Convert Ammeter to Ohmmeter (Analog or Digital)

Convertir un ampèremètre en ohmmètre (Analogique ou numérique)

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Bien que les ohmmètres mécaniques soient aujourd'hui rarement utilisés, ayant été largement supplantés par les instruments numériques, leur fonctionnement reste néanmoins fascinant et mérite d'être étudié.

Rôle de l'ohmmètre

L'objectif d'un ohmmètre est, comme son nom l'indique, de mesurer la résistance présente entre ses bornes.

Cette mesure de résistance est affichée par un mouvement mécanique alimenté par un courant électrique.

L'ohmmètre doit donc posséder une source de tension interne pour générer le courant nécessaire au fonctionnement du mouvement, ainsi que des résistances de sélection appropriées pour permettre le passage du courant adéquat à travers le mouvement, quelle que soit la résistance mesurée.

Comment fonctionne un ohmmètre ?

En partant d'un circuit simple composé d'un mouvement et d'une pile, voyons comment il fonctionne en tant qu'ohmmètre :
Though mechanical ohmmeter (resistance meter) designs are rarely used today, having largely been superseded by digital instruments, their operation is nonetheless intriguing and worthy of study.

Ohmmeter’s Purpose

The purpose of an ohmmeter, of course, is to measure the resistance placed between its leads.

This resistance reading is indicated through a mechanical meter movement which operates on electric current.

The ohmmeter must then have an internal source of voltage to create the necessary current to operate the movement, and also have appropriate ranging resistors to allow just the right amount of current through the movement at any given resistance.

How Does an Ohmmeter Work?

Starting with a simple movement and battery circuit, let’s see how it would function as an ohmmeter:
En cas de résistance infinie (rupture de continuité entre les cordons de test), aucun courant ne circule dans le transistor et l'aiguille pointe vers la gauche de l'échelle.

De ce point de vue, l'indication de l'ohmmètre est « inversée », car la valeur maximale (infini) se situe à gauche de l'échelle,
alors que le zéro se trouve à gauche de l'échelle des voltmètres et ampèremètres.

Si les cordons de test de cet ohmmètre sont court-circuités (mesure de zéro Ω), le compteur sera traversé par un courant maximal, limité uniquement par la tension de la batterie et la résistance interne du compteur.
When there is infinite resistance (no continuity between test leads), there is zero current through the meter movement, and the needle points toward the far left of the scale.

In this regard, the ohmmeter indication is “backwards” because maximum indication (infinity) is on the left of the scale, while voltage and current meters have zero at the left of their scales.

If the test leads of this ohmmeter are directly shorted together (measuring zero Ω), the meter movement will have a maximum amount of current through it, limited only by the battery voltage and the movement’s internal resistance:
De plus, cette condition limite l'utilité de l'appareil.

Si la limite gauche de l'échelle sur le cadran représente une résistance infinie, la limite droite devrait représenter zéro.

Actuellement, notre conception bloque l'aiguille de l'appareil à droite lorsqu'une résistance nulle est connectée entre les cordons de test.

Nous devons trouver un moyen de faire en sorte que l'aiguille indique la pleine échelle lorsque les cordons de test sont court-circuités.

Ceci est réalisé en ajoutant une résistance en série au circuit de l'appareil :
Not only that, but having such a condition limits the usefulness of the device.

If full left-of-scale on the meter face represents an infinite amount of resistance, then full right-of-scale should represent zero.

Currently, our design “pegs” the meter movement hard to the right when zero resistance is attached between the leads.

We need a way to make it so that the movement just registers full-scale when the test leads are shorted together.

This is accomplished by adding a series resistance to the meter’s circuit:
Pour déterminer la valeur appropriée de Rtotal , nous calculons la résistance totale du circuit nécessaire pour limiter le courant à la déviation maximale du mouvement avec le potentiel de  volts provenant de la batterie.
To determine the appropriate value of Rtotal , we calculate the total circuit resistance needed to limit the current to the maximum deviation of movement with the potential in volts from the battery.
Exemple pour un ampèremètre de 1 mA et une pile de 9V.
Example for a 1 mA ammeter and a 9V battery.

Rtotal = V / I = 9 / 1 = 9 kΩ
Maintenant que la valeur correcte de Rtotal  a été calculée, il nous reste à déterminer la plage de mesure de l'ohmmètre.

À gauche de l'échelle, on trouve l'infini et à droite, le zéro.

Outre le fait qu'elle soit inversée par rapport aux échelles des voltmètres et des ampèremètres, cette échelle est particulière car elle va de zéro à tout, et non de zéro à une valeur finie.

On peut se demander :

« Que représente le milieu de l'échelle ?

Quelle valeur se situe exactement entre zéro et l'infini ?»

L'infini est plus qu'une très grande quantité :

c'est une grandeur incalculable, supérieure à n'importe quel nombre défini.

Si la demi-échelle d'un autre type d'appareil de mesure représente la moitié de la pleine échelle, que représente la moitié de l'infini sur l'échelle d'un ohmmètre ?
Now that the right value for Rtotal  has been calculated, we’re still left with a problem of meter range.

On the left side of the scale we have “infinity” and on the right side we have zero.

Besides being “backwards” from the scales of voltmeters and ammeters, this scale is strange because it goes from nothing to everything, rather than from nothing to a finite value.

One might pause to wonder,

“what does middle-of-scale represent?

What figure lies exactly between zero and infinity?”

Infinity is more than just a very big amount:

it is an incalculable quantity, larger than any definite number ever could be.

