Comment réaliser un inductancemètre simple

En réalisant ce montage, vous pourrez mesurer n’importe quelle inductance, en partant d’une valeur minimale de 10 microhenrys jusqu’à une valeur maximale de 10 millihenrys. Pour connaître ces valeurs, il suffit de relier sur les douilles de sortie de cet instrument un multimètre, analogique ou digital, réglé sur l’échelle 100 microampères.

Figure 1 : Sur la position 1 (100 microhenrys), vous pourrez mesurer n’importe quelle inductance, en partant d’un minimum de 10 microhenrys jusqu’à un maximum de 100 microhenrys. Sur la position 2 (1 millihenry), vous pourrez mesurer n’importe quelle inductance allant d’un minimum de 0,1 millihenry, jusqu’à un maximum de 1 millihenry. Enfin, sur la position 3 (10 millihenrys), vous pourrez mesurer n’importe quelle inductance allant d’un minimum de 1 millihenry, jusqu’à un maximum de 10 millihenrys.

Monsieur de La Palisse aurait dit “Plus on dispose d’instruments de mesure sur son plan de travail et plus nombreuses sont les mesures que l’on peut effectuer”. Bien entendu, pour que cette lapalissade puisse devenir réalité, il faut que les appareils de mesure restent d’un coût supportable.
C’est le cas du montage que nous vous proposons dans ces lignes. Sa réalisation est très économique car nous utilisons un multimètre pour assurer la partie affichage de la mesure.
C’est dans le but de répondre à l’attente des débutants, qui ne peuvent pas toujours se permettre d’acquérir des instruments de mesure coûteux, que nous vous proposons cet inductancemètre économique.
Sachant qu’en appliquant une tension à une inductance quelconque, le courant absorbé atteint son maximum en un temps proportionnel à la valeur de l’inductance, nous nous sommes servis de cette caractéristique pour réaliser cet inductancemètre simple.
En effet, pour mesurer la valeur d’une self en microhenry ou en millihenry, on applique sur ses broches une tension de forme carrée avec une fréquence déterminée, puis on mesure le courant qui circule pendant la phase de charge.
Nous obtenons de ce courant une tension qui nous servira pour alimenter les portes Nand IC1/C et IC1/D et, ensuite, nous relions la sortie de la dernière porte Nand sur la broche R d’un Flip-Flop de type D.
Avant d’analyser le schéma électrique, analysons l’étage concernant les Nand IC1/B, IC1/C et IC1/D, représenté sur la figure 4.
En appliquant un signal carré sur les deux entrées du Nand IC1/B, on retrouvera ce même signal sur sa broche de sortie 8, reliée en série avec une inductance (LX) de valeur inconnue. Cela signifie que le courant circulant à l’intérieur de cette inductance atteindra sa valeur de saturation dans un temps proportionnel à la valeur de l’inductance (voir les figures 2 et 3).
Pour vous citer un exemple, si nous introduisons dans notre circuit une inductance de 10 microhenrys, il faudra 30 nanosecondes pour atteindre la valeur de saturation, tandis qu’avec une inductance de 100 microhenrys, il faudra au moins 300 nanosecondes.
Par conséquent, sur la résistance R5, reliée en série à cette inductance (LX), nous retrouverons une tension qui atteindra sa valeur maximale en 30 nanosecondes, si la valeur de l’inductance est de 10 microhenrys, et en 300 nanosecondes, si elle est de 100 microhenrys.
Etant donné que la broche 1 du Nand IC1/C est reliée sur la résistance R5, lorsque la tension qui l’alimente atteindra une valeur d’environ 3 volts, il commutera le niveau logique de sa sortie de 1 à 0.
Le Nand IC1/D, qui suit le Nand IC1/C, est utilisé comme inverseur. Quand on trouve sur son entrée un niveau logique 0, on retrouve sur sa sortie un niveau logique 1 et vice-versa. Ce signal est ensuite appliqué sur la broche R du Flip-Flop IC3/B.
Si l’inductance a une faible valeur en microhenry ou en millihenry (et cela dépend de l’échelle que nous avons choisie grâce au commutateur S1/A), il lui faudra moins de temps pour pouvoir atteindre le seuil de 3 volts. Dans ce cas, le front montant du signal carré qui arrive sur la broche R du Flip-Flop IC3/B fournira en sortie de la broche Q un signal carré très étroit (voir figure 2).
Si l’inductance a une valeur élevée en microhenry ou en millihenry, il lui faudra plus de temps pour pouvoir atteindre le seuil de 3 volts.
Le front montant du signal carré qui arrive sur la broche R du Flip-Flop IC3/B, fournira en sortie de la broche Q un signal carré plus large (voir figure 3).
C’est pourquoi la largeur positive du signal carrée sortant de la broche Q est strictement proportionnelle à la valeur de l’inductance reliée en série à la résistance R5.
Comme vous pouvez le remarquer, on applique sur les entrées CK du Flip-Flop IC3/A et IC3/B :
- une fréquence de 1 MHz, si l’inductance à mesurer ne dépasse pas 100 microhenrys,
- une fréquence de 100 kHz, si l’inductance à mesurer ne dépasse pas 1 millihenry,
- une fréquence de 10 kHz, si l’inductance à mesurer ne dépasse pas 10 millihenrys.
Par contre, on applique sur la broche R du Flip-Flop IC3/B le signal carré prélevé sur la broche de sortie 6 du Nand IC1/D.
Avant de poursuivre, il est bon que vous sachiez à quoi correspondent les marquages sur le Flip-Flop :

