Voltmètre haute impédance à tube subminiature



En cherchant un montage simple à faire faire à mes élèves de 3°, je suis tombé sur un bouquin de 1975 de Schreiber: "Montages Electroniques amusants et instructifs".



Je n'ai pas franchement trouvé de montage pour mes élèves, mais un circuit d'électromètre à triode inversée que j'ai envie d'essayer.... Un chapitre est consacré à ce montage, et c'est très bien expliqué :

     

        

Page 1 Page 2 Page 3 Page 4 Page 5 Page 6 Page 7

Il me restait des milliampèremètres Metrix comme celui-ci:

Photo


Alors, je me suis dit que je pourrais le recycler en voltmètre à grande résistance interne.

Voici les applications que j'entrevois déjà:



et ce, sans perturbation aucune du montage; en effet, vu la haute résistance interne, il n'y a pas de risque de consommer trop de courant !

J'y vois aussi un autre intérêt : conserver en mémoire la mesure afin de la comparer à une autre par simple déviation de l'aiguille.

J'ai tout d'abord adapté le schéma au matériel que j'avais...Je vais utilisé un tube russe subminiature, le 1SH18b, qui est une pentode, chauffée sous 1,2V et 30 mA. on ne peut pas dire qu'elle consomme beaucoup...

Je prévois un commutateur pour avoir 2 gammes de tension, et un commutateur pour passer facilement de la mesure au réglage de zéro et à la position mémoire (sans avoir à débrancher les fils)

L'alim se fera avec 2 piles de 1,5V.

Voici le schéma : PDF ici

Comme on peut le voir, je ne me suis pas trop fatigué, j'ai repris le schéma d'origine ! Le réglage du courant de chauffage est différent de celui d'origine car la 1SH18b est différente de la 1T4.

J'ai alors fait une maquette en volant pour valider le circuit.

Les résultats sont impressionnants : résistance d'entrée de l'ordre de 700 Gohm !

En faisant une mesure à 8V et en laissant le montage hors-tension pendant 20 heures, l'indication lors de la remise sous tension était de 5V !

L'indication est, comme prévu, non linéaire: le 0V correspond à 100µA, et il faut (théoriquement) une tension infinie pour annuler ce courant de grille !

Construction de l'appareil définitif

Tout d'abord, j'ai démonté le milliampèremètre d'origine:

Photo


Comme l'indication est à l'envers (0 à droite), j'ai décidé d'inverser l'indicateur d'origine. Pour celà, je dois refaire la découpe et repercer quelques trous....

Photo


Photo


Un coup de peinture grise effet martelé...

Photo


et je peux commencer le montage par les commandes:

Photo


Photo


On a intérêt à câbler en volant si on veut conserver la grande résistance interne. En effet, la moindre cosse-relais et c'est la catastrophe ! De toutes façons, vu le peu de composants ... et la grande majorité tient sur les commutateurs K2 et K3 !

Photo


Photo


Les 2 piles sont simplement fixées sur le fond de l'appareil avec un collier plastique, inutile de prévoir un démontage rapide car la LR20 débitera 30 mA au maximum, quand à la LR03 de polar, elle ne débite absolument rien !

Photo


Une vue de côté pour se rendre compte de la disposition:

Photo


Maintenant, il faut étalonner l'indicateur.

Celui que j'ai utilisé servait donc dans un milliampèremètre alternatif; il y avait donc un pont redresseur et le calibre le plus bas étant de 100µA, le galva seul a une sensibilité plus grande. J'ai donc cherché la résistance shunt afin de faire un calibre de 100µA continu. Cette résistance est de 1270 ohm, mais bien sûr, elle dépend du galva utilisé !

Cette adaptation étant faite, j'ai collé un morceau de calque sur la plaque de l'indicateur (dont j'ai oté la plastique), et j'ai fait des repères à plusieurs tensions appliquées aux bornes d'entrée; voilà ce que ça donne:

Photo


Ces repères étant faits, j'ai collé le calque sur une feuille de papier afin de relever plus facilement les angles de déviation pour chaque valeur de tension:

Photo


Puis j'ai consigné les résultats dans un fichier Excel, afin de déterminer une interpolation mathématique. Vu l'aspect de la variation, de la limite quand V tend vers l'infini, la fonction mathématique qui vient à l'esprit est une exponentielle décroissante, un peu comme une charge de condensateur. Ce serait intéressant d'ailleurs de se poser la question théoriquement....

J'ai essayé d'autres fonctions, mais sans obtenir de résultats aussi proches des mesures.

Voici donc le tableau de mesures: Tableau excel

Dans la premières colonne, on a les valeurs de tension appliquée, dans la deuxième l'angle de déviation de l'aiguille et dans la troisième l'angle calculé.

Les lignes colorées correspondent aux mesures, les blanches aux valeurs interpolées.

La colonne de droite contient l'erreur commise en %. Comme on peut voir, le maximum est de 5% ce qui est vraiment bien vu le procédé de mesure.

La formule étant validée, j'ai fait un cadran : Le pdf ici...

Celui-ci comporte 2 échelles, pour les 2 gammes. On peut voir qu'on mesurer jusqu'à 400V au maximum, et on arrive à mesurer 0,25V au minimum..

Pour coller ce cadran sur la plaque de l'indicateur, il vaut mieux démonter celle-ci pour éviter d'abimer l'aiguille !

Voilà l'indicateur terminé :

Photo


Il reste à faire les étiquettes de signalisation....

Photo


Et voilà l'appareil terminé:

Photo


Photo


Essais-réglages

Pour utiliser correctement ce voltmètre, il faut :



Conclusion :

Voici donc un petit appareil sympa, pas compliqué à construire et qui peut rendre de bons services dès qu'il s'agit de mesurer des tensions de sources ayant une résistance interne élevée.