ETUDE DES CAS PRATIQUES D’UTILISATION DE L’APPAREIL DE MESURE

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Quelques termes de métrologie

On distingue :
− Grandeur (mesurable) : définie comme attribut d’un phénomène, d’un corps ou d’une substance, qui est susceptible d’être distinguée qualitativement et déterminée quantitativement ;
− Unité de mesure : c’est une grandeur particulière, définie et adoptée par convention, à laquelle on compare les autres grandeurs de même nature pour les exprimer quantitativement (valeur) par rapport à cette grandeur ;
− Mesurage : c’est l’ensemble des opérations ayant pour but de déterminer une valeur d’une grandeur;
− Mesurande : grandeur particulière soumise à mesurage ;
− Incertitude de mesure : c’est un paramètre, associé au résultat d’un mesurage, qui caractérise la dispersion des valeurs qui pourraient raisonnablement être attribuées au mesurande ; et
− Etalon de mesure : en métrologie, un étalon est un dispositif auquel on doit se fier pour contrôler l’exactitude des résultats fournis par un appareil de mesure.

Les grandeurs électriques et leurs unités

Les principales grandeurs électriques qu’un électrotechnicien est amené à mesurer sont les suivants :
· La tension ou différence de potentiel (d.d.p) entre deux points,
· L’intensité d’un courant dans une branche,
· La résistance d’un récepteur,
· La capacité d’un condensateur,
· La puissance dissipée dans un circuit,
· La fréquence et la période d’un signal.
Les grandeurs et unités de base dans le système international (SI) sont données par le Tableau C(1) en Annexe C. Pour mesurer une grandeur, on doit la comparer à une autre grandeur ayant la même unité. Les méthodes principales de mesure sont :

Méthode directe

On détermine la valeur de la grandeur mesurée directement avec l’appareil de mesure.
Exemple : Le courant I est mesuré par un ampèremètre.

Méthode indirecte

Les valeurs obtenues de plusieurs appareils de mesure permettent de déterminer la valeur inconnue. En effet, on mesure les grandeurs inconnues par l’application de certaines lois physiques.
Exemple : On détermine la valeur d’une résistance par la mesure de la tension et du courant qui la traverse par application de la loi d’Ohm.

Erreurs de mesures

Généralités

Quelque soit le soin apportée à la mise en œuvre de la mesure, à la précision de l’appareil, le respect des règles de manipulation, il reste toujours une incertitude ou erreur sur la mesure. Il faut faire tendre cette incertitude vers une valeur de plus en plus faible. Il est à noter que toute mesure, pour être complète, doit comporter non seulement la valeur mesurée, mais également les limites de l’erreur possible sur la valeur donnée.

Incertitudes de mesure

Incertitudes absolue 

L’erreur absolue est la différence entre la valeur mesurée Xm et sa valeur exacte Xe. En effet, l’incertitude X a une limite supérieure raisonnable de l’erreur telle que l’on puisse affirmer.
Xm – X < Xe < Xm + X : En l’absence d’indication explicite, l’incertitude absolue d’un résultat est égale à une demi-unité du dernier chiffre exprimé.

les appareils de mesure

Les appareils de mesure analogiques

Un appareil de mesure comprend généralement un ou plusieurs inducteurs fixes c’est-à-dire aimant permanant agissant sur un équipage à cadre mobile autour d’un axe fixe.

Classifications des appareils à déviations

La classification usuelle des appareils à déviation utilise la nature du phénomène physique qui régit le fonctionnement de l’appareil. On distingue plusieurs types d’appareils, dont les principaux types sont :
− Les appareils magnétoélectriques ;
− Les appareils ferromagnétiques ;
− Les appareils électrodynamiques ;
− Les appareils électrostatiques ; et
− Les appareils thermiques.

Sécurité des appareils de mesure

Les appareils de mesure doivent être conformes aux normes de sécurité qui leur sont applicables et doivent porter le marquage CE qui atteste la conformité à la directive CEM ‘Compatibilité ElectroMagnétique’ et à la directive basse tension. Le marquage de l’appareil doit comporter :
· La valeur assignée de la tension phase – neutre ;
· La catégorie d’installation et;
· Le degré de pollution.

