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SYSTÈMES DES CHAINES DE MESURE Par: FANNOU JEAN-LOUIS COMLAN, PhD Maître en Phy

SYSTÈMES DES CHAINES DE MESURE Par: FANNOU JEAN-LOUIS COMLAN, PhD Maître en Physique-chimie Professeur certifie en physique-chimie (PCT) Master Recherche Sciences Pour Ingénieur en Energétique Master en informatique Master en Instrumentation des Moyens d’Essai PhD en Energies renouvelables (solaire et géothermie) Email: jlfannou@gmail.com COURS#1 PLAN DE COURS Objectif général : Cette UE vise à sensibiliser les étudiants sur la mesure et de leur permettre de se familiariser avec les différents types de capteurs industriels et leurs principes en vue de comprendre les différents éléments constituant une chaîne de mesure, Objectifs spécifiques : Comprendre les types de mesures. Savoir évaluer et estimer les incertitudes de mesures. Comprendre les éléments d'une chaîne de mesure ou d'acquisition de données. Connaître les principes de fonctionnement des capteurs industriels. Choisir un capteur en fonction de l’application industrielle mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 2 PLAN DE COURS Modalités d’évaluation : Le mode d'évaluation est celui du contrôle continu des connaissances par devoir surveillés écrits. Il y aura deux (2) contrôles et éventuellement un projet: 1er contrôle 30% 2ème contrôle 40% Projet: 30% Ou 1 examen terminal 100% Organisation du cours Partie 1: Dr FANNOU Partie 2 : Ing HOUSOUNNOU mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 3 PLAN DE COURS Composantes (ECU) et contenu (principaux thèmes) Introduction Techniques de mesure et capteurs Vocabulaire utilisé en mesure Evaluation des incertitudes des mesures Généralités sur les capteurs Classification des capteurs Critères de performance ou caractéristiques métrologiques des capteurs Critères de sélection mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 4 PLAN DE COURS Capteurs et mesures de grandeurs physiques Mesure et capteurs de position, de proximité et de déplacement Mesure et capteurs de température Mesure et capteurs de pression et de niveaux Mesure et capteurs de force et de couple Mesure et capteur de déformation Capteurs sismiques Notion de conditionneurs du signal Numérisation du signal Centrale d’acquisition mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 5 PLAN DE COURS Modalités d’enseignement-apprentissage Cours magistraux avec une nette participation des apprenants, Travaux dirigés Traitement de données avec excel ou matlab Eventuellement des mini-projets Bibliographie Georges Asch, Les capteurs en instrumentation industrielle, Dunod F. Baudoin, M. Lavabre, Capteurs : principes et utilisations, Éd. Casteilla, 2007 Responsables de l’UE Dr FANNOU Jean-Louis, jlfannou@gmail.com mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 6 INTRODUCTION La Mesure: Définition Quantification d’une grandeur physique par comparaison avec une grandeur de référence. Grandeur de référence ou étalon Pourquoi la mesure et dans quel but? Validation des normes Contrôle et Assurance de la qualité Suivi de la fabrication Éviter les catastrophes Validation des codes de calcul de modèle Optimisation des procédés (automatisation, régulation, etc..) Caractérisation de matériaux et des interfaces ( Les Connaître afin de les améliorer). etc… mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 7 INTRODUCTION Comment mesurer? Instruments de mesure Chaîne de mesures Ensemble de dispositifs( blocs) Le Capteur est le premier élément de la chaîne de mesure mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD Phénomène physique Capteur Mesure traitement Mesure traitée Utilisation : Caractérisation Contrôle Vente Modélisation, Etc... 8 INTRODUCTION mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 9 INTRODUCTION Comment mesurer? Instruments de mesure, deux types Deux sortes de mesure Mesure directe mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD Grandeur à mesurer Référence Comparaison 10 INTRODUCTION Comment mesurer? Mesure directe Exemple de règle, Balance à plateaux) mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD M Masse étalon 11 INTRODUCTION Comment mesurer? Mesure indirecte Utilisation d’une loi de comportement physique mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD Grandeur à mesurer E Sortie S Instrument de Mesure Instrument de référence Sortie Sref Comparaison 12 Théorie de la Mesure et du capteur mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 13 1-Théorie de la mesure mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 14 1.1Vocabulaire utilisé en métrologie mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 15 Vocabulaire utilisé en métrologie mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 16 Vocabulaire utilisé en métrologie mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 17 Vocabulaire utilisé en métrologie mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 18 Vocabulaire utilisé en métrologie mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 19 Vocabulaire utilisé en métrologie mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 20 Vocabulaire utilisé en métrologie mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 21 Rappel statistique Notion de Statistique mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 22 1.2-Estimation des incertitudes de mesure mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 23 Estimation des incertitudes élémentaires Deux types d’incertitude de mesure selon la norme NF ENV 13005 : T ype A T ype B mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 24 Estimation