Mesure de la résistance
Détermination quantitative de cette propriété d’un matériau, d’un composant ou d’un circuit électriquement conducteur appelée résistance électrique. L’ohm, qui est l’unité de résistance du système international (SI), est défini par l’application de la loi d’Ohm comme la résistance électrique entre deux points d’un conducteur lorsqu’une différence de potentiel constante de 1 volt appliquée à ces points produit dans le conducteur un courant de 1 ampère. La loi d’Ohm peut donc être considérée comme définissant la résistance R comme le rapport entre la tension continue V et le courant I, Eq. (1).
Pour les conducteurs métalliques en vrac, par exemple, les barres, les feuilles, les fils et les films, ce rapport est constant. Pour la plupart des autres substances, comme les semi-conducteurs, les céramiques et les matériaux composites, il peut varier avec la tension, et de nombreux dispositifs électroniques dépendent de ce fait. La résistance de tout conducteur est donnée par l’intégrale de l’expression (2), où l est la longueur,
A la surface de la section transversale, et &rgr ; la résistivité. Voir Résistance électrique, Résistivité électrique, Loi d’Ohm, Semi-conducteur
Depuis le 1er janvier 1990, toutes les mesures de résistance dans le monde se réfèrent à l’étalon de résistance de Hall quantifié, qui est utilisé pour maintenir l’ohm dans tous les laboratoires nationaux de normalisation. Les étalons de travail conventionnels à fil sont mesurés en termes de résistance de Hall quantifiée, puis utilisés pour diffuser l’ohm à travers la chaîne d’étalonnage normale. Ces étalons de travail peuvent être mesurés en termes de résistance de Hall quantifiée avec une incertitude d’une déviation standard d’environ 1 partie sur 108. Voir effet Hall
La valeur d’une résistance inconnue est déterminée par comparaison avec une résistance standard. Le pont de Wheatstone est peut-être le dispositif de comparaison de résistance ou d’impédance le plus basique et le plus utilisé. Son principal avantage est que son fonctionnement et son équilibre sont indépendants des variations de l’alimentation. La plus grande sensibilité est obtenue lorsque toutes les résistances sont de valeur similaire, et la comparaison de résistances standard peut alors être effectuée avec une répétabilité d’environ 3 parties sur 108, la limite résultant du bruit thermique dans les résistances. En utilisation, le sens de l’alimentation est inversé périodiquement pour éliminer les effets des emf thermiques ou de contact.
Le pont est normalement disposé pour des mesures à deux bornes, et ne convient donc pas pour la mesure la plus précise à des valeurs inférieures à environ 100 &OHgr ;, bien qu’il reste très pratique pour des résistances inférieures si la perte de précision n’a pas d’importance. Cependant, un pont de Wheatstone a également été développé pour la mesure des résistances à quatre bornes. Cela implique l’utilisation de balances auxiliaires, et des résistances de même valeur peuvent être comparées avec des incertitudes de quelques parties en 108.
Typiquement, un pont aura deux bras de rapport de décade, par exemple, de 1, 10, 100, 1000, et 10 000 &OHgr ;, et un bras de décade commuté variable de 1-100 000 &OHgr ;, bien que de nombreuses variations soient rencontrées. Pour la mesure de résistances de valeurs proches des valeurs de la décade, une augmentation considérable de la précision peut être obtenue par une mesure de substitution, dans laquelle le pont est utilisé uniquement comme instrument indicateur. Les résistances comparées peuvent être amenées à la même valeur en connectant une résistance variable beaucoup plus élevée à la plus grande d’entre elles, et la précision de ce shunt de haute résistance peut être beaucoup plus faible que celle de la résistance comparée. Voir pont de Wheatstone
Le double pont de Kelvin est un double pont de mesure à quatre bornes, et peut donc être utilisé pour des résistances très faibles. En plus de son utilisation pour la mesure précise en laboratoire de résistances inférieures à 100 &OHgr ;, il est très précieux pour trouver la résistance de tiges ou de barres conductrices, ou pour l’étalonnage sur le terrain de résistances refroidies par air utilisées pour la mesure de grands courants. Voir pont de Kelvin
Les mesures de résistances de 10 mégohms à 1 terohm (1012 &OHgr 😉 ou même plus élevées avec un pont de Wheatstone présentent des problèmes supplémentaires. La résistance à mesurer sera généralement dépendante de la tension, et la tension de mesure doit donc être spécifiée. Les résistances des bras de mesure doivent avoir une valeur suffisamment élevée pour ne pas être surchargées. Si une électrode de garde est installée, il est nécessaire d’éliminer du circuit de mesure tout courant circulant vers la garde. La puissance dissipée dans la résistance de 1-M&OHgr ; est alors de 10 mW, et le rapport du pont est de 106. La garde est connectée à un diviseur subsidiaire de même rapport, de sorte que le courant qui lui est destiné ne passe pas par le détecteur. Des mesures automatisées peuvent être effectuées en remplaçant les bras de rapport du pont de Wheatstone par des sources de tension programmables. Une méthode alternative qui peut également être automatisée est de mesurer la constante de temps RC de la résistance inconnue R combinée avec un condensateur de valeur connue C.
Une manière évidente et directe de mesurer la résistance est la mesure simultanée de la tension et du courant, et ceci est habituel dans de très nombreux ohmmètres et multiplages indicateurs. Dans la plupart des instruments numériques, qui sont généralement aussi des voltmètres numériques, la résistance est alimentée par un circuit à courant constant et la tension à ses bornes est mesurée par le voltmètre numérique. Il s’agit d’une disposition pratique pour une mesure à quatre bornes, de sorte que de longs fils peuvent être utilisés entre l’instrument et la résistance sans introduire d’erreurs. Les systèmes les plus simples, utilisés dans les instruments à aiguille passive, mesurent directement le courant à travers le compteur qui est ajusté pour donner une déflexion pleine échelle par une résistance supplémentaire en série avec la batterie. On obtient ainsi une échelle non linéaire d’une précision limitée, mais suffisante pour de nombreuses applications pratiques. Voir Mesure du courant, Mesure de la tension
.