Comment dimensionner un diviseur de tension résistif ?
- sensilec
- 30 mai
- 3 min de lecture
Dans les systèmes d'instrumentation, le diviseur de tension résistif est souvent utilisé pour adapter un signal de plusieurs dizaines ou centaines de volts à une entrée de mesure limitée à quelques volts.
Si le calcul du rapport de division est relativement simple, le dimensionnement correct des résistances nécessite également la prise en compte de nombreux paramètres tels que:
- La tension d'entrée, l'impédance de sortie de la source, l'impédance d'entrée du système de mesure, la puissance dissipée.
Une erreur de conception fréquente consiste à négliger l'influence de la charge connectée à la sortie du diviseur. Cette approximation peut conduire à des erreurs de mesure importantes, parfois difficiles à identifier lors de la mise en service.
1) Principe du diviseur de tension
Le montage de base est constitué de deux résistances en série :
La tension de sortie est donnée par Vout = Vin * ( RL / ( RL+RH)) en l'absence de résistance de charge.
Le rapport de division K = Vin / Vout, permet de déterminer le rapport entre les deux résistances : RH = RL * (K-1)
2) Influence de l'impédance d'entrée du système de mesure
Dans la réalité, la sortie du diviseur est connectée à une entrée analogique présentant une impédance d'entrée finie (Rc).
L'entrée de mesure charge le diviseur et se retrouve en parallèle avec RL, ce qui provoque un affaiblissement du signal de sortie.
Pour rester dans une classe de précision de 0.25% à 0.1% il faut que l'impédance du système de mesure soit de 400 à 1000 fois plus élevée que la résistance de sortie du pont diviseur.
Ci-dessous l'erreur obtenue en fonction de la charge en sortie du pont diviseur.
3) Méthode de dimensionnement
Étape 1 : définir le rapport de division (K)
tension maximale à mesurer / tension d'entrée du système de mesure.
Il est toujours préférable de privilégier un rapport de division important. Cela permet d'améliorer les performances du pont diviseur (abaissement de l'impédance de sortie et augmentation de l'impédance d'entrée).
Étape 2 : connaître l'impédance d'entrée du système de mesure
Attention, cette valeur est importante, certains systèmes d'acquisition ont une impédance d'entrée relativement faible (quelques dizaines de kohms) limitant la possibilité d'utiliser un pont diviseur avec des performances convenables.
Étape 3 : choisir l'erreur admissible et déterminer la résistance inférieure du pont (RL).
La résistance inférieure du pont diviseur devra être 1000 fois plus petite que l'impédance d'entrée du système d'acquisition pour une erreur de 0.1%.
(ou 200 fois plus petite pour une erreur de 0.5%)
Étape 4 : calculer la résitance d'entrée du pont (RH)
RH = RL * (K-1) avec K le rapport de division
4) Cas des tensions élevées
Lorsque la tension à mesurer dépasse plusieurs centaines de volts, le choix des résistances ne dépend plus uniquement du rapport de division.
Il faut également vérifier :
- la tension maximale admissible par chaque résistance.
- les distances d'isolement.
- la tenue à la tension de choc.
- la puissance dissipée.
- le coefficient de température. (lié à l'échauffement éventuel des résistances)
- la stabilité à long terme.
Dans ces applications, il est fréquent de répartir RH sur plusieurs résistances montées en série. (diminution des contraintes par résistances : thermiques et tension maxi)
Comment choisir les valeurs des résistances ?
Le choix des résistances résulte toujours d'un compromis entre la consommation électrique,
la précision de la mesure, l'immunité au bruit et la charge admissible.
Résistances trop élevées, des valeurs de plusieurs centaines de kilo-ohms ou de quelques méga-ohms permettent de réduire fortement la consommation.
Cependant l'influence de la charge devient importante, les courants de fuite peuvent générer des erreurs, la sensibilité aux perturbations électromagnétiques augmente,
les temps de réponse peuvent s'allonger.
Résistances trop faibles, à l'inverse, des résistances de quelques centaines d'ohms rendent le diviseur très robuste vis-à-vis de la charge. En contrepartie, la consommation augmente, la dissipation thermique peut devenir significative.
Dans les systèmes alimentés sur batterie ou les équipements basse consommation, cette solution est rarement acceptable.
Conclusion
Un dimensionnement correct consiste à trouver l'équilibre entre consommation, précision et robustesse. Le dimensionnement d'un diviseur de tension ne se limite pas au calcul du rapport entre deux résistances. En instrumentation, l'impédance d'entrée du système de mesure joue un rôle déterminant dans la précision obtenue. En industrie, les niveaux de tension peuvent ajouter des contraintes de sécurité et de protection. (ne pas oublier qu'un diviseur de tension résistif n'assure pas d'isolation du signal. Le capteur de tension est une bonne alternative dans les applications industrielles.)
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