QCM : Initiation à la métrologie (26 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quel élément placé au contact du mesurande fournit une image exploitable de celui-ci, généralement sous la forme d’un signal électrique ?

Le capteur, formé d’un corps d’épreuve et d’un transducteur
Le transmetteur, chargé de convertir le signal en valeur normalisée
L’amplificateur, chargé d’augmenter l’énergie du signal reçu
Le convertisseur numérique, chargé de coder la mesure obtenue

Le capteur, formé d’un corps d’épreuve et d’un transducteur

Explication

Le capteur associe un corps d’épreuve et un transducteur au contact du mesurande afin de produire une propriété qui en dépend et une image exploitable. Le transmetteur intervient ensuite pour mettre ce signal en forme normalisée, tandis que l’amplificateur et le convertisseur numérique remplissent d’autres fonctions.

2. Quel appareil transforme le signal électrique fourni par un capteur en une forme normalisée telle que 4–20 mA ?

Le corps d’épreuve, directement sensible au mesurande
Le microprocesseur, qui exécute le traitement numérique
Le transmetteur, aussi appelé conditionneur
Le transducteur, qui produit une propriété dépendante

Le transmetteur, aussi appelé conditionneur

Explication

Le transmetteur, ou conditionneur, met en forme le signal du capteur selon une norme comme 4–20 mA, 0–10 V ou 0,2–1 bar. Le capteur reste l’élément placé au contact du mesurande, contrairement au transmetteur.

3. Quelle différence caractérise principalement une chaîne de mesure analogique par rapport à une chaîne numérique ?

La chaîne analogique supprime le conditionneur, tandis que la chaîne numérique ajoute un amplificateur avant le capteur
La chaîne analogique comporte un transmetteur, tandis que la chaîne numérique recourt à un convertisseur analogique-numérique et à un système d’acquisition
La chaîne analogique mesure sans capteur, tandis que la chaîne numérique relie directement le mesurande au microprocesseur
La chaîne analogique comporte un convertisseur analogique-numérique, tandis que la chaîne numérique conserve un transmetteur pour chaque mesure

La chaîne analogique comporte un transmetteur, tandis que la chaîne numérique recourt à un convertisseur analogique-numérique et à un système d’acquisition

Explication

Une chaîne analogique comprend notamment un amplificateur et un transmetteur, alors qu’une chaîne numérique les remplace notamment par un convertisseur analogique-numérique et un système à microprocesseur ou d’acquisition. Le capteur et le conditionneur restent intégrés à la chaîne de mesure.

4. Dans une installation où le signal du capteur est numérisé avant son traitement par un microprocesseur, quelle architecture est utilisée ?

Une chaîne analogique avec transmission normalisée
Une chaîne numérique de mesure
Une chaîne de mesure limitée au conditionnement
Une chaîne de mesure fondée sur une amplification directe

Une chaîne numérique de mesure

Explication

La numérisation du signal par un convertisseur analogique-numérique avant son traitement par un microprocesseur caractérise une chaîne numérique. Une chaîne analogique s’appuie plutôt sur l’amplification et la transmission du signal sous forme analogique.

5. Que désigne la gamme de mesure d’un instrument ?

La différence entre la valeur maximale et la valeur minimale
L’ensemble des valeurs du mesurande mesurables correctement
La plage dans laquelle les performances du capteur sont garanties
La zone où le capteur reste intact après une surcharge

L’ensemble des valeurs du mesurande mesurables correctement

Explication

La gamme de mesure est l’ensemble des valeurs du mesurande pour lesquelles l’instrument est supposé fournir une mesure correcte. La différence entre les bornes correspond à l’étendue de mesure, tandis que les deux autres réponses décrivent des domaines liés à la tenue du capteur.

6. Un instrument possède une limite minimale de 20 °C et une limite maximale de 120 °C ; quelle est son étendue de mesure ?

E=120 ∘CE = 120\,^{\circ}\mathrm{C}
E=20 ∘CE = 20\,^{\circ}\mathrm{C}
E=140 ∘CE = 140\,^{\circ}\mathrm{C}
E=100 ∘CE = 100\,^{\circ}\mathrm{C}

$$E = 100\,^{\circ}\mathrm{C}$$

Explication

L’étendue se calcule par E=Mmax−MminE = M_{max} - M_{min}, donc E=120−20=100 ∘CE = 120 - 20 = 100\,^{\circ}\mathrm{C}. La gamme serait l’intervalle complet allant de 20 °C à 120 °C, et non cette différence.

