Fiche de révision : Mesure et chaînes de contrôle

📋 Plan du Cours

1. Grandeurs et mesurandes
2. Constitution de la chaîne
3. Capteurs et sensibilité
4. Conversion et traitement numériques
5. Caractéristiques et choix
6. Étalonnage et traçabilité
7. Programme d’étalonnage

📖 1. Grandeurs et mesurandes

🔑 Notions clés & Définitions

• Mesure : Consiste à obtenir expérimentalement une ou plusieurs valeurs que l’on peut raisonnablement attribuer à une grandeur.
• Mesurande : Grandeur que l’on veut mesurer.

★ À maîtriser

📌 La valeur d’une grandeur est le produit d’un nombre par une unité, et une valeur physique sans unité n’a aucune signification.

Compléments

• Les sept unités de base du Système international sont:
  • le kilogramme pour la masse
  • le mètre pour la longueur
  • la seconde pour le temps
  • l’ampère pour le courant électrique
  • le kelvin pour la température
  • la mole pour la quantité de matière
  • la candela pour l’intensité lumineuse

💡 Astuce mémo

Mesurande = ce que l’on mesure ; grandeur = valeur avec unité

📖 2. Constitution de la chaîne

🔑 Notions clés & Définitions

• Conditionneur : Interface entre le capteur et le système de traitement numérique.
• Afficheur : Présente la valeur mesurée sous forme analogique, numérique ou multifonction.

★ À maîtriser

• 🔄 Une chaîne de mesure transforme une grandeur physique en information affichée grâce à:
  1. un capteur
  2. un conditionneur
  3. un convertisseur analogique-numérique
  4. un système numérique de calcul
  5. un afficheur

Compléments

• Le conditionneur peut:
  • amplifier le signal du capteur
  • filtrer les parasites ou le bruit indésirable
  • adapter l’impédance
  • ajouter un décalage de tension
  • linéariser le signal
  • assurer une isolation électrique

💡 Astuce mémo

Capteur → conditionneur → CAN → calcul → afficheur

📖 3. Capteurs et sensibilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Capteur : Transforme une grandeur physique d’entrée, appelée mesurande, en un signal électrique généralement égal à une tension, une résistance ou une intensité.

★ À maîtriser

📐 Formule — La sensibilité du capteur vérifie $S=\frac{\Delta\text{Sortie}}{\Delta\text{Entrée}}$ et correspond au coefficient directeur de la relation linéaire entre la sortie et l’entrée.

📌 Un capteur actif convertit une composante de puissance propre à la grandeur physique ou émet un signal puis mesure la réponse, tandis qu’un capteur passif est un dipôle dont l’impédance varie sans émission propre.

Compléments

• Les principaux principes de capteurs présentés sont:
  • l’effet thermoélectrique
  • l’effet photoélectrique
  • l’effet Hall
  • l’effet piézoélectrique

💡 Astuce mémo

Actif : émet et mesure une réponse ; passif : son impédance varie

📖 4. Conversion et traitement numériques

🔑 Notions clés & Définitions

• CAN : Convertit un signal analogique en valeur numérique et constitue l’interface entre le monde continu et le monde discrétisé.

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour un CAN de 8 bits, le nombre de niveaux vaut $2^8=256$, soit 255 niveaux utilisables lorsque le comptage commence à zéro.

• Le système numérique de calcul acquiert, traite et analyse les données du CAN, calcule la grandeur physique réelle, prend des décisions ou commande un dispositif et communique avec l’afficheur.

Compléments

📐 Formule — Pour une tension de 3 V sur une plage de 0 à 5 V avec un CAN à 8 bits, le code décimal vaut $\frac{3}{5}\times255=153$.

💡 Astuce mémo

Plus de bits → davantage de niveaux → meilleure précision

📖 5. Caractéristiques et choix

🔑 Notions clés & Définitions

• Temps de réponse : Temps mis par un capteur soumis à un échelon du mesurande pour passer de sa valeur initiale S0 à x % de sa valeur finale S1.

★ À maîtriser

• 🔄 Le choix d’une mesure consiste à: identifier la grandeur et son domaine de mesure, sélectionner le capteur, vérifier la compatibilité du conditionneur, choisir le convertisseur et le système d’acquisition, intégrer le traitement et l’affichage, évaluer l’incertitude globale

Compléments

📌 Le temps de retard à la montée correspond au passage de 0 % à 10 % de la variation totale, tandis que le temps de montée correspond à la croissance de 10 % à 90 %.

• Pour s’adapter à une chaîne existante, il faut: changer exclusivement une partie de la chaîne, requalifier le cahier des charges ou l’objectif, adapter le point de mesure en modifiant le procédé

💡 Astuce mémo

Grandeur → capteur → conditionneur → acquisition → affichage → incertitude

📖 6. Étalonnage et traçabilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Étalonnage : Comparaison entre les indications d’un appareil de mesure et celles d’un étalon de référence.

★ À maîtriser

• Une procédure d’étalonnage compare plusieurs valeurs de référence aux valeurs lues par l’instrument, calcule les corrections et modélise la relation, par exemple $T_{vraie}=aT_{lue}+b$.

📌 L’étalonnage assure la correspondance entre la valeur vraie et la valeur lue, tandis que la vérification instaure une confiance avec l’utilisateur de l’outil.

Compléments

📌 Une valeur obtenue par extrapolation en dehors de la plage d’étalonnage ne peut pas être retenue ni transmise à un client.

💡 Astuce mémo

Référence comparée à l’instrument → correction → mesure fiable

📖 7. Programme d’étalonnage

★ À maîtriser

📌 Les conditions d’emploi, notamment la température, influencent la validité d’un étalonnage et peuvent introduire de nouvelles incertitudes.

• Le programme d’étalonnage doit préciser: les gammes de mesure utilisées, les incertitudes nécessaires à la conformité, les intervalles de temps assurant la validité continue

Compléments

📌 L’utilisateur doit vérifier le respect des dates, des points, des incertitudes et des valeurs prévus par le programme d’étalonnage.

📌 Le programme d’étalonnage doit être cohérent avec l’usage réel de l’instrument et tenir compte des équipements influençant directement ou indirectement les résultats.

📊 Tableaux de synthèse

Types d’afficheurs