If half-scale indication on any other type of meter represents 1/2 of the full-scale range value, then what is half of infinity on an ohmmeter scale?
L'infini ne peut être approché de manière linéaire, car l'échelle ne l'atteindrait jamais !

Avec une échelle non linéaire, la résistance pour une distance donnée sur l'échelle augmente à mesure que celle-ci tend vers l'infini, rendant ainsi l'infini accessible.

Cependant, la question de la plage de mesure de notre ohmmètre reste posée.

Quelle valeur de résistance entre les cordons de test provoquera une déviation de l'aiguille exactement égale à la moitié de l'échelle ?

Si l'on sait que le courant nominal de l'appareil est de 1 mA, alors 0,5 mA (500 µA) est la valeur nécessaire pour obtenir une déviation égale à la moitié de l'échelle.

En suivant notre schéma avec une pile de 9 volts comme source d'alimentation, on obtient :
Infinity cannot be approached in a linear (even) fashion, because the scale would never get there!

With a nonlinear scale, the amount of resistance spanned for any given distance on the scale increases as the scale progresses toward infinity, making infinity an attainable goal.

We still have a question of range for our ohmmeter, though.

What value of resistance between the test leads will cause exactly 1/2 scale deflection of the needle?

If we know that the movement has a full-scale rating of 1 mA, then 0.5 mA (500 µA) must be the value needed for half-scale deflection.

Following our design with the 9 volt battery as a source we get:

R = (9 / µA) * 1000 - 9 = kΩ

Exemple pour 500 µA / Example for 500 µA

R = (9 / 500) * 1000 - 9 = 9 kΩ

Voir plus bas pour le tableau complet des
déviations pour 1 mA.
See below for the complete table of deviations for 1 mA.
Ce qui signifie qu'une résistance entrainera une déviation de 500 µA (0.5 mA).
This means that a resistance will cause a deflection of 500 µA (0.5 mA).
Un problème majeur de cette conception réside dans sa dépendance à une tension de batterie stable pour une mesure précise de la résistance.

Si la tension de la batterie diminue (comme c'est le cas pour toutes les batteries chimiques avec le temps et l'utilisation), l'échelle de l'ohmmètre perd en précision.

Avec une résistance de gamme en série de 9 kΩ et une tension de batterie en baisse, l'aiguille de l'ohmmètre ne déviera plus à sa valeur maximale vers la droite lorsque les cordons de test sont court-circuités (0 Ω).

De même, une résistance de test de 9 kΩ ne permettra pas à l'aiguille de dévier exactement à la moitié de l'échelle avec une tension de batterie inférieure.
One major problem with this design is its reliance upon a stable battery voltage for accurate resistance reading.

If the battery voltage decreases (as all chemical batteries do with age and use), the ohmmeter scale will lose accuracy.

With the series range resistor at a constant value of 9 kΩ and the battery voltage decreasing, the meter will no longer deflect full-scale to the right when the test leads are shorted together (0 Ω).

Likewise, a test resistance of 9 kΩ will fail to deflect the needle to exactly 1/2 scale with a lesser battery voltage.
Il existe des techniques de conception permettant de compenser les variations de tension de la batterie, mais elles ne résolvent pas complètement le problème et ne constituent, au mieux, que des approximations.

Pour cette raison, et en raison de la non-linéarité de l'échelle, ce type d'ohmmètre n'est jamais considéré comme un instrument de précision.
There are design techniques used to compensate for varying battery voltage, but they do not completely take care of the problem and are to be considered approximations at best.

For this reason, and for the fact of the nonlinear scale, this type of ohmmeter is never considered to be a precision
instrument.
Pour ajuster l'aiguille on ajoute un potentiomètre au circuit.

Pour tenir compte de la baisse de tension de la batterie on soustrait 5% de la valeur de RTotal à la résistance total et on la connecte en série le potentiomètre.
To adjust the needle, a potentiometer is added to the circuit.

To account for the drop in battery voltage, 5% of the value of RTotal is subtracted from the total resistance and it is connected in series with the potentiometer.

Pour notre exemple de 1 mA et 9v on aura:
For our example of 1 mA and 9V we will have:
9 kΩ x 5% = 450Ω

R1 = 9 k
Ω - 450Ω = 8.55 kΩ
Un dernier avertissement s'impose concernant les ohmmètres :

ils ne fonctionnent correctement que lorsqu'ils mesurent une résistance non alimentée par une source de tension ou de courant.

Autrement dit, il est impossible de mesurer une résistance avec un ohmmètre sur un circuit sous tension !

La raison est simple :

la précision de l'indication de l'ohmmètre dépend de sa seule source de tension : sa pile interne.

La présence d'une tension quelconque aux bornes du composant à mesurer perturbera le fonctionnement de l'ohmmètre.

Si la tension est suffisamment élevée, elle risque même d'endommager l'ohmmètre.
One final caveat needs to be mentioned with regard to ohmmeters:

they only function correctly when measuring resistance that is not being powered by a voltage or current source.

In other words, you cannot measure resistance with an ohmmeter on a “live” circuit!

The reason for this is simple:

the ohmmeter’s accurate indication depends on the only source of voltage being its internal battery.

The presence of any voltage across the component to be measured will interfere with the ohmmeter’s operation.

If the voltage is large enough, it may even damage the ohmmeter.

Voici un tableau de R (Total) pour différentes valeur de V et d'ampèremètre.

Here is a table of R (Total) for different values of V and ammeter.