QCM : Capteurs et instrumentation industrielle (61 questions)

Explication

Le capteur prélève le mesurande et le transforme en une grandeur exploitable, souvent électrique, qui représente la mesure. Le signal de sortie n’est pas le mesurande lui-même, une grandeur d’influence est une perturbation, et la commande mécanique relève d’un autre dispositif.

Explication

Une grandeur étrangère qui perturbe le capteur et provoque une erreur sur son signal est une grandeur d’influence. La pression est ici le mesurande, le signal de sortie représente cette mesure, et le domaine dynamique concerne des variations rapides du mesurande.

Explication

Le domaine statique comprend les phénomènes stables ou lentement variables et s’étend par convention de zéro à quelques hertz. Le domaine dynamique vise les variations à fréquence élevée; les moyennes et hautes fréquences correspondent à des fréquences bien supérieures.

Explication

L’interrupteur de position est un capteur mécanique à microcontacts dont le contact s’ouvre ou se ferme sous l’action mécanique d’un organe de commande. L’inductif réagit à un objet métallique sans contact, le capacitif à une matière par variation du champ électrique et le photoélectrique à une modification de la lumière reçue.

Explication

Un détecteur inductif repère sans contact les objets métalliques par la variation d’un champ magnétique à l’approche d’un objet conducteur. Le champ électrique caractérise le détecteur capacitif, le microcontact la détection mécanique et la lumière reçue le détecteur photoélectrique.

Explication

Un détecteur capacitif détecte sans contact une matière quelconque grâce à la variation d’un champ électrique lorsqu’elle s’approche. L’inductif vise les objets métalliques conducteurs, tandis que l’interrupteur de position exige une action mécanique et que le photoélectrique dépend de la lumière reçue.

Explication

Le choix doit prendre en compte les conditions d’exploitation, l’effort d’actionnement, l’ambiance et la température, la protection contre les chocs et les liquides, le nombre de cycles, le circuit et ses contacts, ainsi que la place disponible. Se limiter à la cible ou à la portée écarte plusieurs contraintes essentielles d’installation et d’utilisation.

Explication

Le codeur incrémental fournit des impulsions liées au déplacement angulaire, et leur comptage ou décomptage permet de déterminer la position. Un code binaire propre à chaque position caractérise le codeur absolu, tandis que le déphasage A-B sert à déterminer le sens de rotation et la résolution indique les points par tour.

Explication

Le codeur absolu associe un code binaire à chaque position angulaire, ce qui donne directement la position. Le comptage d’impulsions et la résolution par tour relèvent du codeur incrémental, tandis que le déphasage sert à distinguer le sens de rotation.

Explication

Un signal analogique peut prendre une infinité de valeurs dans un intervalle, alors qu’un signal numérique en prend un nombre fini, souvent une puissance de deux. La confusion entre amplitude variable et analogique néglige le caractère fini des huit niveaux; une variation continue ne décrit pas le second signal.

Explication

Un capteur actif fonctionne comme un générateur et convertit directement une forme d’énergie en énergie électrique; un capteur passif fait varier une impédance mesurée dans un circuit alimenté. Inverser ces principes conduit à intervertir les catégories, et la présence d’un signal électrique ne suffit pas à définir un capteur actif.

Explication

Le transmetteur convertit le signal de sortie du capteur en un signal de mesure standard et assure le lien avec le système de contrôle-commande. Le capteur prélève l’information, tandis que le système de contrôle-commande reçoit et exploite le signal standardisé.

Explication

La phase organique, moins dense, monte depuis le bas tandis que la phase aqueuse descend depuis le haut, ce contact favorisant le transfert du soluté vers l’aqueuse. L’inversion des sens confond les entrées, le transfert vers l’organique inverse le sens du transfert, et une montée commune supprime le contre-courant décrit.

Explication

Les cannes C2 et C3 servent à mesurer le niveau d’interface. C1 et C2 mesurent la masse volumique organique, C3 et C4 celle de la phase aqueuse, tandis que C1 et C4 ne constituent pas la paire d’interface.

Explication

La loi de Beer-Lambert relie l’intensité transmise à l’intensité incidente par $I_T = I_0 e^{-\alpha LC}$, avec une atténuation exponentielle dépendant de l’absorption, de l’épaisseur et de la concentration. Un exposant positif décrit une amplification, une soustraction linéaire omet le modèle exponentiel, et la division par $C$ inverse la dépendance à la concentration.

