Mesure et détection des très faibles tensions

1. Précautions à prendre

1.1 Couples thermoélectriques

1.2 Boucles de masse

1.3 Couplages magnétiques

1.4 Couplages électrostatiques

1.5 Bruit de la source à mesurer

1.6 Réjection de mode série, réjection de mode commun

1.7 Illusion des mesures numériques

1.8 Cas particulier des piles étalons

2. Tensions continues

2.1 Amplificateur de tension

2.1.1 Amplificateur galvanométrique

2.1.2 Amplificateur de tension différentiel

2.2 Détecteur de zéro. Microvoltmètre

2.2.1 Principe de fonctionnement

2.2.2 Performances. Emploi

2.3 Nanovoltmètre

2.3.1 Principe de fonctionnement

2.3.2 Caractéristiques essentielles. Emploi

2.4 Pont potentiométrique

2.5 Voltmètre différentiel analogique

2.5.1 Principe de fonctionnement

2.5.2 Caractéristiques essentielles. Emploi

2.6 Voltmètre numérique

3. Tensions alternatives

3.1 Amplificateur de tension

3.2 Amplificateur à détection synchrone

3.2.1 Principe de fonctionnement

3.2.2 Caractéristiques essentielles

3.3 Détecteur de zéro

3.3.1 Caractéristiques techniques

3.3.2 Emploi

3.4 Micropotentiomètre

3.4.1 Principe de fonctionnement. Emploi

3.4.2 Performances

3.5 Voltmètre analogique

3.5.1 Voltmètre sensible à la valeur efficace

3.5.2 Voltmètre analogique sensible à la valeur moyenne

4. Évolution

Pour en savoir plus

Le présent article a pour but de proposer des solutions concrètes aux manipulateurs qui, dans l’industrie ou les laboratoires d’essais, se trouvent confrontés à la mesure ou à la détection de très faibles tensions. Le domaine concerné va de la fraction de microvolt à la centaine de microvolts, en courant continu et en courant alternatif (de 5 Hz à 1 MHz).

Détection ou mesure ? Détecter, c’est déceler un signal dont l’existence était cachée. Mesurer, c’est déterminer, en grandeur et en signe, le signal détecté.

La détection suffit quand il s’agit de compenser ou d’annuler une tension, en agissant sur un potentiomètre par exemple. La mesure s’impose dès qu’il s’agit de recueillir une information pour l’exploiter.

Les moyens à mettre en oeuvre étant pratiquement les mêmes, nous traiterons, sauf exception signalée, du cas plus général de la mesure.

Mesurer des tensions de l’ordre du microvolt implique, dans tous les cas, l’emploi d’un amplificateur. Quelquefois, cet amplificateur est utilisé comme tel, c’est-à-dire comme un instrument dont l’entrée est réunie à la tension à mesurer et la sortie à un voltmètre. Le plus souvent, la tension est directement branchée aux bornes de l’appareil de mesure ; dans ce cas, l’amplificateur est incorporé à l’appareil, entre ses bornes d’entrée et son indicateur analogique ou numérique.

L’inventaire des moyens de mesure qui est présenté va donc accorder une plus large place aux différents types d’amplificateurs commercialisés, à leurs performances et à leurs domaines d’emploi.

Le lecteur s’apercevra qu’il est relativement aisé d’obtenir, par amplification, un niveau de tension mesurable par des moyens courants.

Toutefois, la règle fondamentale applicable à toute mesure voit son importance accrue lorsqu’il s’agit de mesurer de très faibles tensions : l’insertion d'un appareil de mesure dans un circuit perturbe toujours ce circuit ; la grandeur mesurée est donc (indépendamment des autres sources d’erreurs) une image plus ou moins fidèle de sa vraie valeur. Il convient donc de savoir apprécier objectivement l’importance relative de la perturbation apportée ; c’est pourquoi, outre les moyens et les méthodes à employer, le lecteur trouvera des informations quant aux précautions à prendre et aux exactitudes qu’il est raisonnable d’attendre dans des conditions bien définies.

Enfin, pour des informations plus techniques concernant les différents appareils présentés, le lecteur pourra consulter les articles spécifiques de ce traité ainsi que ceux mentionnés dans la fiche documentaire [Doc. R 985].