Mesure en technique 4 fils appliquée aux shunts de courant

Mesure de résistance Kelvin (méthode à 4 fils)

1. Le problème des mesures de résistance classiques

Lorsque l’on souhaite mesurer la résistance d’un composant éloigné de l’ohmmètre, la résistance totale mesurée inclut :

• la résistance du composant lui-même

• mais aussi la résistance des fils de connexion

Habituellement, la résistance des fils est très faible (quelques ohms par centaines de mètres, selon le calibre), mais :

• si les fils sont longs,

• et/ou si le composant a une résistance très faible,

alors l’erreur introduite par les fils devient significative.

Mesure de résistance en 2 fils

2. Principe de la méthode Kelvin

Pour supprimer l’influence des fils, on utilise une combinaison ampèremètre + voltmètre :

• l’ampèremètre impose et mesure le courant dans le composant,

• le voltmètre mesure uniquement la chute de tension directement aux bornes du composant.

D’après la loi d’Ohm, la résistance s’obtient par : R=U/I

Ainsi, toute chute de tension dans les fils de courant est ignorée par le voltmètre.

La précision est encore améliorée si le voltmètre a un courant d’entrée très faible (mouvement de qualité ou système potentiométrique à équilibre nul).

Cette méthode est appelée méthode Kelvin ou mesure à 4 fils.

Mesure de résistance en 4 fils

3. Pinces Kelvin

Pour faciliter les connexions, on utilise des pinces Kelvin :

• Dans une pince crocodile classique, les deux mâchoires sont électriquement reliées.

• Dans une pince Kelvin, les mâchoires sont isolées l’une de l’autre et ne se rejoignent qu’au point de contact avec le composant.

Ainsi :

• les mâchoires « C » (courant) conduisent uniquement le courant,

• les mâchoires « P » (potentiel) mesurent seulement la tension, sans interférence ni chute parasite.

Pince de kelvin pour la mesure de courant

4. Application aux résistances shunt

Le même principe est utilisé pour les shunts de précision, employés dans la mesure de forts courants.

• Un shunt génère une chute de tension proportionnelle au courant.

• Comme sa résistance est très faible (milliohms ou microohms), la chute de tension est comparable à celle des fils.

• Pour éviter les erreurs, les shunts de précision disposent de quatre bornes : deux pour le courant, deux pour la mesure de tension.

Résistance étalon primaire 1 ohm 0.002%

5. Résistances étalon

En métrologie, les résistances de référence (ou « étalons ») de haute précision sont également munies de quatre bornes :

• deux bornes principales pour le courant,

• deux bornes secondaires pour la mesure de tension.

Cela garantit que le voltmètre mesure uniquement la chute de tension due à la résistance étalon, sans erreur due aux fils ou aux connexions.

Exemple : une résistance de 1 Ω immergée dans un bain d’huile à température contrôlée, équipée de bornes doubles.

Resistance etalon 1 ohms AOIP

6. Limites et erreurs possibles

Erreur composée (méthode voltmètre + ampèremètre)

Si on utilise un voltmètre et un ampèremètre séparés :

• l’erreur finale dépend de la précision des deux instruments.

• Exemple : voltmètre ±0.1 % et ampèremètre ±0.1 % ⇒ erreur combinée pouvant atteindre ±0.2 %.

Amélioration avec un shunt étalon

En remplaçant l’ampèremètre par une résistance standard (shunt étalon), l’erreur totale est réduite :

• la précision du shunt est bien meilleure que celle d’un ampèremètre,

• combinée à un voltmètre précis, la mesure gagne en fiabilité.

Mesure comparative avec un shunt étalon

7. Effets thermoélectriques parasites

Un problème supplémentaire peut apparaître : les forces électromotrices (fem) thermoélectriques parasites aux jonctions métal/métal.

• Elles créent de petites tensions indésirables qui perturbent la mesure, surtout pour des résistances très faibles.

• Une solution consiste à effectuer la mesure dans les deux sens de courant, puis à calculer la moyenne des résultats.Cela permet d’éliminer l’influence des fem parasites.