Explication

Les plateaux perforés horizontaux et les à-coups de pression produits par la jambe de pulsation favorisent la formation de l’émulsion. Une pression continue ne correspond pas aux impulsions d’agitation, et la différence de densité explique la migration des phases, pas à elle seule la formation de l’émulsion.

Explication

Le sel de nylon est une solution d’hexaméthylène diamine et d’acide adipique ; l’eau est éliminée par évaporation avant la polymérisation dans le finisseur. La polymérisation ne précède pas cette évaporation, et le sel n’est ni du nylon déjà polymérisé ni un produit traité après le finisseur.

Explication

Les transmetteurs sont gradués de 0 à 100 % et leur mode direct fait varier le signal dans le même sens que la grandeur physique. Une diminution correspondrait au mode inverse, et une plage exprimée seulement en 4 à 20 mA ne reprend pas l’échelle indiquée.

Explication

Dans cette boucle, la pression du positionneur électropneumatique et le niveau augmentent avec le signal de commande, tandis que la vanne est fermée en absence de signal. La pression qui diminue inverse son action, le niveau qui diminue inverse l’effet sur le niveau, et la vanne ouverte sans signal contredit son état de repos.

Explication

La température de la cuve B est mesurée par une sonde PT100 à 3 fils, et son conditionneur délivre un signal de 4 à 20 mA pour la plage de 15 à 80 °C. Le thermocouple confond le type de sonde, le signal 0 à 10 V change la sortie, et le raccordement à 2 fils ne correspond pas à l’instrumentation prévue.

Explication

Les conversions reposent sur l’étalon de pression 200 à 1000 mbar et l’étalon de courant 4 à 20 mA. L’échange des unités confond les étalons, la plage 0 à 800 mbar décale l’échelle de pression, et 0 à 20 mA remplace le standard de courant prévu.

Explication

La grandeur réglée est la grandeur physique que l’on désire contrôler et elle donne son nom à la régulation. La grandeur réglante sert à agir, la consigne est la valeur cible, et une grandeur perturbatrice influence la grandeur contrôlée.

Explication

La consigne est la valeur que doit prendre la grandeur réglée, donc 60 °C représente ici la cible. La mesure réelle est la valeur mesurée, la grandeur réglante est le moyen d’action et une perturbation est une influence sur le système.

Explication

La chaîne de régulation mesure la grandeur réglée avec un capteur, compare la mesure à la consigne dans le régulateur, puis agit sur la grandeur réglante par l’organe de réglage. Faire comparer l’organe de réglage inverse les rôles, agir avant la comparaison bouleverse la séquence, et omettre la mesure supprime le retour d’information.

Explication

En asservissement, la grandeur réglée doit suivre rapidement les variations de la consigne. Le maintien malgré les perturbations caractérise la régulation, tandis que la grandeur réglante est l’action choisie pour contrôler la grandeur réglée, et non la variable suivie.

Explication

Le PCF représente les appareils, les organes de puissance, les fluides et les grandeurs utiles du procédé. Le schéma TI ajoute l’instrumentation et ses liaisons, tandis qu’un schéma fonctionnel décrit les relations entre grandeurs.

Explication

Le schéma TI est un PCF instrumenté : il ajoute les appareils de mesure, de contrôle et de calcul, les actionneurs et leurs liaisons. Un PCF ne détaille pas ces éléments instrumentés, et un schéma fonctionnel représente des relations entre grandeurs.

Explication

Dans le symbole d’un instrument, la première lettre indique la grandeur mesurée, ici la température; les lettres suivantes précisent la ou les fonctions. « Indication » et « enregistrement » sont des fonctions, pas la grandeur mesurée.

Explication

La première lettre désigne la grandeur réglée; un I en deuxième position indique un régulateur indicateur, et un C en deuxième ou troisième position désigne la fonction de régulation. La fonction mathématique associée à Y concerne le symbole d’un appareil de calcul.

Explication

Le schéma fonctionnel représente les relations entre les grandeurs physiques d’une boucle à l’aide de lignes de parcours, de blocs gain et de sommateurs ou soustracteurs. Le PCF et le schéma TI représentent plutôt le procédé et ses équipements.