7. Que permet le domaine de non-destruction d’un capteur après une sollicitation excessive ?

Il assure l’absence de toute altération tant que le capteur reste fonctionnel
Il autorise un retour aux performances spécifiées sans vérifier l’étalonnage
Il garantit les caractéristiques métrologiques prévues pendant toute la sollicitation
Il évite la destruction physique, mais une modification permanente impose un réétalonnage

Il évite la destruction physique, mais une modification permanente impose un réétalonnage

Explication

Le domaine de non-destruction empêche la destruction physique, mais il peut entraîner une modification permanente des caractéristiques qui nécessite un réétalonnage. Le domaine nominal garantit les caractéristiques, tandis que le domaine de non-détérioration permet un retour sans altération malgré des performances momentanément non garanties.

8. Quels sont les trois types de signaux qu’un transmetteur peut délivrer ?

Des signaux hydrauliques, acoustiques et magnétiques
Des signaux thermiques, optiques et mécaniques
Des signaux analogiques, vibratoires et lumineux
Des signaux électriques, pneumatiques et numériques

Des signaux électriques, pneumatiques et numériques

Explication

Un transmetteur peut délivrer des signaux électriques, pneumatiques ou numériques. Le signal pneumatique est particulièrement adapté aux atmosphères déflagrantes, contrairement au signal électrique dans ce contexte.

9. Pourquoi le signal électrique normalisé 4–20 mA est-il largement utilisé en instrumentation ?

Il supporte de longues distances et sa valeur minimale non nulle aide à détecter une panne.
Il fonctionne sans câblage et sa valeur maximale facilite la mesure d’une panne.
Il fournit une puissance élevée et sa valeur minimale annule les perturbations.
Il mesure directement la grandeur et sa valeur maximale indique une rupture de câble.

Il supporte de longues distances et sa valeur minimale non nulle aide à détecter une panne.

Explication

Le signal 4–20 mA peut être transmis sur de longues distances et son niveau bas, égal à 4 mA, permet généralement de repérer une panne. Un signal nul n’est donc pas la condition normale de fonctionnement.

10. Comment calcule-t-on le pourcentage d’un signal analogique normalisé compris entre ses valeurs minimale et maximale ?

M%=MMmax+Mmin×100M\% = \frac{M}{M_{max}+M_{min}} \times 100
M%=M−MmaxMmax−Mmin×100M\% = \frac{M-M_{max}}{M_{max}-M_{min}} \times 100
M%=Mmax−MMmin×100M\% = \frac{M_{max}-M}{M_{min}} \times 100
M%=M−MminMmax−Mmin×100M\% = \frac{M-M_{min}}{M_{max}-M_{min}} \times 100

$$M\% = \frac{M-M_{min}}{M_{max}-M_{min}} \times 100$$

Explication

Le pourcentage se calcule en rapportant l’écart entre la valeur mesurée et la valeur minimale à l’étendue du signal. La valeur brute reste exprimée dans son unité électrique ou pneumatique, tandis que le pourcentage décrit sa position dans l’étendue.

11. Quelle relation caractérise un transmetteur linéaire entre le signal transmis MM et la grandeur mesurée GMG_M ?

M=aGM+bM = \frac{a}{G_M+b}
M=a⋅GM+bM = a \cdot G_M + b
M=a⋅GM+bM = a \cdot \sqrt{G_M}+b
M=a⋅GM2+bM = a \cdot G_M^2 + b

$$M = a \cdot G_M + b$$

Explication

Un transmetteur linéaire établit une relation affine, composée d’une pente et d’une ordonnée à l’origine, sous la forme M=a⋅GM+bM = a \cdot G_M + b. Les autres expressions décrivent des relations non linéaires.

12. Une température de 700 °C appartient à une étendue de 500 °C à 1000 °C associée à un signal 4–20 mA. Quelle combinaison est correcte ?

40 % de l’étendue et 10,4 mA
60 % de l’étendue et 10,4 mA
60 % de l’étendue et 13,6 mA
40 % de l’étendue et 12 mA

40 % de l’étendue et 10,4 mA

Explication

La température de 700 °C se situe à 40 % de l’étendue entre 500 °C et 1000 °C, ce qui correspond à 10,4 mA dans une plage de 4 à 20 mA. Confondre le pourcentage avec la valeur électrique conduit notamment à attribuer 12 mA à cette température.

13. Quelle démarche correspond à l’étalonnage d’un instrument ?

Régler le transmetteur sur sa valeur maximale et vérifier son signal lors d’un seul essai.
Appliquer des valeurs vraies avec un étalon précis, relever les mesures brutes et construire la courbe correspondante.
Mesurer la grandeur dans son environnement puis remplacer l’instrument par un modèle identique.
Comparer deux instruments en fonctionnement puis retenir la moyenne de leurs indications affichées.

Appliquer des valeurs vraies avec un étalon précis, relever les mesures brutes et construire la courbe correspondante.

