Sommaire | Services Pro | Musiques | Publications | Connectique | Electronique | Logiciels | Divers | Contacts | Liens | Glossaire | Historique

Electronique > Réalisations > Affichage / Mesures > Ohmmètre 001b

Dernière mise à jour : 21/08/2022

Présentation

Le montage présenté ici est une "révision" de l'ohmmètre 001. Il permet d'effectuer 4 mesures de résistance de manière indépendante et simultanée. Deux premières entrées permettent une mesure de résistivité sur la plage 0,01 ohm à 5 ohms, avec une précision de l'ordre de 0,01 ohms. Deux autres entrées permettent une mesure de résistivité sur la plage 1 ohm à 500 ohms, avec une précision d'environ 1 ohm.

Le principe de fonctionnement repose sur la mesure de la tension développée aux bornes d'une résistance de valeur inconnue traversée par un courant constant de valeur connue. Le courant imposé dans chacune des deux premières entrées est de 100 mA, tandis que celui imposé dans les deux autres entrées est de 1 mA. Les tensions obtenues sont lues par le CAN (convertisseur analogique / numérique) d'un microcontrôleur PIC 16F88, modèle certes un peu démodé.

   

Avertissement

Cet ohmmètre n'est pas un appareil de mesure de haute précision. Il permet toutefois de se familiariser avec la mesure de résistances de faible ou très faible valeur... et des principales sources d'erreur.

   

Schéma

Le schéma fait appel à un microcontrôleur de type 16F88 pour l'acquisition des quatre tensions analogiques et leur affichage sur écran LCD après conversion en valeurs de résistance.

   

Principe général de fonctionnement

Il est identique pour les quatre entrées de mesure. Un générateur de courant constant individuel permet d'injecter un courant d'intensité connue dans la résistance de valeur inconnue. En mesurant la tension développée aux bornes de la résistance et en s'appuyant sur la simple loi d'ohm, on en déduit la valeur ohmique de la résistance. Supposons par exemple que l'on dispose d'un courant constant de 1 mA et que la tension lue aux bornes de la résistance parcourue par ce courant est de 6 mV, on en déduit que sa valeur résistive est de :

R = U / I = 0,006 / 0,001 = 6,0 ohms.

Si maintenant on dispose d'un courant constant de 100 mA et que la tension lue aux bornes de la résistance parcourue par ce courant est de 150 mV, on en déduit que sa valeur résistive est de :

R = U / I = 0,150 / 0,100 = 1,5 ohms.

Notre montage dispose donc de deux types de générateurs de courant constant, un premier qui délivre un courant de 1 mA et qui sert aux mesures de résistances comprises entre 0,01 ohm et 5,0 ohms, et un autre qui délivre un courant de 100 mA et qui sert aux mesures de résistances comprises entre 1 ohm et 500 ohms. Dans les deux cas, la tension maximale que l'on peut lire est trop faible pour l'échelle du convertisseur CAN du PIC et il faut l'amplifier. Ici, la tension de référence positive Vref+ du CAN est fixée à 2,5V grâce à la référence de tension MCP1525 (U10). Pour le générateur de courant de 100 mA et avec une résistance de 5 ohms, nous disposons d'une tension de 500 mV. Pour arriver à 2,5 V, on amplifie la tension mesurée dans un rapport x5. Pour le générateur 1 mA et avec une résistance de 500 ohms, nous disposons d'une tension de 500 mV. Pour arriver à 2,5 V, on amplifie la tension mesurée dans un rapport x5. Le programme du PIC traduit ensuite les tensions mesurées en valeurs de résistances, avec dans le premier cas une progression de 1 ohm par demi-volt et dans le second cas une progression de 100 ohms par demi-volt.

   

Générateurs de courant constant

Ici, on fait appel à des résistances (R1, R6, R11, R16) pour définir la valeur des courants constants qui servent à développer une tension de mesure aux bornes des résistances de valeur inconnue (à mesurer). Les courants constants de mesures sont sensés être de précisement 1 mA et 10 mA, mais dans la pratique ils seront sans doute un peu différents. Et qui dit courant différent dans les résistances à mesurer, dit aussi tensions différentes sur ces mêmes résistances. Comme le logiciel du PIC se base sur une valeur exacte de 1 mA ou 10 mA pour traduire la tension mesurée en une valeur ohmique, la valeur affichée sera érronée si le courant réel n'est pas le courant supposé. Mais au fait, pourquoi ces résistances R1, R6, R11, R16 ont-elles ces valeurs ? Tout simplement parce que la tension à leurs bornes est censée être constante et dépend du régulateur de tension employé, ici un LM317. La tension que ce régulateur développe entre sa broche adjust ADJ et sa broche de sortie VO est constante et égale à 1,25 V. Il est ainsi aisé de trouver la valeur de résistance requise pour obtenir un courant constant donné :

