Utiliser un signal électrique

Un capteur de température peut commander un ventilateur sans qu’une personne lise un thermomètre. La grandeur recherchée est une température, mais le circuit traite une grandeur électrique mesurable. Pour comprendre cette chaîne, il faut distinguer intensité et tension. Le courant correspond à un déplacement ordonné de charges électriques. Son intensité I décrit le débit de charge à travers une section du circuit ; elle s’exprime en ampères, de symbole A. La tension U entre deux points décrit une différence de potentiel électrique ; elle s’exprime en volts, de symbole V. Une tension concerne toujours deux points, alors qu’une intensité concerne une branche.

Un ampèremètre s’insère en série dans la branche étudiée. Il faut ouvrir cette branche, générateur éteint, pour y placer l’appareil. Un voltmètre se branche en dérivation aux bornes du dipôle. Pour une mesure positive, sa borne V est reliée au point de potentiel le plus élevé et sa borne COM au point de potentiel le plus faible. Si le branchement est inversé, l’affichage devient négatif : ce signe renseigne sur l’orientation de la mesure et ne signifie pas automatiquement que le montage est défectueux.

Commence avec un calibre assez grand pour éviter une surcharge, puis diminue-le si cela améliore la lecture sans dépasser le calibre. Note la valeur avec son unité et la résolution de l’appareil. Une lecture de 24,0 mA correspond à 0,0240 A, car 1 mA vaut 0,001 A. Plusieurs lectures légèrement différentes peuvent venir des instruments, des contacts ou de la température : on ne choisit pas seulement celle qui ressemble au résultat attendu.

Un nœud est un point où se rejoignent au moins trois branches. En régime continu établi, la somme des intensités qui arrivent au nœud est égale à la somme de celles qui en repartent. Cette loi traduit la conservation de la charge : le nœud ne consomme pas de courant. Il faut d’abord placer des flèches de sens choisis sur les branches. Avec une arrivée I et deux départs I₁ et I₂, la relation s’écrit I = I₁ + I₂. Dans une branche sans dérivation, l’intensité est identique en tout point.

Une maille est un chemin fermé du circuit. La somme algébrique des tensions le long de ce chemin est nulle. Définissons U_AB = V_A − V_B, où V_A et V_B sont les potentiels des points A et B. Dans la boucle A, B, C, A, on a U_AB + U_BC + U_CA = 0. Comme U_CA = −U_AC, on obtient aussi U_AC = U_AB + U_BC. Les indices donnent le signe : écrire une addition de nombres sans définir les bornes peut conduire à additionner des tensions de sens opposés.

La caractéristique tension-courant d’un dipôle est l’ensemble des couples de valeurs I et U obtenus pour ce dipôle dans des conditions données. Pour la tracer, on fait varier progressivement la tension de l’alimentation sans dépasser les limites du matériel et on relève simultanément l’intensité et la tension. On reporte I en abscisse et U en ordonnée, avec les unités. Une courbe reliant les résultats est un modèle à comparer aux mesures ; elle ne remplace pas les observations.

Un conducteur ohmique à température suffisamment constante vérifie U = R × I, avec U en volts, I en ampères et R en ohms, de symbole Ω. Sa caractéristique est une droite passant par l’origine. Le coefficient directeur vaut R lorsque I est exprimée en ampères. Pour une droite tracée avec I en milliampères, le coefficient numérique ne donne donc pas directement des ohms. On peut déterminer R avec ΔU/ΔI entre deux points éloignés de la droite. Une simple droite qui ne passe pas par l’origine n’exprime pas une proportionnalité.

Un tableur ou un programme peut représenter les couples mesurés, puis calculer une droite d’ajustement U = a I + b. Si I est en ampères, a s’exprime en ohms. Pour une résistance, b doit rester compatible avec zéro au regard de la dispersion et des limites de mesure. On examine les écarts entre points et droite avant d’accepter le modèle. On évite aussi d’extrapoler à de fortes intensités : l’échauffement peut modifier la résistance.

Un capteur résistif possède une résistance qui dépend d’une grandeur du milieu. La thermistance peut être sensible à la température ; une photorésistance réagit à l’éclairement. Leur comportement exact dépend du composant : toutes les thermistances ne varient pas dans le même sens. L’étalonnage consiste à mesurer la réponse pour des valeurs connues de la grandeur recherchée, puis à établir la correspondance. Il faut conserver les mêmes conditions de mesure et attendre la stabilisation avant chaque relevé.

Un microcontrôleur peut lire la tension issue d’un montage associant ce capteur à une résistance connue. Il convertit la lecture en une valeur numérique, puis un programme applique l’étalonnage et compare la température à un seuil. Le montage, l’alimentation et la tension maximale admise par l’entrée doivent être ceux de la fiche du matériel. Avant de commander un actionneur, on compare plusieurs températures affichées à celles d’un thermomètre de référence. Une valeur affichée par un programme reste une mesure à contrôler.