Un électromètre est un appareil un peu plus précis, qui permet de mesurer à la fois les tensions positives et négatives. Pourquoi ne pas utiliser un voltmètre me dites vous? Avec une sonde haute tension on peut mesurer des tensions de plusieurs dixaines de kV.

Le problème d'une sonde, c'est qu'elle est composée de résistances. Ces résistances, même de très haute valeur, vont décharger notre objet en moins de temps qu'il ne faut pour faire la mesure. Pour vous donner un ordre d'idée, la résistance d'un électroscope est de 10TΩ au moins (la résistance du verre et de l'air), celle d'une sonde Fluke 80k-15 de 1GΩ, donc au minimum une valeur 10.000× plus élevée.

Et c'est ici que notre bon vieux tube vient à la rescousse! On va l'utiliser à l'envers, donc avec l'entrée sur l'anode et la sortie sur la grille. La tension sur l'anode est négative et celle sur la grille est positive. Mais rassurez-vous, cela fonctionne très bien.

Prenons une triode classique, un tube ECC82 fait très bien l'affaire. C'est une double triode dont on ne va utiliser qu'une section.

Nous branchons la tension de filament aux bornes 4 et 5. Normalement il faut mettre du 12.6V, mais cela fonctionne mieux avec du 4V (le 6.3V pour une utilisation normale c'est entre la borne 9 et 5+4 en parallèle). Il ne faut pas de haute tension comme avc un tube amplificateur normal, en fait ce tube ne va pas vraiment amplifier, il va plutôt réduire!

L'électrode de l'électroscope, c'est l'anode. Elle est isolée et ne perd donc pas trop rapidement sa charge. Mais elle va influence de façon électrostatique le flux d'électrons.

Les électrons sont naturellement émis par la cathode, même si elle n'est que peu chauffée. Les électrons se retrouvent sur le grille, la première électrode que le flux d'électrons rencontre. On peut augmenter le flux d'électrons en mettant la grille à un potentiel légèrement positif (maximum 2V), ainsi on est sûr que la grille va absorber tous les électrons (ils ne peuvent pas aller vers l'anode). C'est en limitant la tension de chauffage qu'on arrive à canaliser tous les électrons vers la grille (cela empèche également l'émission d'électrons secondaires sur la grille).

Nous avons donc un léger courant entre la cathode et la grille, de l'ordre de 100ùA. On règle la tension de grille pour avoir cette valeur de courant (on peut utiliser un galvanomètre à aiguille pour mesurer ce courant).

Si l'anode est mise à un potentiel negatif, elle va repousser les électrons et le courant entre la cathode et la grille sera moindre. Cela ne fonctionne pas avec une tension positive, car à ce moment l'anode va attirer tous les électrons et perdre sa charge. Mais un système permet de mesurer à la fois des tensions positives et négatives.

On peut utiliser d'autres tubes qu'un ECC82. Les tubes ECC81, ECC82 et ECC83 ont tous le même brochage, vous pouvez donc faire des essais avec les tubes et jouer avec la tension de polarisation et la tension de chauffage.

Le tube ECC82 avec lequel j'ai fait ces tests est le plus sensible, avec une tension négative de 10V on a déjà une diminution visible du courant de grille et avec une tension de 200V le courant de grille est pratiquement nul. Plus la pente d'un tube est faible, et plus le tube est sensible comme électromètre. En fait la dé-amplification correspond à la pente µ du tube. Un tube avec un µ = 100 (ECC83) dé-amplifie environ 10× plus qu'un tube avec un µ = 17 (ECC82). Le tube ECC82 qui désamplifie moins est donc plus sensible.

Les tubes à grille-cadre ne peuvent pas être utilisés, la grille est placée trop près de la cathode et le pas est trop fin pour permettre une influence suffisante de l'anode (tubes ECC189 et PCC89).

Déjà dans les années 1930 on utilisait ce type de montage, qui existe également en version symmétrique (ah oui, ce n'est pas qu'en audio qu'on utilise les circuits push pull). C'était du temps des tubes à chauffage direct, mais un tube à chauffage indirect fonctionne bien mieux. Comme les triodes avec lesquelles nous travaillons sont doubles, il nous suffit d'utiliser les deux sections d'un seul tube.

Ici il faut deux tensions: la tension de chauffage (qui sert également à la polarisation de la grille, on utilisera la version ci-dessous pour le placement des résistances) et la tension d'anode qui sert à polariser une des anodes. Ce type de circuit a été utilisé dans des voltmètres très haute tension.

Le problème de notre électromètre à triode(s), ce sont les broches: avec l'anode très proche de la grille d'un coté et du filament de l'autre coté, on a une tension de claquage d'un peu plus de 1000V (cela dépend du socquet utilisé). Mais on peut utiliser une pentode à la place d'une triode. La tension de claquage d'une pentode normale n'est pas vraiment plus élevée, mais certaines pentodes de puissance utilisent un socquet différent (EL34 pour ne citer qu'un exemple).

La pentode de déflection ligne a l'anode sur le dessus du tube et c'est là son grand avantage. La sensibilité de la pentode est également moindre, ce qui nous permet de mesurer des tensions de plus de 1000V. La sensibilité moindre est causée par les deux grilles g2 et g3 mises à la masse, ce qui réduit l'influence électrostatique de l'anode.

La meilleure pentode c'est le tube EL81 ou PL81, il s'agit d'un tube utilisé dans les premières télévisions dans les années 1950. Ce tube est relativement sensible avec une plage de fonctionnement de -50V à -2kV. On peut modifier la plage de fonctionnement en modifiant la tension de grille: plus elle est positive et plus le tube perd de sa sensibilité (le courant de grille devient également plus important et il faut alors éventuellement réduire la tension de chauffage).

Aussi étrange que cela paraisse, ce tube est toujours fabriqué. Il est vrai qu'il a été utilisé dans certains amplificateurs audio.

S'il faut un électromètre peu sensible, on a intérêt à utiliser un tube PL500 ou PL504, la tension de claquage est encore plus élevée.

Quand on effectue des mesures électrostatiques, il faut que l'anode garde bien sa charge. Or le bombardement lumineux produit une émission d'électrons de l'anode (très négative). Il faut donc monter le tube dans un boitier étanche à la lumière.

Pour la très haute tension (ordre de grandeur: 100kV) on a utilisé des tube d'émetteur de radiodiffusion (le PL504 et PL509 sont également des tubes qui peuvent être utilisés dans un émetteur), mais ces tubes sont difficiles à trouver.

En conclusion, les réglages: la polarisation de la grille (légèrement positive) détermine la sensibilité du tube (tension plus positive = moins sensible). La tension de grille modifie également le courant de grille qui lui doit être ajusté par la tension de chauffage (tension de plaque à 0V, le courant doit faire dévier le galvanomètre au maximum). Comme la tension de chauffage est très basse, cela dure plus longtemps avant que le courant de grille ne se stabilise. Il faut compter plus d'une minute, alors qu'avec une tension de filament normale cela prend moins de 20 secondes.