Comment faire une pince ampèremétrique USB

Comment faire une pince ampèremétrique USB

Il y a quelques années, nous vous avons montré comment utiliser un Yocto-milliVolt-Rx pour effectuer des mesures de courant continu, en mesurant la très faible tension aux bornes d'une résistance shunt. Plus récemment, on s'est dit qu'il pourrait être utile d'étendre ce scénario à la mesure de courants forts alternatifs à l'aide d'un petit transformateur de courant en anneau, de type ampèremétrique.


En effet, pour la mesure de courants forts, l'utilisation d'un shunt est vite limitée en raison de l'échauffement produit par le passage du courant. Par contre, pour le courant alternatif, on peut très facilement faire une mesure par induction à l'aide du principe d'un transformateur:



Mesure de courant AC par induction
(source: Biezl CC BY 3.0)


On trouve facilement ce genre de transformateurs dans le commerce, même sous forme de pince ampèremétrique qui peut s'ouvrir et se refermer autour d'un fil. Il existe des pinces avec une sortie spécifiée en tension - comme celle de gauche ci-dessous, spécifiée pour fournir en sortie 0.1mV par ampère, jusqu'à 30mV/300A - et d'autres avec une sortie spécifiée en courant, comme celle de droite, spécifiée pour fournir 0.5mA par ampère, jusqu'à 50mA/100A.


Pince ampèremétrique 300A, avec sortie en tension Clips ampèremétrique 100A, avec sortie en courant
Différentes pinces ampèremétriques du commerce


Lorsque la sortie est en courant, il faut impérativement y connecter une petite résistance en guise de charge pour pouvoir mesurer la sortie, sinon le courant ne peut pas circuler. La charge doit être adaptée aux spécifications du circuit secondaire pour que la mesure reste précise sur toute la plage. Et au final, on mesure la tension aux bornes de la résistance, ce qui nous remet dans le cas d'une sortie en tension :-)

Mesure de faibles tensions alternatives


On est donc ramené à la mesure d'une faible tension proportionnelle au courant à quantifier, mais il s'agit cette fois d'une tension alternative. Voici par exemple à quoi ressemble la sortie de notre pince ampèremétrique pour une charge résistive de 1A environ:

Sortie de notre pince ampèremétrique
Sortie de notre pince ampèremétrique


On pourrait imaginer utiliser un Yocto-Volt pour la mesurer, mais il n'est pas très précis pour les très faibles tensions, en particulier en alternatif. Nous avons donc préféré étendre le firmware du Yocto-milliVolt-Rx et du Yocto-milliVolt-Rx-BNC pour qu'ils soient capables de mesurer des tensions alternatives. Si vous installez le firmware 50047 ou plus récent sur votre module, vous y trouverez dans le panneau de configuration une nouvelle option d'échantillonnage:

Configuration de l'échantillonnage AC
Configuration de l'échantillonnage AC


Notez que l'échantillonnage AC est basé sur un suréchantillonnage à 600Hz, et est conçu pour donner des bons résultats avec les fréquences de 50Hz ou 60Hz que l'on trouve sur le secteur. Il ne fonctionnera pas bien pour les fréquences supérieures, ni pour les fréquences qui ne sont pas des multiples de 10Hz. Néanmoins, pour les fréquences du secteur, vous obtiendrez une mesure très correcte. En configurant la correspondance tension/primaire de votre transformateur ampèremétrique, le Yocto-milliVolt-Rx vous donnera une lecture directe du courant circulant dans le fil.

Choix des conducteurs mesurés


La mesure par un anneau transformateur prend en compte le courant circulant dans la totalité des fils passant dans l'anneau, mais en tenant compte de la direction du courant. En général, on y met donc soit la phase, soit le neutre, mais pas les deux car sinon les champs s'annulent puisque le sens du courant dans ces deux fils est opposé.

Il y a une exception intéressante à signaler: en mesurant simultanément la phase et le neutre (mais sans la terre de protection), on mesure en réalité les courants de fuite du système (courants de terre). Si la valeur est non-nulle, c'est que du courant s'échappe par ailleurs. C'est le principe utilisé dans les disjoncteurs différentiels pour couper le courant en cas d'électrocution.

Quelques conseils

Pour conclure, quelques conseils si vous voulez utiliser cette solution.

Attention, contrairement aux Yocto-Volt, Yocto-Amp et Yocto-Watt, qui sont conçus pour fournir une isolation de sécurité, le Yocto-milliVolt-Rx ne fournit qu'une isolation fonctionnelle. Il ne faut donc en aucun cas le raccorder directement à une tension dangereuse, comme par exemple à un shunt sur le secteur. Pour tous les montages décrits dans cette article, l'isolation de sécurité vient du transformateur de courant, qui fournit une isolation renforcée.

Courants parasites induits: Prenez garde à ne pas fausser votre mesure en faisant passer les fils reliant la sortie du transformateur et le Yocto-milliVolt-Rx à proximité de transformateurs ou de câbles rayonnant du 50Hz. L'utilisation d'un câble coaxial avec le Yocto-milliVolt-Rx-BNC comme ci-dessous réduit le risque, et facilite le raccordement:

Notre pince ampèremétrique USB
Notre pince ampèremétrique USB


Mesure de puissance: Si votre objectif est de mesurer la puissance ou l'énergie consommée, n'oubliez pas qu'en courant alternatif la puissance n'est pas toujours égale au produit du courant et de la tension nominale: si la charge est inductive, il faut une mesure synchrone de la tension et du courant pour calculer la puissance. Dans ce cas, utilisez plutôt un véritable compteur d'énergie avec sortie RS485 pour une mesure de plus haute qualité.

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