D  :  signifie Data
CK : signifie Clock (horloge)
R : signifie Reset
S : signifie Set

Etant donné que la broche D du Flip-Flop IC3/B est reliée au positif de l’alimentation, dès que le front montant de l’onde carrée prélevée du Flip-Flop IC3/A atteint la broche CK, la broche de sortie Q du Flip-Flop IC3/B bascule instantanément au niveau logique 1.
Si on applique un signal carré sur la broche d’entrée R, son front montant fera commuter la sortie Q au niveau logique 0 et restera ainsi jusqu’à ce que le front montant du signal carré suivant atteigne la broche CK.
Si le front montant du signal carré qui atteint la broche R est légèrement en retard par rapport au front montant du signal carré qui atteint la broche CK, on prélèvera sur la broche de sortie Q un signal carré qui restera au niveau logique 1, pendant un temps très réduit (voir figure 2).
Si le front montant du signal carré qui atteint la broche R a un retard plus important par rapport au front montant du signal carré qui atteint la broche CK, on prélèvera sur la broche de sortie Q un signal carré qui restera au niveau logique 1 pendant un temps plus long (voir figure 3).
Pour convertir les impulsions de taille variable, provenant de la sortie Q d’IC3/B, en une tension continue, il suffit de placer, sur cette sortie, un circuit d’intégration, composé d’une résistance et d’un condensateur (voir R6 et C6 sur la figure 4).
Si ces impulsions sont très étroites, on lira sur le multimètre une faible tension, mais plus ces impulsions s’élargiront, plus la valeur de la tension augmentera.
Donc, en lisant la valeur de cette tension, on pourra facilement connaître la valeur en microhenry ou en millihenry de l’inductance placée sur les douilles d’entrée de l’instrument.

Figure 2 : En appliquant un signal carré sur la broche CK du Flip-Flop IC3/B, sa sortie Q passera au niveau logique 1. Si l’inductance reliée sur la sortie du Nand IC1/B possède une faible valeur en μH ou en mH, on retrouvera, après un temps très court, une tension de 3 volts aux bornes de la résistance R5. Cette tension portera à saturation le Nand IC1/C qui enverra un niveau logique 1 sur la broche R du Flip-Flop IC3/B, ce qui fera basculer la broche Q au niveau logique 0.

Figure 3 : Si l’inductance reliée sur la sortie du Nand IC1/B possède une valeur élevée en μH ou en mH, il faudra un temps plus important pour obtenir la tension de 3 volts aux bornes de la résistance R5.
Donc, le Nand IC1/C se saturera avec du retard et produira en sortie de la broche Q un signal carré plus large que le précédent.


Schéma électrique
Après avoir vu comment on parvient à envoyer sur la broche R un signal carré, décalée par rapport à celui atteignant la broche CK, on peut passer à la description complète du schéma électrique représenté sur la figure 4.
Pour obtenir une certaine précision dans la lecture, nous avons besoin d’une fréquence très stable, comme celle produite par un oscillateur au quartz.
En montant un quartz de 2 MHz dans la base du transistor TR1, nous retrouvons sur son collecteur une onde pratiquement sinusoïdale, que le Nand IC1/A convertit en un signal parfaitement carré.
Ce signal carré de 2 MHz est appliqué sur la position 1 du commutateur rotatif S1/A et sur la broche d’entrée 2 du circuit intégré IC2, un CD4518, contenant deux étages diviseurs par 10.
Sur broches 6 et 10, on récupère, divisée par 10, la fréquence appliquée sur l’entrée, c’est-à-dire :
2 : 10 = 0,2 MHz équivalent à 200 kHz

