de notre petit tutoriel de la semaine précédente, sur Github.

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