Explication

L’étalonnage consiste à appliquer des valeurs vraies fournies par un appareil étalon de grande précision et à relever les mesures brutes de l’instrument. Ces couples de valeurs permettent ensuite d’obtenir sa courbe d’étalonnage.

14. Quelle précision minimale doit présenter l’étalon utilisé pour calibrer un capteur lorsque la précision recherchée est fixée ?

Une précision au moins quatre fois meilleure que la précision recherchée
Une précision au moins deux fois meilleure que la précision recherchée
Une précision légèrement meilleure selon la valeur mesurée
Une précision identique à celle recherchée pour l’instrument

Une précision au moins quatre fois meilleure que la précision recherchée

Explication

L’étalon doit être au moins quatre fois plus précis que la précision recherchée afin que sa propre incertitude influence peu le calibrage. Un étalon deux fois plus précis ou de précision équivalente ne respecte pas cette règle.

15. Que décrit la sensibilité d’un capteur ?

La différence entre les limites inférieure et supérieure de mesure
La valeur maximale du signal délivré par le capteur
La variation du signal fourni en fonction de la variation du mesurande
La stabilité du signal lorsque le mesurande reste constant

La variation du signal fourni en fonction de la variation du mesurande

Explication

La sensibilité relie la variation du signal de sortie à la variation du mesurande. L’écart entre les bornes de mesure correspond à l’étendue, qui ne décrit pas cette variation de réponse.

16. Quelle expression donne la sensibilité constante d’un capteur possédant une caractéristique linéaire ?

S=ΔSΔmS = \frac{\Delta S}{\Delta m}
S=ΔmΔSS = \frac{\Delta m}{\Delta S}
S=ΔS+ΔmS = \Delta S + \Delta m
S=ΔS×ΔmS = \Delta S \times \Delta m

$$S = \frac{\Delta S}{\Delta m}$$

Explication

Pour une caractéristique linéaire, la sensibilité est le rapport entre la variation du signal et la variation du mesurande, soit S=ΔSΔmS = \frac{\Delta S}{\Delta m}. Le rapport inverse exprime une variation du mesurande par unité de signal, et non la sensibilité définie ici.

17. Pour six mesures d’une même grandeur, quelle expression permet de calculer la moyenne expérimentale ?

xˉ=∑xi26−1\bar{x}=\sqrt{\frac{\sum x_i^2}{6-1}}
xˉ=∑xi6\bar{x}=\frac{\sum x_i}{6}
xˉ=∑(xi−xˉ)26\bar{x}=\frac{\sum (x_i-\bar{x})^2}{6}
xˉ=∑xi6−1\bar{x}=\frac{\sum x_i}{6-1}

$$\bar{x}=\frac{\sum x_i}{6}$$

Explication

La moyenne s’obtient en additionnant les six valeurs puis en divisant leur somme par le nombre de mesures. L’expression fondée sur les écarts au carré décrit une dispersion et non une valeur centrale.

18. Quelle expression faut-il utiliser pour calculer l’écart-type expérimental de nn mesures ?

σ=∑xin\sigma=\frac{\sum x_i}{n}
σ=∑(xi−xˉ)2n−1\sigma=\sqrt{\frac{\sum (x_i-\bar{x})^2}{n-1}}
σ=∑(xi−xˉ)2n\sigma=\frac{\sum (x_i-\bar{x})^2}{n}
σ=∑(xi−xˉ)n\sigma=\sqrt{\frac{\sum (x_i-\bar{x})}{n}}

$$\sigma=\sqrt{\frac{\sum (x_i-\bar{x})^2}{n-1}}$$

Explication

L’écart-type expérimental est la racine carrée de la somme des écarts quadratiques à la moyenne, divisée par n−1n-1. La moyenne, elle, est calculée à partir de la somme directe des mesures.

19. Un instrument donne une moyenne très proche de la valeur vraie, mais ses résultats sont largement dispersés. Quelle qualité caractérise principalement cette situation ?

La justesse
La répétabilité
La reproductibilité
La fidélité

La justesse

Explication

La justesse se juge par la proximité de la moyenne des mesures avec la valeur vraie, ce qui est le cas ici. La fidélité concerne plutôt la faible dispersion des résultats individuels.

20. Des mesures répétées sont regroupées autour de leur moyenne, mais cette moyenne est éloignée de la valeur vraie. Quelle propriété est principalement observée ?

Une faible erreur systématique
Une bonne justesse
Une bonne précision
Une bonne fidélité

Une bonne fidélité

Explication

La faible dispersion autour de la moyenne traduit une bonne fidélité, même si la moyenne est décalée par rapport à la valeur vraie. La justesse serait compromise par cet écart systématique à la valeur de référence.