Tandis que sur la broche de sortie 14, on récupère, divisée par 100, la fréquence appliquée sur l’entrée, c’est-à-dire :
2 : 100 = 0,02 MHz équivalent à 20 kHz

Ces deux fréquences sont appliquées sur les positions 2 et 3 du commutateur S1/A.
- La position 1 du commutateur S1/A est utilisée pour mesurer les inductances dont la valeur ne dépasse pas 100 microhenrys.
- La position 2 du commutateur S1/A est utilisée pour mesurer les inductances dont la valeur ne dépasse pas 1 millihenry.
- La position 3 du commutateur S1/A est utilisée pour mesurer les inductances dont la valeur ne dépasse pas 10 millihenrys.
Etant donné que pour la mesure on a besoin de disposer d’un signal carré ayant un coefficient d’utilisation de 50 % (cela signifie que le temps durant lequel le signal reste au niveau logique 1 doit être parfaitement identique au temps durant lequel il reste au niveau logique 0), on utilise le Flip-Flop IC3/A qui permet également de diviser par 2 la fréquence appliquée sur la broche d’entrée CK.
Quand on tourne le commutateur S1/A sur la position 1, on retrouve sur les deux broches de sortie Q du Flip-Flop IC3/A, une fréquence de :
2 : 2 = 1 MHz

Quand on tourne le commutateur S1/A sur la position 2 (200 kHz), on retrouve sur les deux broches de sortie Q du flip-flop IC3/A, une fréquence de :
200 : 2 = 100 kHz

Quand on tourne le commutateur S1/A sur la position 3 (20 kHz), on retrouve sur les deux broches de sortie Q du flip-flop IC3/A, une fréquence de :
20 : 2 = 10 kHz

Nous rappelons que le signal carré provenant de la broche 12 de IC3/A a une polarité inversée par rapport à celle provenant de la broche 13.
Le signal carré qui provient de la broche 13 atteint l’entrée du Nand IC1/B, qui fournit un courant plus que suffisant pour alimenter l’inductance reliée sur sa broche de sortie.
Comme la résistance R5 est reliée en série avec cette inductance, on retrouve à ses bornes une tension qui, partant de 0 volt, augmente rapidement jusqu’à atteindre la valeur d’alimentation. En pratique, cette tension n’atteint jamais la valeur de 5 volts, car la résistance R5 provoque une petite chute de tension.
Lorsque la tension sur les broches de la résistance R5 atteint environ 3 volts, la sortie du Nand IC1/C passe au niveau logique 0 et le Nand IC1/D inverse ce niveau logique, de façon à ce que la broche R du Flip-Flop IC3/B, soit au niveau logique 1.
Nous avons déjà signalé le fait que pour transformer le signal carré provenant de la broche 1 de IC3/B en une tension qui soit proportionnelle à sa largeur, on utilise le circuit d’intégration composé de la résistance R6 et du condensateur C6.
Les diodes DS1 et DS2, placées en parallèle avec le condensateur C6, évitent d’envoyer violemment l’aiguille à fond d’échelle, sur un multimètre analogique, pendant le calibrage du trimmer R7.
Comme nous vous l’expliquerons par la suite, les trimmers R7 et R8 devront être réglés une seule fois pour la lecture sur le multimètre. Le trimmer R8 sera calibré pour faire dévier l’aiguille de l’instrument sur 0 lorsque nous choisirons l’échelle 100 microhenrys.
Pour alimenter ce circuit, il faut disposer d’une tension stabilisée de 5 volts.
Comme il ne consomme qu’un courant dérisoire (environ 20 mA), nous l’avons alimenté avec une pile de 9 volts et nous avons stabilisé cette tension sur la valeur de 5 volts grâce au circuit intégré IC4.

Figure 4 : Schéma électrique de l’inductancemètre.

Connexions, vues du dessus, des trois circuits intégrés.
Note : la broche 2 du Flip-Flop IC3/B (4013) n’est pas utilisée.
Connexions, vues du dessous, du régulateur 78L05 et du transistor BC547.

Figure 5 : Plan d’implantation des composants. Les broches du commutateur S1 et de l’interrupteur S2 doivent être directement insérées dans les trous prévus sur le circuit imprimé (voir figure 7).

Figure 6 : Sur cette photo, vous pouvez voir comment se présente le circuit une fois le montage des composants terminé.