R = U / I
R = 1,25 V / 0,001 = 1250 ohms (pour 1 mA)
R = 1,25 V / 0,1 = 12,5 ohms (pour 100 mA)

Mais ça, c'est la théorie. Car en pratique, la valeur de courant constant est un poil différente et sur mon proto il m'a fallu 1230 ohms pour avoir 1 mA et 12,56 ohms pour disposer de 100 mA. Pour peaufiner les résultats, vous devrez donc ajuster les fameuses résistances.

Important : utilisez des cordons de mesure de qualité, surtout pas ceux livrés avec un multimètre vendu 5 euros ! Cela est d'autant plus important pour la mesure des plus faibles valeurs de résistances, car la résistivité des cordons de mesure (qu'on peut estimer à 0,01 ohm environ) n'est pas négligeable devant la valeur de la résistance à mesurer : pour une résistance de 0,1 ohm cela correspond à 10% d'erreur ! 

Oh, un dernier petit détail... le courant supposé constant n'est pas parfaitement constant et varie (très) légèrement en fonction de la valeur de la résistance à mesurer. Les écarts restent faibles, mais ils existent bien. On peut par exemple avoir un courant de 1,01 mA pour une résistance de 0 ohm (court-circuit) et un courant de 0,99 mA pour une résistance de 400 ohms. Sauf erreur de ma part, cela ajoute une petite erreur de +/-1%.

 

Amplificateurs de tension

La tension continue mesurée aux bornes de la résistance à mesurer est représentative de la valeur de la résistance, et si le courant qui la traverse est très bien ajusté (voir paragraphe précédent), la tension mesurée est très fidèle. Oui, mais comme elle est faible et de valeur insuffisante pour être directement lue par le CAN du PIC, nous l'avons amplifiée dans un rapport de x5. L'amplificateur utilisé est construit autour d'un AOP et le gain de ce dernier est déterminé par des résistances, qui elles aussi ont une tolérance... Si vous voulez peaufiner les valeurs ohmiques affichées, vous pouvez utiliser des potentiomètres ajustables pour régler le gain en tension à la valeur adéquate.
   

Erreur apportée par le CAN (convertisseur Analogique / Numérique)

Le convertisseur analogique / numérique inclus dans le PIC apporte lui aussi son erreur de mesure. Cette erreur est d'autant plus importante que la valeur mesurée est faible, car le pas de mesure (écart entre deux valeurs numériques possibles) est constant sur toute la plage de mesure. Comme cette plage va de 0 V à +2,5 V et que le convertisseur possède une résolution de 10 bits, le nombre de divisions possibles est de 1024 entre 0 V et +2,5 V. Cela conduit à une résolution de 0,002443 V. Quand on sait que l'on dispose d'une progression de 1 ohm par demi-volt pour les deux premières mesures et d'une progression de 100 ohms par demi-volt pour la troisième mesure, on peut en déduire les précisions de mesures suivantes :

- pour 2 ohm / volt et 0,002443 V de résolution, précision à 0,0048 ohm près sur l'ensemble de la plage de mesure
- pour 200 ohms / volt et 0,0048 V de résolution, précision à 0,488 ohm près sur l'ensemble de la plage de mesure

Si les générateurs de courant et les amplificateurs de tension sont "idéaux", alors la résolution de mesure est vraiment très correcte... à condition bien sûr d'utiliser la bonne entrée de mesure !

   

Etalonnage ?

Aucun étalonnage n'a été prévu, ce qui peut sembler curieux si on désire une bonne précision de mesure.

La précision de mesure globale effective dépendra des paramètres suivants :

• tension de référence réelle des régulateurs de tension LM317 (entre broches ADJ et VO) : valeur attendue 1,25 V
• tolérance des résistances déterminant le courant constant (R1, R6, R11, R16)
• tension de sortie réelle du circuit MCP1525 : valeur attendue = 2,500V

Sans aucun étalonnage, attendez-vous à une précision de mesure comprise entre 1% et 5%

   

Logiciel du PIC

Le programme compilé est disponible en libre service dans l'archive zip dont le lien suit.
Ohmmètre 001b - 16F88 - (21/08/2022)
Si vous souhaitez recevoir par la poste un PIC préprogrammé et prêt à utiliser, merci de consulter la page PIC - Sources.
   

Circuit imprimé

Non réalisé.
   

Historique

21/08/2022
- Première mise à disposition.