Comprendre les multimètres : types, fonctions et applications pour ingénieurs

Qu'est-ce qu'un multimètre ? Types, fonctionnement et applications

Les étudiants en génie électrique et électronique, les ingénieurs et les techniciens utilisent divers appareils de mesure pour contrôler différentes grandeurs électriques dans un circuit : tension, courant, continuité, puissance, etc., ainsi que pour tester divers composants électroniques tels que diodes, transistors, relais, condensateurs, résistances, etc. Le multimètre, capable d'effectuer différents tests et mesures, est utilisé en laboratoire et en industrie pour la réparation et le dépannage d'appareils et d'équipements électriques.

Qu'est-ce qu'un multimètre ?

Un multimètre est un instrument de mesure électrique utilisé pour mesurer la tension, le courant, la résistance et d'autres paramètres électriques. Il peut mesurer plusieurs grandeurs électriques, d'où son nom, selon le type de multimètre.

Ce sont des appareils portables qui varient en taille, précision et exactitude. Ils sont principalement utilisés par les électriciens, les étudiants en génie et les passionnés pour le dépannage d'appareils et de circuits électriques.

Il dispose d'un écran LCD ou d'une échelle, d'un sélecteur rotatif, de sondes de test et de connecteurs. L'écran LCD ou l'échelle affiche la mesure. Le sélecteur comporte plusieurs fonctions sélectionnables en tournant le bouton. Les sondes servent à connecter le multimètre au circuit. Les connecteurs permettent d'insérer les sondes dans l'appareil.

Article connexe : Différence entre multimètre analogique et numérique

Fonctionnement du multimètre

Un multimètre peut être analogique ou numérique. Cependant, les deux types suivent les mêmes procédures de fonctionnement.

Il possède un sélecteur rotatif pour choisir la mesure souhaitée. Plusieurs symboles de mesure y sont inscrits. On tourne le bouton pour sélectionner la fonction et, souvent, la plage de mesure appropriée. Certains modèles disposent d'une fonction de plage automatique.

Il comporte deux sondes : noire et rouge. La sonde noire s'insère toujours dans le connecteur noir « COM » (commun), tandis que la sonde rouge se branche dans l'un des connecteurs rouges selon la mesure à effectuer.

Les sondes connectent le multimètre au circuit. Le circuit interne mesure le paramètre sélectionné et affiche la lecture sur l'écran LCD ou l'échelle.

Toutefois, les précautions et la configuration de connexion varient selon le type de mesure.

Fonctions

Un multimètre offre de multiples fonctions selon son modèle. Elles s'activent via le sélecteur rotatif et parfois des boutons. Ses fonctions principales sont la mesure du courant, de la tension et de la résistance. Voici les fonctions courantes :

Fonction	Description	Symbole
Tension AC	Mesure la tension alternative	V~
Tension DC	Mesure la tension continue	V⎓
Courant AC	Mesure le courant alternatif	A~
Courant DC	Mesure le courant continu	A⎓
Résistance	Mesure la résistance d'un circuit ou composant	Ω
Fréquence	Mesure la fréquence d'un signal	Hz
Cyclique	Mesure le rapport cyclique du signal	%
Test diode	Vérifie une diode dans un circuit
Capacité	Mesure la capacité en microfarads	μF
Continuité	Indication sonore de continuité entre deux points
Test transistor	Gain en courant direct d'un transistor	hFE
Mode relatif	Mesure la valeur de décalage pour petites valeurs	REL
Température	Mesure la température en °C ou °F	°C, °F

Types de multimètres

Il existe deux types principaux : le multimètre analogique et le multimètre numérique.

Multimètre analogique

C'est la forme la plus ancienne. Il possède une aiguille qui se déplace le long d'une échelle. Moins chers, ils sont plus difficiles à lire mais plus sensibles que les numériques, détectant même de infimes variations.

Il est constitué d'une bobine placée entre deux aimants permanents. Une aiguille est fixée au sommet de la bobine. Lorsqu'un courant la traverse, elle génère un champ magnétique qui interagit avec celui des aimants, faisant pivoter la bobine et déplaçant l'aiguille. L'angle de rotation dépend de l'intensité du courant. Cette configuration est aussi appelée galvanomètre. Sa résistance interne très faible le rend très sensible.

