5.11 L'ampèremètre

a) circuit de base

            L'ampèremètre est un appareil utilisé pour mesurer des courants. Son symbole comprend, comme pour tout appareil de mesure, un cercle, dans lequel apparaît la lettre A pour ampèremètre; associée à ce symbole est la résistance interne R_A de l'ampèremètre, indiquée explicitement, comme toujours. Il est composé d'un galvanomètre de type Weston, représenté par un cercle comprenant la lettre G , et une résistance R_G indiquée explicitement, dont l'aiguille indique une déviation angulaire proportionnelle au courant I_G qui le traverse, et d'une résistance de dérivation, dite résistance de shunt, R_S placée en parallèle avec elle. La résistance de l'ampèremètre est donc la résistance équivalente des résistances en parallèle.

            La tension V_Vm maximale à ses bornes est

donnée par le produit de sa résistance interne fois le courant I_Gm correspondant à une déviation maximale d'aiguille sur le galvanomètre. Elle est égale à la tension aux bornes de la résistance de shunt, en parallèle, et aux bornes de la résistance de l'ampèremètre, équivalente. Le courant I_Am

se divise donc en un courant I_Gm et un courant I_Sm maximal. Cette valeur détermine l'échelle. Si le courant maximal dans l'ampèremètre est de 100 mA, l'échelle est de 0 - 100 mA.

b) rôle du commutateur lors du changement d’échelles

            La résistance de shunt R_S peut être variée à l'aide d'un commutateur, ce qui permet de changer d'échelles. Le commutateur agit alors sur la branche du galvanomètre en même temps que sur la branche de shunt, de telle sorte que le courant lancé dans l'ampèremètre ne passe jamais entièrement dans le galvanomètre, dont la résistance brûlerait vu le courant trop fort.

c) circuit de base avec échelles multiples

Si un galvanomètre, dont l'aiguille indicatrice dévie complètement pour un courant de 10 mA et dont la résistance interne est de 36 Ω, est utilisé pour former un ampèremètre dont l'échelle est de 0 - 100 mA, il s'ensuit de l'équation (5.11.1) que la tension à ses bornes est de 36Ω fois 10mA, soit de 360mV. Puisque le courant alors lancé dans l'ampèremètre est de 100mA, il s'ensuit de cette même équation que sa résistance interne doit être de 360mV divisée par 100mA, soit de 3,6Ω. Puisque le courant total est de 100mA alors que celui de la branche du galvanomètre est de 10mA, il s'ensuit de l'équation (5.11.2) que le courant dans la branche de shunt est de 90mA. Il s'ensuit alors de l'équation (5.11.1) que la valeur de la résistance de shunt est de 4Ω puisque la tension à ses bornes est de 360mV. Si le même galvanomètre est utilisé pour former un ampèremètre dont l'échelle est de 0 - 250 mA, la résistance interne de l'ampèremètre doit être de 360mV/250mA, soit 1,44Ω, le courant dans la branche de shunt, de 250mA moins 10mA, soit 240mA, et la résistance de shunt, de 360mV/240mA, soit 1,5Ω.

d) mode d’utilisation et effet de l’ampèremètre

            L'ampèremètre mesure le courant qui le traverse. Il doit donc être placé en série juste avant ou juste après l'élément dont il doit mesurer le courant, sans qu'il se trouve entre eux d'embranchement, comme le courant qui le traverse est alors celui de l'élément en question. La mesure est indiquée directement sur son cadran par la pointe de l'aiguille de son galvanomètre. L'ampèremètre demande une tension à ses bornes pour faire dévier l'aiguille de son galvanomètre, et ainsi indiquer le courant qui le traverse. Cette tension doit provenir du réseau électrique dont il fait maintenant partie. Or le réseau électrique dont nous désirons vraiment mesurer le courant ne comprend pas cet ampèremètre. Il s'ensuit que le circuit mesuré n'est pas celui désiré. L'introduction de l'ampèremètre modifie donc le réseau. Cet effet est d'autant moins important que la tension demandée par le galvanomètre est faible comparée à celle qui trouvée dans l'élément avec lequel il est en série. À la limite, cet effet est négligeable.