Figure 7 : Avant de mettre en place le commutateur S1 sur le circuit imprimé, vous devez couper son axe à une longueur de 13 mm. Lorsque vous insérez la diode LED, vous devez la maintenir à une distance de 24 mm du circuit imprimé, en dirigeant sa patte la plus longue vers l’interrupteur S2.

Liste des composants
R1 = 1 kΩ
R2 = 47 kΩ
R3 = 330 Ω
R4 = 10 kΩ
R5 = 1 kΩ
R6 = 1 kΩ
R7 = 10 kΩ trimmer
R8 = 2 kΩ trimmer
R9 = 2,2 kΩ
R10 = 22 kΩ
R11 = 820 Ω
C1 = 47 pF céramique
C2 = 47 pF céramique
C3 = 100 nF polyester
C4 = 100 nF polyester
C5 = 100 nF polyester
C6 = 100 nF polyester
C7 = 22 μF électrolytique
C8 = 100 nF polyester
C9 = 100 nF polyester
C10 = 47 μF électrolytique
XTAL = Quartz 2 MHz
DS1 = Diode 1N4148
DS2 = Diode 1N4148
DS3 = Diode 1N4148
DL1 = Diode LED
TR1 = Transistor NPN BC547
IC1 = Intégré TTL 74HC132
IC2 = Intégré C/Mos 4518
IC3 = Intégré C/Mos 4013
IC4 = Régulateur 78L05
S1 = Commutateur rotatif 2 C, 3 P
S2 = Interrupteur
Sauf spécification contraire, toutes les résistances sont des 1/4 W à 5 %.

Figure 8 : Le circuit imprimé sera fixé sur la partie du boîtier pourvue de l’emplacement pour la pile de 9 volts. Vous fixerez, sur l’autre partie, la face avant en aluminium, déjà prépercée et sérigraphiée. Comme le boîtier plastique n’est pas prépercé lui-même, vous pourrez prendre comme référence les trous présents sur le panneau en aluminium. Pour isoler les douilles du panneau métallique, avant de les mettre en place, vous devrez retirer de leur corps la bague plastique que vous placerez ensuite côté intérieur du boîtier.



Réalisation pratique de l’inductancemètre
Montez tous les composants nécessaires sur le circuit imprimé LX.1422, en les disposant comme indiqué sur la figure 5.
Pour commencer, nous vous conseillons de monter les trois supports pour les circuits intégrés IC1, IC2 et IC3. Après avoir soudé toutes les broches sur les pistes en cuivre du circuit imprimé, insérez les résistances et les deux trimmers et, afin d’éviter toute erreur, retenez que sur le corps du trimmer R8 se trouve le numéro 202 (2 000 ohms), tandis que sur le corps du trimmer R7, vous trouverez indiqué 103 (10 000 ohms).
Poursuivez le montage en insérant les trois diodes en dirigeant la bague noire de DS1 vers la résistance R9 et les bagues noires des diodes DS2 et DS3 vers le condensateur C6 (voir figure 5).
Cette opération terminée, insérez tous les condensateurs céramiques et polyesters, puis les deux électrolytiques C7 et C10, en dirigeant leur broche positive vers le bas.
A présent, vous pouvez également insérer le petit circuit intégré stabilisateur 78L05 dans les trois trous marqués IC4, en dirigeant le côté plat de son corps vers la diode LED DL1.
Le transistor BC547 doit être inséré dans les trois trous marqués TR1, en dirigeant le côté plat de son corps vers le quartz XTAL qui devra être monté en position horizontale, comme sur la figure 5.
Insérez, sur le circuit imprimé également, l’interrupteur S2 et le commutateur rotatif S1, mais avant de souder ce dernier, vous devrez réduire la longueur de son axe à environ 13 mm (voir figure 7).
Pour compléter le montage, soudez les fils de la prise-pile et des douilles bananes, puis la diode LED DL1, en la maintenant à 24 mm de la surface du circuit imprimé pour pouvoir faire sortir sa tête de la face avant de l’inductancemètre.
Quand vous insérez cette diode LED, souvenez-vous que la patte la plus longue (A) doit être dirigée vers l’interrupteur S2 comme indiqué sur la figure 7.
Installez les supports des trois circuits intégrés en dirigeant leurs encoches-détrompeurs en U comme indiqué sur le plan d’implantation.
Ensuite, prenez le boîtier plastique et placez le panneau d’aluminium, déjà préperçé et sérigraphié, sur son couvercle.
Au travers du panneau d’aluminium, vous devez tracer les contours des sept trous, à l’aide d’un crayon papier, pour les reporter sur le couvercle plastique, le couvercle de ce boîtier n’étant pas lui-même préperçé. Il faudra donc vous procurer un foret de 7 mm pour faire le trou de passage de l’axe du commutateur S1, un foret de 5,5 mm pour faire les trous pour les douilles et pour l’interrupteur S2 et un foret de 3 mm pour faire sortir la tête de la diode LED.
Le panneau d’aluminium sera maintenu sur le couvercle du boîtier grâce aux écrous des douilles bananes.
Avant de mettre en place les douilles sur la face avant, vous devrez retirer la bague plastique, que vous enfilerez du côté intérieur du couvercle avec les écrous de fixation (voir figure 8).