Pour cette raison, il faut éviter la déviation à pleine échelle (FSD). Si le courant dépasse la plage, la bobine surchauffe et détruit l'appareil. C'est pourquoi le multimètre propose plusieurs plages avec des résistances shunt en parallèle pour diviser le courant et mesurer des valeurs plus élevées.

La lecture est difficile pour les débutants car plusieurs échelles coexistent sur un même cadran. Il faut repérer l'échelle sélectionnée et parfois multiplier la lecture par 10 ou 100 pour les grandes plages. L'aiguille peut aussi causer une erreur de parallaxe : il faut regarder exactement à 90° pour une lecture précise.

Avantages

• Ne nécessite pas de pile pour mesurer tension et courant.
• Très sensible.
• Détecte les petites variations en temps réel.
• Temps de réponse rapide pour la continuité ou les fuites.
• Moins cher que le numérique.
• Affiche les fluctuations de tension et courant.

Inconvénients

• La déviation à pleine échelle (surcharge) peut l'endommager.
• Difficile à lire sur l'échelle analogique.
• Incertitudes multiples dans la lecture.
• Erreur de parallaxe possible.
• Moins robuste physiquement.
• Pas de fonctions avancées comme le numérique.
• Impossible d'afficher des valeurs négatives.
• Faible impédance d'entrée (effet de charge sur le circuit).
• Nécessite un « réglage zéro » de l'aiguille.

Multimètre numérique (DMM)

Un multimètre numérique mesure les grandeurs électriques et les affiche sur un écran LCD. Il calcule les lectures numériquement pour une lecture aisée, contrairement à l'analogique qui affiche directement sans calcul, offrant un temps de réponse plus court.

Il intègre un microprocesseur pour calculer les mesures. La tension ou le courant d'entrée étant analogique, un convertisseur analogique-numérique (CAN/ADC) transforme les signaux pour l'affichage LCD, bien plus lisible qu'une échelle analogique.

Le sélecteur permet aussi de choisir parmi plusieurs plages avec différentes résistances shunt. En cas de dépassement, le multimètre indique une surcharge. Il dispose d'une protection contre les surcharges. Certains DMM ont la plage automatique qui sélectionne la résistance shunt appropriée pour éviter tout dommage.

Avantages

• Lecture facile sur l'écran LCD.
• Mesures plus précises.
• Moins d'incertitudes, pas d'erreur de parallaxe.
• Haute impédance d'entrée (n'affecte pas le circuit).
• Physiquement robuste.
• Affiche valeurs positives et négatives.
• Fonctions supplémentaires : capacité, fréquence, température.
• Pas de réglage zéro nécessaire.
• Enregistre et affiche valeurs min/max.
• Plage automatique pour éviter les dommages.

Inconvénients

• Nécessite une pile pour toute mesure.
• Plus cher que l'analogique.
• Ne détecte pas les fluctuations de lecture.
• Temps de réponse plus lent (calcul).
• Limite de tension due à l'électronique sensible.

Termes techniques du multimètre

Plusieurs termes définissent la qualité et la fiabilité d'un multimètre.

Sensibilité

La sensibilité est la résistance offerte par volt de déviation à pleine échelle. Son unité est Ω/V. Elle indique la résistance interne : une sensibilité élevée signifie une résistance interne élevée, n'affectant pas le circuit lors de mesures de tension (ne tire pas de courant).

Résolution

C'est la plus petite variation de paramètre électrique (courant, tension, résistance...) que le multimètre peut détecter et afficher. Exemple : une résolution de 1 mA sur une plage de 400 mA signifie qu'il détecte un changement de 1 mA. Une résolution plus fine indique une lecture plus précise.

Plage

C'est la valeur maximale que le circuit du multimètre peut mesurer. Elle est liée à la résolution : plus la plage est basse, plus la résolution est fine. Si la mesure dépasse la plage, le multimètre surcharge. La lecture la plus précise s'obtient à la plage la plus basse sans surcharge.

Précision (Exactitude)

C'est la plus grande erreur admise dans une mesure. Elle indique à quel point la lecture est proche de la valeur réelle, exprimée en %. Exemple : un multimètre à ±1 % affichant 100 Ω a une valeur réelle entre 99 et 101 Ω. Un pourcentage plus faible signifie une meilleure exactitude.

Précision (Répétabilité)

C'est la proximité des mesures répétées dans les mêmes conditions. Elle indique la fiabilité et la constance des mesures. Elle permet aussi d'identifier le schéma d'erreur pour le compenser.

