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La '''pince ampèremétrique''', aussi appelée '''capteur de courant sans contact''', est un type d'[[ampèremètre]] permettant de [[Mesure de courant|mesurer]] l'intensité du [[courant électrique]] circulant dans un [[Fil électrique|fil conducteur]] sans avoir à ouvrir le [[Circuit électrique|circuit]] pour y placer un ampèremètre classique. Elle a été inventée dans les années 1930 par Chauvin-Arnoux<ref>{{Ouvrage|auteur1=Jean-Claude Montagné|titre=Histoire des moyens de télécommunication, de l'Antiquité à la Seconde Guerre mondiale, du sifflet préhistorique à la télévision|sous-titre=Les hommes, les idées|lieu=Bagneux|éditeur=Montagné|année=1995|pages totales=471|passage=447|isbn=2-9505255-2-0}}.</ref>{{,}}<ref>{{article|titre=Chauvin-Arnoux : Le milliampère à portée de main|périodique=[[L'Usine nouvelle]]|numéro=2541|date=21 mars 1996|url=http://www.usinenouvelle.com/article/chauvin-arnouxle-milliampere-a-portee-de-maincette-pince-amperemetrique-mesure-les-courants-a-partir-d-un-milliampere-avec-une-precision-de-2-pour-la-creer-chauvin-arnoux-a-repris-l-idee-d-un-inventeu.N78334}}.</ref>.

Le fonctionnement de la pince ampèremétrique se base sur la mesure indirecte du courant circulant dans un conducteur à partir du [[champ magnétique]] ou du [[champ électrique]] qu'engendre cette circulation de courant. Le nom de ''pince'' provient de la forme du capteur de champ magnétique. La pince peut s'ouvrir, de manière à enlacer le fil dans lequel circule un courant. 

Cette méthode a deux principaux avantages :   

* elle évite d'avoir à ouvrir le circuit pour effectuer la mesure de courant, ce qui permet également d'éviter les chutes de tension qui seraient engendrées par l'insertion d'un ampèremètre dans le circuit. On peut donc mesurer l'intensité du courant dans un conducteur sans interrompre le circuit sous test ;
* elle permet une sécurité pour l'opérateur qui réalise la mesure puisqu'aucun [[contact électrique]] avec le circuit n'est effectué. Il n'est donc pas nécessaire d'enlever l'isolant électrique entourant le fil lors de la mesure.

[[File:Pince ampèremétrique.jpg|thumb|upright|Multimètre avec pince ampèremétrique (rouge)]]

== Types de pinces ampèremétriques ==
Les pinces ampèremétriques peuvent mesurer des courants alternatifs ou continus selon leur mode de fonctionnement. On distingue notamment :

* les capteurs utilisant l'[[induction électromagnétique]] : ils fonctionnent selon le même principe qu'un [[transformateur électrique]] et ne peuvent mesurer que des [[Courant alternatif|courants alternatifs]]. La pince ampèremétrique remplit alors les fonctions d'[[ampèremètre]] associé à un [[transformateur de courant]].
* les [[capteur de courant à effet Hall|capteurs de courant à effet Hall]] (voir [http://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/genevieve_tulloue/Meca/Charges/hall.php cette animation] pour comprendre le principe de fonctionnement) : ceux-ci peuvent mesurer les [[courants électriques]] aussi bien alternatifs que [[Courant continu|continus]].

== Pince à induction électromagnétique  ==
[[Fichier:Fil Infini Théorème d'Ampère.png|vignette|upright|Champ magnétique engendré par un fil parcouru par un courant.]]
D'après l'[[équation de Maxwell-Ampère]], lorsqu'un [[courant alternatif]] parcourt un [[conducteur électrique]], ce courant engendre un [[champ magnétique]] alternatif proportionnel à son intensité.  

La pince, composée d'un matériau [[ferromagnétique]] [[Ferromagnétisme#Les ferromagn%C3%A9tiques doux|doux]] (comme le [[fer]]), entoure le [[fil électrique]] et canalise toutes les [[lignes de champ]] qui sont alors dirigées vers le circuit secondaire. La [[loi de Lenz-Faraday]] assure alors que la variation du [[flux magnétique]] à travers une surface [[Induction électromagnétique|induit]] une [[force électromotrice]] dans la pince, c'est-à-dire une [[Tension électrique|tension]] que l'on peut facilement mesurer. Cette force électromotrice induite {{Formule|§=''e''}} est telle que<ref>{{Ouvrage|langue=fr|auteur1=Christophe More|auteur2=Stéphane Olivier|titre=Physique {{2e|année}} PSI PSI*|lieu=Paris|éditeur=Lavoisier / Tec & Doc|année=2009|pages totales=846|passage=403|isbn=978-2-7430-1128-4}}.</ref>: 

:<math>e = - \frac{\mathrm d \Phi}{\mathrm dt} \quad \text{avec} \quad \Phi=\iint_S \vec{B} \cdot \vec{n} \, \mathrm dS</math>

où :  

* {{Formule|§=''S''}} : surface traversée par le champ magnétique. Dans ce cas il s'agit de la surface délimitée par les mâchoires de la pince ;
* <math>\vec{n}</math> : [[vecteur unitaire]] normal à la surface.