des incertitudes élémentaires Remarques : L’incertitude d’un résultat de mesure reflète l’impossibilité de connaître exactement la valeur du mesurande, il demeure une estimation. Le résultat peut sans qu’on le sache être très proche de la valeur vraie mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 25 Estimation des incertitudes élémentaires Quelques sources d’incertitudes 1. Définition incomplète du mesurande : Ex. On a oublié un paramètre (effet de la température, …) 2. Réalisation imparfaite de la définition du mesurande : Ex. On mesure en fait le mesurande+bruit 3. Echantillonnage non représentatif : Ex. On mesure la composition d’un tas de gravats de 1 tonne en prélevant quelques grammes … mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 26 Estimation des incertitudes élémentaires Quelques sources d’incertitudes 4. Connaissance insuffisante des conditions de l’environnement ou de leurs effets : Ex. : Faut il prendre en compte la poussée d’Archimède de l’air lors d’une pesée ? 5. Biais dû à l’observateur pour la lecture des données : Ex. Instrument analogique, parallaxe 6. Résolution de l’instrument : L’instrument ne distingue pas des mesurandes à moins de x 7. Valeurs inexactes des étalons mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 27 Estimation des incertitudes élémentaires Quelques sources d’incertitudes 8. Valeurs inexactes des constantes ou des paramètres de traitement de données : Ex données nucléaires 9. Approximations et hypothèses introduites dans la méthodes : Ex. Problème de temps mort 10. Variations entre observations répétées du mesurande : Ex. Dérive de l’instrumentation Etc… mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 28 Estimation des incertitudes élémentaires mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 29 Estimation des incertitudes élémentaires mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 30 Estimation des incertitudes élémentaires mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 31 Estimation des incertitudes élémentaires mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 32 Estimation des incertitudes élémentaires mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 33 Estimation des incertitudes élémentaires mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 34 Estimation des incertitudes élémentaires Incertitude de lecture sur un affichage digital ou sur une grandeur numérisée: Incertitude de mesure sur des graduations Distribution uniforme: Distribution triangulaire : Appareil analogique Incertitude sur une valeur constructeur U=p%*X+m*Digit (X la mesure) mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 35 Estimation des incertitudes élémentaires où « digits » signifie en fait « least significant digits », qu’on peut traduire par « unités de lecture ». Cela signifie qu’il faut prendre comme incertitude-type la somme de p % de la valeur affichée et de m fois la plus petite puissance de dix affichée pour obtenir l’incertitude élargie U, puis diviser par le facteur d’élargissement k annoncé par la notice (si nécessaire) pour obtenir l’incertitude-type u(x) = U/k. Remarque: La valeur d’« un digit » est donnée aussi par la résolution. mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 36 Estimation des incertitudes élémentaires mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD Incertitude totale Cette équation est valable à condition que toutes les sources d’incertitude soient indépendantes, quelque soit le type (A ou B) d’évaluation des incertitudes individuelles 37 Estimation des incertitudes élémentaires mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 38 Estimation des incertitudes élémentaires mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 39 Estimation des incertitudes élémentaires mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD Lorsque les grandeurs d’entrée xi sont indépendantes, l’incertitude-type composée de y est obtenue par la formule de propagation des incertitudes-types: 40 La formule précédente peut se généraliser au cas où des corrélations existent entre les paramètres: où u(xi,xj) = u(xj,xi) est la covariance estimée associée à xi et xj ; en particulier, u(xi,xi) = u2(xi). Estimation des incertitudes élémentaires mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 41 2-Capteurs mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 42 Capteurs : généralités Dispositif assurant la conversion d’une quantité mesurée en un signal interprétable relié à la mesure par une relation simple. mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 43 Capteurs : généralités Perturbation parasite Grandeur physique dont les variations influent sur le fonctionnement du capteur ou la qualité de la mesure. Température, vibrations, humidité, alimentation électrique, perturbations électromagnétiques, … Dans la conception du capteur, on doit chercher à minimiser l’influence indésirable de ces grandeurs ou prévoir un dispositif de compensation. mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 44 Capteurs : généralités Signal de sortie Électrique Courant analogique (ex.: 0 à 20 mA) Tension analogique (ex.: 0 à 10 V) Tension digitale (ex.: 0 ou 5 V) Pneumatique Ex.: 3 à 15 psig Message transmis suivant un protocole de communication prédéfini Branchement sur un réseau informatique mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 45 Capteurs : généralités Structure interne mars 20 FANNOU Jean-Louis Comlan, PhD 46 CAPTEURS: généralités Structure interne Corps d’épreuve Réagit sélectivement à la uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-capteurs-1-ensgep-v2.pdf