Sondes de mesure

Les sondes connectent le multimètre au circuit ou au composant. Une extrémité s'insère dans le connecteur du multimètre (prise banane), l'autre se connecte au circuit (pointes de sonde) et existe en plusieurs types.

Types de pointes de sonde

Les sondes se classent selon leur forme et fonction, mais leur rôle principal reste la connexion au circuit.

Sondes noire et rouge

La sonde noire se branche sur le connecteur « COM » (commun), reliée au point de tension la plus basse. La sonde rouge se connecte à l'un des autres connecteurs selon la mesure (tension, courant, résistance), au point de tension la plus haute.

Sondes pointues

Les plus courantes et les moins chères. Adaptées à tout type de lecture, idéales pour un usage fréquent et rapide.

Pinces crocodile

Pince à ressort à dents de scie, offrant une connexion ferme et durable sur le fil. Idéales pour les tests de longue durée.

Inconvénient : embout large qui s'élargit à l'ouverture, risquant de créer un court-circuit avec les fils adjacents. Inadaptées aux espaces restreints (circuits imprimés, CI).

Crochets rétractables (J-hook)

Embout étroit et rétractable avec crochet. Connexion sécurisée dans les espaces exigus, facilite l'accroche sur fils et broches rapprochés.

Sondes pince à épiler

En forme de pince à épiler, pour tester entre points rapprochés comme les CMS (composants montés en surface).

Sondes pince ampèremétrique

Elles entourent un conducteur pour mesurer le courant sans contact physique. Convertissent le courant en tension via un ratio de conversion. Utilisées pour mesurer le courant en toute sécurité.

Le multimètre pince intègre ces sondes pour mesurer et afficher directement le courant sur son LCD.

Comment utiliser un multimètre ?

Un multimètre (numérique ou analogique) permet de mesurer de nombreuses grandeurs électriques, d'analyser et dépanner divers composants et appareils. Des guides pas à pas et tutoriels illustrés montrent comment l'utiliser pour tester et mesurer grandeurs et composants spécifiques.

• Comment mesurer la capacité avec un multimètre ?
• Comment tester un condensateur avec multimètre numérique et analogique ?
• Comment mesurer la fréquence avec un multimètre ?
• Comment mesurer la puissance avec multimètre numérique et analogique ?
• Comment mesurer la résistance avec multimètre numérique et analogique ?
• Comment mesurer la tension avec multimètre numérique et analogique ?
• Comment mesurer le courant avec multimètre numérique et analogique ?
• Comment tester une diode avec multimètre numérique et analogique ?
• Comment tester un relais ? Vérification relais statique et à bobine ?
• Comment tester un transistor au multimètre (DMM + AVO) ?
• Comment effectuer un test de continuité avec un multimètre ?
• Test des composants électriques et électroniques au multimètre

Précautions de sécurité

Respectez ces précautions pour éviter tout accident :

• Ne touchez pas l'extrémité des pointes pendant la mesure.
• N'utilisez pas de sondes endommagées.
• Ne connectez pas le multimètre en parallèle pour mesurer le courant.
• Ne connectez pas le multimètre à une source de tension avec les sondes dans les connecteurs ampèremétriques.
• Ne mesurez pas la résistance sur un circuit sous tension.
• Ne connectez pas un condensateur chargé au multimètre.
• Ne dépassez pas la tension maximale indiquée dans le manuel.
• Remplacez la pile dès l'indication de batterie faible.
• Retirez toujours les sondes après usage ou placez-les sur le connecteur de tension.

Applications du multimètre

Les multimètres varient de quelques euros à plusieurs milliers. Plus le prix est élevé, plus les fonctions sont nombreuses. Applications de base :

• Mesure de tension.
• Mesure de courant.
• Mesure de résistance.
• Test de continuité.
• Mesure de température.
• Mesure de fréquence.
• Mesure de capacité.
• Test diode, transistor, relais et autres composants.

Ces fonctions servent au dépannage de tout circuit électrique :

• La tension indique l'état d'une batterie.
• Vérifie le bon fonctionnement d'une prise ou d'un interrupteur.
• Le courant révèle l'état de la charge (courant normal ou excessif).
• Le test de continuité ou résistance détecte les connexions ou câbles coupés.