À partir de la mesure de cette tension et connaissant la résistance du circuit, on peut en déduire le courant {{Formule|§=''i''}}{{Ind|2}} induit circulant dans la pince ampèremétrique. Une fois l'intensité {{Formule|§=''i''}}{{Ind|2}} déterminée, il est possible d'obtenir la valeur de l'intensité du courant {{Formule|§=''i''}}{{Ind|1}} circulant dans le fil électrique.

; Remarques :
:* il n'est pas nécessaire que le fil électrique soit parfaitement placé au centre de la pince ampèremétrique car la force électromotrice induite {{Formule|§=''e''}} ne dépend que du flux du champ magnétique qui traverse la surface délimitée par le noyau de [[fer doux]], ce dernier permet de canaliser la quasi-totalité de ces lignes de champ. Par conséquent la position du fil importe peu.
:* si la pince entoure un câble composé de deux fils conducteurs dont les courants sont égaux mais de sens opposé, le flux magnétique total sera nul et donc un courant induit nul ce qui peut être source d'erreurs. Il est donc « ''très important'' » de ''mesurer le courant d'un seul fil à la fois'' pour éviter toute source de mesure erronée, pouvant conduire à des conclusions erronées pouvant avoir des « ''conséquences mortelles'' ».

[[Fichier:Fonctionnement d'une pince ampèrmétrique AC.png|vignette|upright|Schéma de fonctionnement d'une pince ampèremétrique en courant alternatif.]]

Le principe de fonctionnement des pinces ampèremétriques est basé sur celui des [[Transformateur de courant|transformateurs de courant]], constitués d'un enroulement primaire et d'un enroulement secondaire, reliés par un [[noyau magnétique]] en fer doux. L'ensemble forme un [[circuit magnétique]].

Dans le cas de la pince ampèremétrique, le fil dont on veut mesurer l'intensité est considéré comme l'enroulement primaire constitué de {{Formule|§=''N''}}{{Ind|1}}{{Formule|§={{=}} 1}} [[Spire de courant|spire]]. L'enroulement secondaire est quant à lui constitué de la bobine du circuit secondaire ({{Cf.}} schéma ci-contre) comprenant {{Formule|§=''N''}}{{Ind|2}} spires.

En supposant la résistance des deux enroulement nulle, le [[théorème d'Ampère]] appliqué sur une ligne de champ magnétique dans le circuit magnétique permet d'obtenir :

:<math>N_1 \, i_1 + N_2 \, i_2 = 0 \quad \Longrightarrow \quad i_1 = -\frac{N_2}{N_1}\, i_2</math>

où :
* {{Formule|§=''i''}}{{Ind|1}} et {{Formule|§=''i''}}{{Ind|2}} : intensités respectivement aux bornes de l'enroulement primaire (fil) et secondaire (bobine de la pince) ;
* {{Formule|§=''N''}}{{Ind|1}} et {{Formule|§=''N''}}{{Ind|2}} : nombres de tours respectivement de l’enroulement primaire et secondaire.

En prenant les [[Valeur efficace|valeurs efficaces]] des intensités, on obtient donc la relation<ref>{{Lien web|langue=Français|format=pdf|auteur1=A. Kohler|titre=Pinces ampèremétriques et capteurs de courant|url=http://www.lycee-ferry-versailles.fr/si-new/synthese/mesure/CAR_Pinces_et_capteurs_courant_original_fr.pdf|consulté le=3 mai 2018}}.</ref> :

:<math>I_{1} = \frac{N_2}{N_1}\, I_2</math>

où :
* {{Formule|§=''I''}}{{Ind|1}} et {{Formule|§=''I''}}{{Ind|2}} : intensités efficaces des courants respectivement de l'enroulement primaire (fil) et secondaire (bobine de la pince) ;
* {{Formule|§=''N''}}{{Ind|1}}{{Formule|§={{=}} 1}} et {{Formule|§=''N''}}{{Ind|2}} : nombres de tours respectivement de l’enroulement primaire et secondaire.

On obtient donc une relation de [[proportionnalité]] entre le courant circulant dans le fil ({{Formule|§=''I''}}{{Ind|1}}) et le courant circulant dans la pince ampèremétrique ({{Formule|§=''I''}}{{Ind|2}}). Cette proportionnalité est particulièrement intéressante lorsqu'il s'agit de mesurer de très fortes intensités. En effet, si l'on augmente le nombre de tours {{Formule|§=''N''}}{{Ind|2}} de l'enroulement secondaire (dans la pince) on peut mesurer des courants {{Formule|§=''I''}}{{Ind|1}} très importants tout en ayant des courants {{Formule|§=''I''}}{{Ind|2}} faibles dans la pince ampèremétrique.

