QCM : Introduction aux capteurs et à la métrologie — 36 questions

Explication

Un capteur reçoit un stimulus physique et le convertit en un signal électrique, quelle que soit la forme de ce signal. La comparaison de grandeurs relève de l’analyse physique, tandis que le tracé d’une courbe concerne notamment l’étalonnage.

Explication

La classification par mesurande indique ce qui est mesuré, par exemple une température ou une pression. Une classification par marché décrit plutôt le domaine d’usage, comme le grand public ou l’industrie.

Explication

Une grandeur physique est un attribut que l’on peut distinguer qualitativement et déterminer quantitativement. Une référence conventionnelle correspond à une unité, tandis qu’une relation entre entrée et sortie décrit plutôt une fonction de transfert.

Explication

La physique utilise sept grandeurs physiques fondamentales. Les autres nombres proposés ne correspondent pas à cette classification de base.

Explication

La dimension renseigne sur la nature physique d’une grandeur, par exemple la longueur, alors que l’unité est la référence choisie pour la mesurer. Confondre ces notions revient à attribuer à l’unité le rôle descriptif de la dimension.

Explication

Deux grandeurs physiques peuvent être additionnées si elles ont la même dimension. Le fait qu’elles proviennent du même instrument ou aient des valeurs comparables ne garantit pas cette compatibilité dimensionnelle.

Explication

Le mesurande est la grandeur physique d’entrée dont on cherche la valeur à partir de la sortie du capteur. Le signal de sortie est noté s, tandis que la pente correspond à la sensibilité dans le domaine linéaire.

Explication

La fonction de transfert relie le signal de sortie s au mesurande m selon la relation $s=F(m)$. Écrire directement m en fonction de s supposerait une inversion particulière qui n’est pas la définition générale.

Explication

L’étalonnage utilise des valeurs connues du mesurande pour mesurer les sorties correspondantes, construire une courbe et l’exploiter. Une simple vérification ou une intervention matérielle ne constitue pas l’établissement de cette relation exploitable.

Explication

Dans le domaine linéaire, la variation de sortie est le produit de la sensibilité S par la variation du mesurande, soit $\Delta s=S\,\Delta m$. Diviser par S permettrait plutôt de retrouver $\Delta m$ à partir de $\Delta s$, sous certaines conditions.

Explication

Un capteur actif se comporte comme un générateur électrique, alors qu’un capteur passif se manifeste par une résistance, une inductance ou une capacité. La nécessité d’une excitation concerne le capteur passif, et non le capteur actif.

Explication

L’excitation permet au capteur passif de produire un signal électrique exploitable malgré son comportement résistif, inductif ou capacitif. Un tel capteur ne génère pas spontanément une tension comme le ferait un capteur actif.

Explication

Le corps d’épreuve réalise la première conversion en produisant un mesurande secondaire non électrique. Le capteur adapté convertit ensuite cette grandeur secondaire en grandeur électrique.

Explication

Le capteur intelligent associe la détection, le conditionnement, la conversion numérique, le traitement local et la communication par des protocoles comme I²C ou SPI. Un simple affichage ou une alimentation séparée ne suffit pas à le définir.

Explication

L’étendue de mesure est la plage située entre les deux limites de mesure dans laquelle les performances nominales sont garanties. La limite supérieure seule correspond au calibre, et non à l’étendue.

Explication

La résolution se calcule par $\frac{10\,\text{V}}{1000}=0{,}01\,\text{V}$, ce qui correspond à l’incrément du LSB. La précision décrit plutôt la proximité de la valeur vraie et ne se déduit pas de cette division.

Explication

La résolution correspond à la plus petite variation détectable du mesurande par l’instrument. Elle ne représente ni l’erreur de mesure, ni la limite supérieure de la plage, ni la classe de précision.

Explication

En appliquant $e=m_{mes}-m_{vrai}$, on obtient $e=12{,}4-12{,}0=+0{,}4\,\text{V}$. L’erreur de mesure est signée et orientée, contrairement à une erreur relative généralement exprimée en pourcentage.

Explication

Une erreur systématique est liée par exemple au zéro, au gain ou à la non-linéarité et peut être corrigée par étalonnage. L’erreur aléatoire fluctue de manière imprévisible et demande un traitement statistique.