Explication

Un procédé est naturellement stable lorsqu'une variation finie de la grandeur réglante entraîne une variation finie de la grandeur réglée. Une variation continue de la sortie correspond à un procédé naturellement instable.

Explication

L’erreur statique est définie par $\varepsilon_s=W-X$. Ici, $24-21=3$; inverser la différence donne $-3$, tandis que l’addition ne correspond pas à la définition.

Explication

La caractéristique statique exprime la sortie $S$ en fonction de l’entrée $E$, soit $S=f(E)$. $E=f(S)$ inverse les variables, et une courbe en fonction du temps relève d’une description dynamique.

Explication

En automatique, la sortie dépend de la mesure et de la consigne ; cette dépendance ne caractérise pas le mode manuel. La confusion avec le mode automatique inverse les modes, tandis que les réponses « mesure seule » et « consigne seule » réduisent à tort la dépendance à une seule variable.

Explication

Un procédé est direct lorsque sa sortie varie dans le même sens que son entrée. « Procédé inverse » correspond à une variation en sens opposé, « action directe » décrit le réglage du régulateur, et « action continue » qualifie le type de sortie du régulateur.

Explication

Pour un procédé direct, le régulateur doit être réglé en action inverse afin d’obtenir le sens de correction adapté. L’action directe est la règle associée au procédé inverse, tandis que les actions discontinue et continue décrivent un autre aspect du fonctionnement.

Explication

En action continue, la sortie peut prendre toutes les valeurs comprises entre 0 et 100 ; en action discontinue, elle ne prend que 0 ou 100. Les actions inverse et directe désignent le sens d’action, et non la possibilité de prendre des valeurs intermédiaires.

Explication

L’identification d’un système consiste généralement à déterminer expérimentalement sa fonction de transfert. Le réglage du régulateur est une autre opération, tandis que les signaux d’entrée et de sortie servent à l’étude sans constituer le résultat recherché.

Explication

En chaîne ouverte, la fonction de transfert est le rapport de la transformée de Laplace de la sortie à celle de l’entrée, soit $H(p)=\frac{X(p)}{Y(p)}$. L’expression inversée échange entrée et sortie, tandis que la somme et la différence ne sont pas le rapport défini.

Explication

La transformée de Laplace est définie par l’intégrale de $f(t)e^{-pt}$ de 0 à l’infini. Omettre l’exponentielle supprime le facteur de transformation, changer le signe donne un noyau différent, et commencer à 1 modifie la borne inférieure.

Explication

L’échelon-unité est nul avant l’instant initial et prend la valeur un pour $t>0$. L’inversion des valeurs décrit un échelon descendant, la croissance linéaire une rampe, et une valeur nulle après l’instant initial ne décrit pas un échelon-unité.

Explication

L’image de Laplace d’un échelon de position d’amplitude $a$ est $\frac{a}{p}$ ; avec $a=6$, elle vaut $\frac{6}{p}$. L’expression $6p$ correspond à une multiplication par $p$, tandis que $\frac{6}{p^2}$ est associée à une rampe de pente 6.

Explication

Un échelon de vitesse de pente $a$ correspond à la rampe de position $at\,u(t)$ ; ici, $a=3$. L’expression $3u(t)$ est un échelon de position, tandis que $\frac{3t^2}{2}u(t)$ correspond à une intégration supplémentaire.

Explication

Pour des blocs en série, la fonction de transfert globale est le produit des fonctions de transfert de chaque bloc. La somme correspond à des sorties de blocs en parallèle, et retenir seulement le dernier bloc néglige l’effet des blocs précédents.

Explication

Un régulateur industriel dispose de signaux normalisés de mesure et de commande visualisables, d’une consigne réglable et visualisable, ainsi que du réglage des paramètres de son algorithme. Une consigne fixe, des signaux non visualisables ou des paramètres d’algorithme fixes ne répondent pas à cette définition.

Explication

En action inverse, l’erreur est définie par $\varepsilon(p)=W(p)-X(p)$. L’expression $X(p)-W(p)$ est celle de l’action directe, tandis que l’addition ne représente aucune des deux définitions.