Vocabulaires propres aux techniques numériques

Les appareils de mesure numériques sont de plus en plus utilisés du fait de leur fiabilité, leur précision, leur robustesse et leur facilité de lecture. Ils sont aussi de moins en moins onéreux et deviennent même compétitifs avec les appareils analogiques de bas de gamme. Les principales définitions utilisées par les constructeurs des appareils numériques sont :
· Information : Ce terme désigne la donnée physique à l’entrée de l’appareil ;
· Signal : C’est la grandeur électrique (courant ou tension) image de l’information ;
· Capteur : C’est le dispositif qui saisit l’information et la transforme en un signal exploitable par l’appareil de mesure ;
· Nombre de points (N) : Il correspond au nombre de valeurs différentes que peut afficher l’appareil dans une gamme de mesure ;
· Pas de quantification (q) : La plus petite valeur différente de 0 dans la gamme de mesure ;
· Digit : Désigne le dispositif qui affiche tous les chiffres de 0 á 9 de même poids dans un nombre ;
· Résolution : C’est la valeur du pas de quantification dans la gamme. Elle correspond à la plus petite variation de la valeur de la grandeur que l’appareil peut détecter dans une gamme ;
· Précision : La précision d’un appareil dépend de la résolution de l’appareil, de la qualité des composants, la précision des références de tension et de temps ;
· Cadence de lecture : Elle indique le nombre de mesures qu’effectue l’appareil en une seconde ; et
· Rejection des interférences : Elle caractérise l’affaiblissement par l’appareil des signaux parasites issus du bloc secteur et de l’environnement. Elles fausseraient la mesure si elles n’étaient pas filtrées ;

Comparaison entre les appareils numériques et analogiques

Les appareils numériques sont de plus en plus utilisés. Il ne faut pas s’imaginer que les appareils analogiques vont disparaître complètement. Dans la pratique, le technicien aura à sa disposition durant plusieurs années les deux types d’appareils. En général leur coût est moins élevé que celui de leurs homologues numériques. Enfin un certain nombre d’utilisateurs préfèrent l’affichage par aiguille que par valeurs numériques.

Caractéristiques des appareils de mesure

· Calibre de mesure : C’est la capacité maximale de l’appareil de mesure ;
· Classe de précision : La classe d’un appareil fixe la marge maximale d’incertitude de construction de l’appareil. Un appareil est dit de classe deux quand l’incertitude absolue de construction est inférieure à 2% du maximum de l’échelle (calibre) ; et
· Echelle : Repère gradué servant à comparer les valeurs représentant des grandeurs.

PRESENTATION GENERALE DE LA STRUCTURE DE L’APPAREIL

But

Le but est d’étudier un appareil de mesure permettant d’effectuer la mesure des grandeurs classiques en électronique citons entre autre la mesure ; de la tension ou différence de potentiel (d.d.p) entre deux nœuds d’un circuit électronique ; de l’intensité du courant dans une branche ; de la résistance d’un récepteur ; de la capacité d’un condensateur ; de la puissance dissipée dans un circuit ; du gain en tension, en courant et en puissance d’une portion d’un dispositif ; de la fréquence et la période d’un signal, et de pouvoir envoyer dans un circuit quelconque un signal électrique. Les données reçues via le port parallèle d’un PC 486 pourront être aisément utilisées pour une étude ultérieure une fois sauvegarder dans la mémoire dans un fichier résultat ou bien être afficher sous forme de graphique.

Principe de base

Après avoir effectué des mesures, les données obtenues seront via le port parallèle envoyées dans l’ordinateur. Et à partir d’un programme de traitement conçu en et compatible avec Windows 98 les données pourront être traitées, une commande d’une variation de signal à injecter dans un circuit quelconque pourra aussi être faite.

Le choix

Conditions sur l’appareil de mesure

− Faible coût ;
− Connexion à l’ordinateur sur une prise existante ;
− Résistante aux erreurs de manipulation ;
− Réalisation facile ; et
− Utilisation simple.

Choix du PC 486 et de Windows 

Le choix porté sur le PC 486 est due au fait que déjà il est obsolète donc sa légère baisse de côte par rapport aux dernières versions des Pentiums, par conséquent il est disponible dans les laboratoires électroniques, mais surtout parcequ’il fonctionne encore bien et qu’il détient une forte capacité. Quant au choix porté sur Windows 98, c’est d’abord le système le mieux adapté pour le PC 486, en plus d’être facile à manipuler, il est stable, très rapide au démarrage, très perfectionné mais surtout parce que l’accès au port parallèle se fait automatiquement.

Le connecteur

Le port parallèle pour imprimante dispose de 17 lignes en entrée ou sortie aux normes TTL, ce qui est plus que suffisant et on peut facilement tirer quelques milliampères d’une sortie, de quoi alimenter le montage.

