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Electronique > Réalisations > Affichage / mesures > Ampèremètre 002

Dernière mise à jour : 01/01/2009

Présentation

Cet ampèremètre, simple à réaliser si les CMS ne font pas peur (aucune raison à cela n'est-ce pas), permet de mesurer l'intensité d'un courant électrique avec une excellente précision.

amperemetre_002_pcb_3d_a

Il est basé sur l'emploi d'un circuit spécialisé de Texas-Instrument / Burr-Brown, le INA168 (pour une plage de tension allant jusqu'à 60 V) ou INA138 (pour une plage de tension allant jusqu'à 36 V). Le principe de mesure est le même que celui adopté pour l'ampèremètre 001.
Voir aussi Théorie - Mesure d'un courant.

Le schéma

Schéma relativement simple, est-il besoin de vous convaincre ?

amperemetre_002

Fonctionnement général
Les circuits intégrés INA168 et INA138 sont des circuits spécialisés pour la mesure précise de courants. Ils disposent de deux entrées (une entrée non-inverseuse et une entrée inverseuse) entre lesquelles on applique la chute de tension provoquée par une résistance shunt de mesure. La sortie se fait en courant, ce qui impose l'emploi d'une résistance (ici R1) pour effectuer la conversion en tension. La tension de sortie au point Umes (borne 1 du CI) est définie par la formule suivante :
Umes = IS * RS * R1 / 5000
Si on donne à R1 la valeur de 5 KO (en pratique deux résistances de 10 KO en parallèle ou une unique résistance de précision de 4,99 KO), alors la tension de sortie Umes est définie par la formule simplifiée suivante :
Umes = IS * RS
Ce qui signifie simplement que l'on retrouve en sortie une tension identique à celle développée aux bornes de la résistance shunt RS. Si l'on veut disposer d'une tension de sortie plus grande pour un même courant traversant RS, il suffit d'adopter pour R1 une valeur de résistance plus importante. Ainsi, un gain de 10 est obtenu si R1 = 50 KO (deux résistances de 100 KO en parallèle ou une unique résistance de précision de 49,9 KO). La valeur maximale de R1 est de 500 KO, ce qui permet d'atteindre un gain maximal de 100 (tension de sortie 100 fois plus importante que la tension aux bornes de RS).

Choix de la résistance shunt RS
La valeur de cette résistance dépend de la plage de courant à mesurer. Elle doit correspondre à un compromis entre la précision désirée pour les faibles valeurs de courant, et la chute de tension introduite sur la ligne d'almentation du circuit sous contrôle. Une forte valeur est conseillée pour la mesure de faibles courants car avec une valeur faible la tension chutée est faible et l'erreur de mesure est plus grande (à cause des tensions d'offset). En même temps, plus la valeur de RS est faible et plus la chute de tension peut être considérée comme négligeable ou non gênante. Les meilleurs résultats sont obtenus quand la chute de tension sur RS est de quelques dizaines de mV. Le fabricant préconise une valeur max comprise entre 50 mV et 100 mV pour la pleine échelle, avec un grand maximum fixé à 500 mV. On peut donc en déduire les valeurs de RS suivantes, pour une chute de tension maximale de 100 mV :

Courant max à mesurer
 Valeur de RS
(en ohms)
 Chute de tension sur RS
(pour le courant max)
1 mA
 100
 100 mV
10 mA
 10
 100 mV
100 mA
 1
 100 mV
1A
 0.1
 100 mV

Filtrage de la sortie
La tension de sortie peut être utilisée telle quelle, aux bornes de R1. Elle peut aussi être légèrement filtrée si de légères fluctuations de courant surviennent et sont gênante pour la visualisation (sur un voltmètre numérique par exemple). La valeur de C1, ajouté ici pour limiter ces fluctuations, doit être calculée en fonction de la fréquence de coupure désirée et de la valeur de R1, selon la formule suivante :
F(-3dB) = 1 / (2 * Pi * R1 * C1)

Alimentation du circuit
L'alimentation peut se faire directement sur le circuit dont on mesure le courant, mais elle peut aussi être indépendante. Dans le premier cas, le cavalier JP1 doit être mis en place, et dans le second cas il doit être retiré. Dans les deux cas, l'alimentation ne doit pas exceder la valeur spécifiée par le fabricant, à savoir 36 V pour le INA138 ou 60 V pour le INA168. Notons qu'il est possible d'effectuer une mesure de courant sur une source de tension dont la valeur est plus elevée que la tension d'alimentation du circuit intégré. Ainsi, pas de danger si on utilise une tension d'alimentation indépendante de +5 V sur la borne 5 du CI, et qu'une tension de +36 V (si INA138) ou +60 V (si INA168) est appliquée sur la borne d'entrée 3 du CI.

Le circuit imprimé

Réalisé en simple face.

amperemetre_002_pcb_composants

Typon aux formats PDF, EPS et Bitmap 600 dpi

Ne pas oublier le CI en CMS (SOT23) côté cuivre...

amperemetre_002_pcb_composants_inv

amperemetre_002_pcb_3d_b
(clic pour agrandir)

Brochage du INA168 / INA138, vu de dessus :

ina168_brochage