Le calibrage
Une fois le montage terminé, il ne vous reste plus qu’à calibrer une seule fois les deux trimmers R7 et R8.
Le premier trimmer à calibrer est R8. Pour ce faire, procédez ainsi :
- Reliez sur les douilles de sortie votre multimètre (analogique ou digital), réglé sur l’échelle 100 microampères courant continu.
- Placez S1/A sur la position 1 (100 microhenrys), puis court-circuitez les deux douilles sur lesquelles vous placeriez normalement l’inductance à mesurer avec un morceau de fil de cuivre le plus court possible. Finalement, tournez le trimmer R8 jusqu’à ce que l’aiguille du multimètre se positionne en début d’échelle, c’est-à-dire sur 0. Ce réglage éliminera toutes les éventuelles inductances parasites dues au câblage.
Ce calibrage n’est nécessaire que sur la position 1 (100 microhenrys). En effet, sur les deux positions supérieures il est inutile car nous ne trouverons jamais une inductance parasite de 1 ou 2 microhenrys.
Pour calibrer le trimmer R7, procédez ainsi :
- A l’aide de votre multimètre, toujours relié sur les douilles de sortie, réglez S1/A sur la position 1 (100 microhenrys).
- Prenez l’inductance de référence (100 microhenrys), incluse dans le kit ou procurez-vous une inductance de cette valeur dont vous êtes sûr. Reliez-la sur les douilles d’entrée.
Ensuite, calibrez le trimmer R7 jusqu’à faire dévier l’aiguille du multimètre sur 100 microampères.
Après avoir calibré ce second trimmer, l’instrument est prêt à l’utilisation.

Comment utiliser votre inductancemètre ?
Reliez l’inductance dont vous voulez connaître la valeur sur les douilles d’entrée. Démarrez toujours depuis la position 3 correspondant à 10 millihenrys.
Si l’aiguille dévie au-delà du fond d’échelle du calibre 100 microampères, cela signifie que l’inductance en examen a une valeur supérieure à 10 millihenrys et donc que vous ne pourrez pas la mesurer avec cet appareil.
Si vous remarquez que l’aiguille dévie vers 5 microampères, vous pouvez sélectionner la position 2 ou 1, pour obtenir une mesure beaucoup plus précise.
En admettant que, sur la position 1, l’aiguille du multimètre s’arrête sur 50 microampères, vous saurez déjà que la valeur de l’inductance est de 50 microhenrys, tandis que si elle s’arrête sur 10 microampères, la valeur de l’inductance sera de 10 microhenrys.
Si vous tournez le commutateur S1 sur la position 2, vous devrez diviser par 100 les microampères lus par l’instrument car, avec cette échelle, on peut lire jusqu’à un maximum de 1 millihenry. Donc, si l’aiguille de l’instrument s’arrête sur 50 microampères, la valeur de l’inductance sera de :
50 : 100 = 0,5 millihenry

Tandis que si l’aiguille s’arrête sur 10 microampères, la valeur de l’inductance sera de :
10 : 100 = 0,1 millihenry

Si vous tournez le commutateur S1 sur la position 3, vous devrez diviser par 10 les microampères lus sur le multimètre, car avec cette échelle on peut lire jusqu’à un maximum de 10 millihenry. Donc, si l’aiguille de l’instrument s’arrête sur 50 microampères, la valeur de l’inductance sera de :
50 : 10 = 5 millihenrys

tandis que si l’aiguille s’arrête sur 20 microampères, la valeur de l’inductance sera de :
20 : 10 = 2 millihenrys

Si vous utilisez un multimètre digital, vous pouvez lire la valeur de l’inductance en cours de mesure directement sur son afficheur et avec une plus grande précision qu’avec un multimètre analogique.
Si vous mesurez des inductances dont la valeur est portée sur le corps, vous vous rendrez compte que ces composants ont une tolérance d’environ 10 %.

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