== Pince à effet Hall ==
[[Fichier:Hall-Effect-diagram.svg|vignette|redresse|Principe de l'effet Hall.]]

Lorsque le courant est [[Courant continu|continu]], on peut le mesurer grâce au principe de l’[[effet Hall]], du nom du physicien [[Edwin Hall]] qui découvrit ce phénomène en 1879.

Lorsqu'un courant électrique {{Formule|§=''I''}} parcourt un matériau [[semi-conducteur]] soumis à un [[champ magnétique]] <math>\vec{B}</math> perpendiculaire au déplacement du courant, il apparaît alors une [[tension de Hall]] {{Formule|§=''V''}}{{Ind|h}}, perpendiculaire au champ magnétique. Cette tension est proportionnelle au courant qui circule ainsi qu'au champ magnétique présent, soit<ref name="Leconte">{{article|langue=fr|auteur=André Leconte|titre=Appareils de mesure de contrôle en électrotechnique|périodique=[[Éditions techniques de l'ingénieur|Techniques de l'ingénieur. Mesures-Analyses]]|numéro=R950|date= 10 juin 2000|lire en ligne=https://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/mesures-analyses-th1/instrumentation-de-mesures-electriques-42413210/appareils-de-mesure-de-controle-en-electrotechnique-r950/mesure-des-courants-r950niv10003.html#niv-sl4217527}}.</ref> : 

:<math>V_h=k_1 \, I \, B</math>

où :
* {{Formule|§=''k''}}{{Ind|1}} : coefficient de sensibilité en [[volt]]s par [[ampère]] [[Tesla (unité)|tesla]] ({{Unité||V|4=A|5=-1|6=T|7=-1}}).

Dans le cas d’une pince ampèremétrique, on souhaite mesurer le courant qui circule dans le fil enserré par les mâchoires de la pince. Comme vu précédemment, l'[[équation de Maxwell-Ampère]] assure que le courant va engendrer un [[champ magnétique]] proportionnel à son intensité.  

La pince entourant le [[fil électrique]] est composée d'un matériau [[ferromagnétique]] [[Ferromagnétisme#Les ferromagnétiques doux|doux]] tel que le fer, et le [[capteur à effet Hall]] est placé dans l'[[entrefer]] du circuit magnétique. Le matériau ferromagnétique va canaliser toutes les [[lignes de champ]] du champ magnétique <math>\vec{B}</math> induit par le courant {{Formule|§=''I''}}{{Ind|2}} circulant dans le conducteur et va ainsi les diriger dans le circuit secondaire.   

[[Fichier:Pince à effet Hall.png|vignette|upright|Vue en coupe d'une pince ampèremétrique à effet Hall.]]

Si le matériau ferromagnétique possède un [[champ coercitif]] faible, le champ magnétique <math>\vec{B}</math> est proportionnel au courant {{Formule|§=''I''}}{{Ind|2}}. En effet, si celui-ci est traversé de façon longitudinale par un courant constant, la mesure de sa [[tension de Hall]] transversale {{Formule|§=''V''}}{{Ind|h}} permettra de remonter au champ magnétique d'après la relation suivante<ref name="Leconte" /> :   

: <math>B=k_2 \, I_2</math>

où :
* {{Formule|§=''k''}}{{Ind|2}} : coefficient de sensibilité en [[volt]]s par [[ampère]] et par [[Tesla (unité)|tesla]] ({{Unité||V|4=A|5=-1|6=T|7=-1}}).  

À partir du champ magnétique engendré par le fil, on peut trouver la valeur du courant circulant dans le fil entouré par la pince par un calcul de [[magnétostatique]] en utilisant la relation de proportionnalité entre la tension de Hall mesurée et le courant traversant le conducteur :  

: <math>V_h=k_2 \, I_2 \, I_1</math>.

La mesure du courant réalisée avec une pince à effet Hall est très précise car l'intensité du champ magnétique varie avec le courant circulant dans le fil conducteur. Il est ainsi possible de détecter et mesurer des signaux alternatifs de formes complexes avec un faible [[déphasage]] jusqu'à {{Unité|1|kHz}}{{Référence nécessaire|date=10 avril 2019}}.

; Remarque : la tension obtenue n’étant que de l'ordre de la dizaine de millivolts elle nécessite une [[Amplificateur électronique|amplification]] avant d'être convertie en numérique<ref name="Leconte" />.
{{clr}}
== Notes et références ==
{{Références|taille=40}}

== Voir aussi ==
{{Autres projets
 | commons = Category:Clamp meters
 | commons titre = Pinces ampèremétriques
}}

=== Articles connexes ===
* [[Mesure de courant]]
* [[Transformateur de courant]]
* [[Ampèremètre]]
* [[Courant électrique]]

{{Palette Électricité}}

{{Portail|électricité et électronique}}

[[Catégorie:Instrument de mesure électrique]]
[[Catégorie:Pince]]
[[Catégorie:Dispositif électromagnétique]]
[[Catégorie:Transformateur électrique]]