Explication

L’étalonnage indirect repose sur la comparaison simultanée avec un instrument de référence stable. L’étalonnage direct utilise plutôt des références dont la valeur est connue avec une précision très supérieure.

Explication

L’étalonnage doit considérer les grandeurs d’influence et corriger les erreurs systématiques identifiées. Les traiter comme des fluctuations aléatoires empêcherait au contraire leur recalage approprié.

Explication

La justesse évalue la proximité de la valeur moyenne avec la valeur vraie, alors que la fidélité évalue la faible dispersion des mesures. Confondre ces notions revient à attribuer la dispersion à la justesse, ce qui est incorrect.

Explication

La précision regroupe les deux aspects complémentaires de la qualité de mesure : la fidélité et la justesse. La répétabilité, la résolution et le temps de réponse décrivent d’autres caractéristiques et ne constituent pas cette relation.

Explication

La répétabilité concerne des mesures réalisées dans des conditions identiques ou très proches, notamment avec le même opérateur et le même appareillage. La reproductibilité compare au contraire des conditions différentes.

Explication

Dans une distribution normale, environ 95 % des valeurs se situent entre $\mu - 2\sigma$ et $\mu + 2\sigma$. La valeur de 68 % correspond à l’intervalle plus étroit $\mu \pm \sigma$.

Explication

Le choix de l’instrument doit intégrer les conditions de fonctionnement et les contraintes du milieu, comme la salinité et la corrosion. Les caractéristiques d’interface ou de câblage ne suffisent pas à déterminer son adaptation à cet environnement.

Explication

L’indice IP indique le degré de protection de l’enveloppe contre l’eau et les poussières. La résistance aux impacts mécaniques relève de l’indice IK, tandis que les autres propositions concernent des propriétés différentes.

Explication

ATEX désigne une atmosphère pouvant devenir explosive en fonction des conditions locales et opérationnelles. La présence de poussières, la protection contre les chocs ou la stabilité thermique ne définissent pas à elles seules une atmosphère ATEX.

Explication

La thermistance est un semi-conducteur très sensible aux variations de température, alors que la RTD repose sur la variation plus linéaire de la résistance d’un métal. La mesure de déformation appartient aux jauges extensométriques, et une résistance fixe ne permettrait pas cette détection thermique.

Explication

Une Pt100 est une RTD en platine dont la résistance vaut $100\,\Omega$ à $0\,°\mathrm{C}$ et augmente lorsque la température s’élève. La valeur de $1000\,\Omega$ correspond à une Pt1000, et non à une Pt100.

Explication

La jauge extensométrique relie la variation relative de résistance à la déformation relative par $\frac{\Delta R}{R}=K\frac{\Delta L}{L}$. Les autres relations inversent ou déplacent les grandeurs et ne correspondent pas à la définition du facteur de jauge.

Explication

Une jauge extensométrique résistive est un motif conducteur, souvent en constantan ou en silicium, collé à une surface pour convertir sa déformation en variation de résistance. Une sonde en platine relève de la mesure de température, tandis qu’un indice d’enveloppe décrit une protection mécanique.

Explication

Le gyroscope mesure la vitesse de rotation angulaire, tandis que l’accéléromètre mesure l’accélération linéaire et le magnétomètre le champ magnétique terrestre. Confondre le gyroscope avec l’accéléromètre revient à attribuer aux rotations la mesure des translations.

Explication

Une cellule de charge peut mesurer des efforts en traction, en compression ou en flexion, et elle est généralement déjà étalonnée et montée en pont. Les autres descriptions attribuent à tort à la cellule de charge des fonctions propres aux capteurs inertiels ou magnétiques.

Explication

Le projet consiste à réaliser avec Arduino un capteur autonome assurant la collecte, le traitement et la transmission des données. Un système qui se limite à l’affichage ou à l’enregistrement ne couvre pas l’ensemble des fonctions visées.

Explication

Le travail pratique demande l’IDE Arduino officiel, Excel fonctionnel, une application sur smartphone pour deux étudiants et un ordinateur personnel. Les autres ensembles modifient soit les logiciels exigés, soit la répartition du smartphone, soit le type d’ordinateur requis.