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Introduction ` a la mesure et ` a la m´ ecatronique Cours GMC-16433 Professeur

Introduction ` a la mesure et ` a la m´ ecatronique Cours GMC-16433 Professeur Jean Lemay D´ epartement de g´ enie m´ ecanique Janvier 2008 Table des mati` eres Introduction 1 1 L’approche exp´ erimentale 5 1.1 Design d’exp´ erience . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2 Analyse des incertitudes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2.1 Concepts de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2.2 Analyse d´ etaill´ ee des incertitudes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.3 Importance des ´ etalonnages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3.1 ´ Etalonnage statique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3.2 ´ Etalonnage dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.3.3 Fonction de transfert et r´ eponse en fr´ equence d’un syst` eme lin´ eaire ` a coeﬃcients constants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.3.4 R´ ealisation d’un ´ etalonnage dynamique . . . . . . . . . . . . . . . 24 2 Introduction ` a l’´ electronique 29 2.1 L’´ electronique et le g´ enie m´ ecanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.2 Notions de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.2.1 Source de tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.2.2 Source de courant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.2.3 Conduction et r´ esistance ´ electrique . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.2.4 Le condensateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.2.5 L’inductance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.2.6 Combinaisons RCL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.3 Ampliﬁcateur op´ erationnel et circuits de base . . . . . . . . . . . . . . . 48 3 Acquisition de donn´ ees 53 3.1 G´ en´ eralit´ es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.2 ´ Echantillonnage et recouvrement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.3 Conversion A/N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 i 3.4 Composantes de base d’un syst` eme d’acquisition de donn´ ees . . . . . . . 62 3.5 Pr´ e-traitement des signaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4 Introduction au post-traitement des signaux 71 4.1 Notions de statistiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 4.2 Calculs de r´ egression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.2.1 Fonctions impliquant la r´ esolution d’un syst` eme lin´ eaire . . . . . . 79 4.2.2 Coeﬃcients de corr´ elation et de r´ egression . . . . . . . . . . . . . 81 5 Mesure de la temp´ erature 85 5.1 G´ en´ eralit´ es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 5.2 D´ etecteurs ` a variation de r´ esistance ´ electrique (RTD) . . . . . . . . . . . 89 5.3 Thermistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 5.4 Thermocouples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 6 Mesure de la pression 107 6.1 Concepts de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 6.2 Capteurs de pression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 7 Mesure du d´ ebit 119 7.1 Conservation de la masse, d´ ebit massique et d´ ebit volumique . . . . . . . 119 7.2 Classiﬁcation des d´ ebitm` etres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 7.3 Exemple de standard international: la Norme ISO 5167 . . . . . . . . . . 136 8 Mesure des forces et des d´ eformations 153 8.1 Rappel sur les contraintes et les d´ eformations . . . . . . . . . . . . . . . 153 8.2 Extensom´ etrie et jauges ` a variation de r´ esistance ´ electrique . . . . . . . . 159 8.3 Mesure d’une variation de r´ esistance ´ electrique: le pont de Wheatstone . 162 8.4 Utilisation des jauges de d´ eformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 8.5 Les cellules de charge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 8.5.1 Principaux types de cellules de charge . . . . . . . . . . . . . . . 171 8.5.2 Quelques applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 9 Mesure de la position 177 9.1 Potentiom` etres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 9.2 LVDT, RVDT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 9.3 Techniques bas´ ees sur des principes optiques . . . . . . . . . . . . . . . . 180 9.4 Capteurs ultrasoniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 9.5 Capteurs magn´ etostrictifs . . . uploads/Ingenierie_Lourd/ introduction-a-la-mesure-et-a-la-mecatronique.pdf