Explication

L’action intégrale supprime l’écart statique et devient plus forte lorsque $T_i$ diminue ; si elle est excessive, elle peut déstabiliser le procédé. La réduction du premier dépassement est associée à l’action dérivée, tandis que diminuer $T_i$ ne réduit pas l’action intégrale.

Explication

Augmenter $T_d$ réduit le premier dépassement, mais sollicite davantage l’actionneur à l’instant initial. La suppression de l’écart statique relève de l’action intégrale, et l’effet annoncé sur l’actionneur est une sollicitation accrue, non réduite ou inchangée.

Explication

L’écart statique est la différence entre la consigne et la mesure en régime permanent pour une entrée en échelon de position. L’écart de rampe correspond à l’écart de traînage, l’entrée quadratique à l’écart d’accélération, et l’incertitude de mesure est une notion distincte.

Explication

Dans une boucle de transfert direct $C(p)H(p)$, l’écart est la consigne divisée par $1+C(p)H(p)$. Omettre le terme de rétroaction, ajouter une unité au résultat ou placer le transfert direct au numérateur modifie cette relation.

Explication

Une classe plus élevée améliore la précision, mais peut compromettre la stabilité ; le gain de précision ne signifie donc pas une meilleure stabilité. L’amélioration simultanée des deux confond ces effets, leur inversion les échange, et une précision inchangée nie l’effet indiqué.

Explication

Le dénominateur $1+68p$ donne la constante de temps $T=68\,\mathrm{s}$, tandis que le retard exponentiel $e^{-118p}$ correspond à $\tau=118\,\mathrm{s}$. Intervertir ces valeurs confond retard et constante de temps ; utiliser le gain ou ignorer le retard ne respecte pas le modèle.

Explication

Le correcteur PI de cet asservissement possède la fonction de transfert $C(p)=K_p\frac{1+T_i p}{T_i p}$. Le modèle constant omet l’intégration, le modèle avec dérivée ajoute une action absente, et le dernier modèle omet le facteur $p$ au dénominateur.

Explication

L’association série donne l’impédance $R_e+L_e p$ ; le transfert tension-courant est donc son inverse et peut s’écrire sous la forme du premier ordre indiquée. Inverser résistance et inductance, omettre la dynamique inductive ou placer l’impédance au numérateur ne décrit pas ce modèle.

Explication

L’action intégrale permet d’obtenir une erreur statique nulle en régime établi. L’écart transitoire maximal décrit une phase différente, l’action proportionnelle seule n’est pas le mécanisme établi ici, et l’intégrale ne rend pas l’erreur statique non nulle.

Explication

La variation de volume est $dV=S_RdN$, donc $dV=4\times0{,}5=2\,\mathrm{m^3}$. La division par la section inverse la relation, tandis que le carré et l’addition ne correspondent pas au bilan géométrique.

Explication

Le bilan donne $S_R\frac{dN}{dt}=Q_e-Q_s$, donc $\frac{dN}{dt}=(7-3)/2=2\,\mathrm{m/s}$ : le niveau monte. Une variation négative inverse le sens du bilan, la somme confond entrée et sortie, et $4\,\mathrm{m/s}$ omet la division par la section.

Explication

En régime statique, le niveau reste constant lorsque les débits entrant et sortant sont égaux. L’absence de débit n’est pas requise, et une inégalité entre les débits ferait varier le niveau.

Explication

Les relations donnent $\tau=5{,}5(5-2)=16{,}5\,\mathrm{s}$ et $T=2{,}8(2)-1{,}8(5)=1{,}1\,\mathrm{s}$. L’interversion attribue à chaque paramètre la formule de l’autre; le facteur manquant et la somme remplacent incorrectement les relations données.

Explication

Le dégazeur réduit les concentrations d’oxygène et de dioxyde de carbone dans l’eau d’appoint, ce qui diminue les risques de corrosion. La désinfection, la réduction de la dureté et l’ajout d’oxygène décrivent d’autres traitements ou effets.

Explication

Le dégazeur maintient l’eau entre $0{,}3$ et $0{,}7$ bar, et entre $107$ et $115\,°\mathrm{C}$, conditions qui correspondent à une légère ébullition. L’échange des plages confond les grandeurs; les autres choix déplacent soit la pression, soit la température hors des valeurs indiquées.