Schéma synoptique général de l’appareil de mesure

On a trois grandes parties.
L’appareil de mesure proprement dit constitué d’une chaine d’acquisition de données (analogique et numérique) pour effectuer la mesure et un circuit de commande pour pouvoir commander une variation de signal dans un circuit quelconque. Un ordinateur, un PC 486, fonctionnant sous Windows 98, reçoit via le port parallèle les données de mesure ; et grâce au programme les données reçues seront traitées, des bits de commandes seront envoyés. Et enfin des périphériques comme la souris, le clavier et l’écran pour servir d’interface entre l’utilisateur de l’appareil qu’on se propose de concevoir.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE I GENERALITES SUR LA MESURE ET LES APPAREILS DE MESURES
1.) Métrologie
1.1) Définition
1.2) Quelques termes de métrologie
1.3) Les grandeurs électriques et leurs unités
a) Méthode directe
b) Méthode indirecte
1.4) Erreurs de mesures
1.4.1) Généralités
1.4.2) Incertitudes de mesure
a) Incertitudes absolue
b) Incertitude relative
1.5) Présentation d’un résultat et chiffres significatifs
a) Chiffres significatifs
b) Présentation d’un résultat de mesure
c) Conclusion
2.) Les appareils de mesure
2.1) Les appareils de mesure analogiques
a) Classification des appareils à déviations
b) Sécurité des appareils de mesure
2.2) Les appareils de mesure numériques
a) Schéma synoptique d’un appareil de mesure numérique
b) Vocabulaire propre aux techniques numériques
2.3) Comparaison entre les appareils numériques et analogiques
2.4) Caractéristiques des appareils de mesure
CHAPITRE II PRESENTATION GENERALE DE LA STRUCTURE DE L’APPAREIL
1.) But
2.) Principe de base
2.1) Le choix
a) Conditions sur l’appareil de mesure
b) Choix du PC 486 et de Windows 98
c) Le connecteur
2.2) Schéma synoptique général de l’appareil de mesure
2.3) Fonctionnement
2.3.1) Appareil de mesure
a) Chaine d’acquisition de données analogiques
b) Circuit de commande
c) Chaine d’acquisition de données numériques
2.3.2) Ordinateur
2.3.3) Les périphériques
CHAPITRE III ETUDE THEORIQUE DES DIFFERENTS ELEMENTS DE L’APPAREIL
1.) Alimentation régulée
1.1) Utilité
1.2) Description
1.3) Choix des régulateurs
2.) L’échantillonneur-bloqueur
2.1) Définition
2.2) Exemple
3.) L’amplificateur différentiel
4.) Convertisseur analogique numérique
4.1) Présentation du C.A.N.
4.2) Les étapes de la conversion
4.3) Caractéristiques essentielles
4.4) Quelques structures de C.A.N.
5.) Multiplexeur
CHAPITRE IV ETUDE DU FONCTIONNEMENT DE L’APPAREIL
1.) Explication schéma général du montage
1.1) Bloc secteur (JIRAMA)
1.2) Alimentation régulée et stabilisée
1.3) La charge
1.4) Dispositif de mesure de tension et courant et Multiplexeur
a) Amplificateurs
b) L’échantillonneur bloqueur
c) Le multiplexeur
d) Principe de mesure d’une tension
e) Principe de mesure d’un courant
1.5) Le Convertisseur Analogique Numérique (C.A.N)
1.6) Générateur de tension programmable
1.7) Dispositif de protection du port
a) Définition
b) Fonctionnement
c) Caractéristiques principales d’un optocoupleur
1.8) Port parallèle
a) Définition
b) Caractéristiques principales
c) Connecteur et signal
d) Programmation du port
e) Le port parallèle étendu
1.9) Base de données ou mise en cache des données
1.10) Registres
1.11) Horloge du système
1.12) Fichier résultat
1.13) Ecran
2.) Programme de traitement
3.) Conclusion
CHAPITRE V ETUDE DES CAS PRATIQUES D’UTILISATION DE L’APPAREIL DE MESURE
1.) Présentation des différentes mesures effectuables par l’appareil de mesure
1.1) Mesure de tension
1.2) Mesure de courant
1.3) Mesure de résistance
1.4) Mesure du gain en tension
1.5) Mesure du gain en courant
1.6) Mesure du gain en puissance
1.7) Mesure de la fréquence ou de la période d’un signal
1.8) Généralité sur les caractéristiques d’un BJT
1.8.1) Cas de fonctionnement du transistor
a) Introduction
b) Définition et description
1.8.2) Caractéristique de sortie du montage en E-C
a) Position du problème et montage fondamentale
b) Etude du fonctionnement
1.8.3) Réseau de sortie
2.) Organigramme
2.1) Mesure de tension
2.2) Mesure de courant
2.3) Mesure de la résistance d’un résistor
2.4) Mesure du gain en tension
2.5) Mesure du gain en courant
2.6) Mesure du gain en puissance
2.7) Détermination de la fréquence d’un signal
2.8) Détermination de la caractéristiques d’un BJT
3.) Présentation du logiciel
3.1) Menu général
3.2) Présentation graphique des types d’affichages
CONCLUSION
ANNEXES

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