21. Quelle condition doit être réunie pour qu’un appareil soit considéré comme précis ?

Il doit donner des résultats répétitifs sans comparaison avec la valeur réelle.
Il doit fournir une moyenne proche de la valeur vraie malgré une forte dispersion.
Il doit présenter à la fois une bonne fidélité et une bonne justesse.
Il doit produire des résultats très dispersés autour d’une moyenne stable.

Il doit présenter à la fois une bonne fidélité et une bonne justesse.

Explication

La précision associe la proximité des mesures entre elles et leur proximité avec la valeur réelle du mesurande. Une bonne répétition sans justesse ne suffit donc pas à qualifier l’appareil de précis.

22. Laquelle de ces situations correspond à une étude de répétabilité ?

Un opérateur applique des procédures différentes avec plusieurs appareils dans des environnements distincts.
Une même personne utilise le même appareil au même endroit selon la même procédure, sur une courte durée.
Plusieurs opérateurs utilisent des appareils identiques dans des lieux différents et à des moments différents.
Une personne compare deux appareils différents dans plusieurs laboratoires au cours de plusieurs semaines.

Une même personne utilise le même appareil au même endroit selon la même procédure, sur une courte durée.

Explication

La répétabilité conserve la même procédure, le même appareil, le même opérateur, le même lieu et une durée courte. Les autres situations introduisent des variations de conditions qui relèvent de la reproductibilité.

23. Quel scénario évalue principalement la reproductibilité d’une méthode de mesure ?

Un opérateur répète la même mesure avec le même appareil selon une procédure inchangée.
Des opérateurs distincts utilisent plusieurs appareils identiques dans des lieux et à des moments différents.
Une personne répète une mesure avec le même appareil au même endroit pendant quelques minutes.
Une personne réalise plusieurs lectures successives dans des conditions expérimentales constantes.

Des opérateurs distincts utilisent plusieurs appareils identiques dans des lieux et à des moments différents.

Explication

La reproductibilité examine la concordance lorsque les opérateurs, les temps, les lieux et les appareils varient selon le cadre défini. Les autres scénarios maintiennent les conditions de mesure et décrivent la répétabilité.

24. Un capteur fournit une valeur décalée d’une même quantité pour toutes les grandeurs mesurées ; quelle erreur caractérise ce comportement ?

Une erreur de gain, qui modifie la pente de la caractéristique
Une erreur d’hystérésis, liée à la mesure précédente
Une erreur de linéarité, due à une caractéristique non rectiligne
Une erreur de zéro, qui modifie le décalage de la caractéristique

Une erreur de zéro, qui modifie le décalage de la caractéristique

Explication

L’erreur de zéro correspond à l’écart entre la valeur théorique et la valeur obtenue, indépendamment de la grandeur mesurée, et elle modifie le décalage. L’erreur de gain serait plutôt une variation de la pente, principalement visible à la borne supérieure de l’étendue.

25. Pour vérifier principalement une erreur de gain dans l’étendue de mesure d’un capteur, quelle zone faut-il examiner en priorité ?

La borne supérieure de l’étendue, où l’erreur de pente devient visible
La forme générale de la courbe, qui révèle une absence de rectitude
La borne inférieure de l’étendue, où le décalage initial devient visible
La valeur précédemment mesurée, qui révèle la dépendance du résultat

La borne supérieure de l’étendue, où l’erreur de pente devient visible

Explication

L’erreur de gain est une erreur de pente de la courbe caractéristique et se manifeste principalement à la borne supérieure de l’étendue. La borne inférieure sert plutôt à observer l’erreur de zéro, qui correspond à un décalage.

26. Un capteur donne des résultats différents pour une même grandeur selon que celle-ci est atteinte en augmentant ou en diminuant le signal ; quel phénomène est ainsi observé ?

Une erreur de zéro, car la caractéristique présente un décalage
Une hystérésis, car le résultat dépend de la mesure précédente
Une erreur de gain, car la pente varie vers la borne supérieure
Une erreur de linéarité, car la courbe ne forme pas une droite

Une hystérésis, car le résultat dépend de la mesure précédente

Explication

L’hystérésis apparaît lorsque le résultat de la mesure dépend de la mesure précédente, ce qui explique la différence entre les trajets croissant et décroissant. Une erreur de gain concerne la pente, tandis que la non-linéarité concerne la forme de la courbe.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 49 flashcards sur Initiation à la métrologie.

Qu'est-ce qu'un capteur en instrumentation ?

L'association d'un corps d'épreuve et d'un transducteur fournissant une image exploitable.

Quelle fonction remplit un transmetteur en instrumentation ?

Il met en forme le signal électrique du capteur sous une forme normalisée.

Quels éléments composent une chaîne de mesure analogique ?

Le mesurande, le capteur, le conditionneur, l’amplificateur, le transmetteur et les équipements associés.

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