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Prof. MAKAMBO LISIKA – TECHNIQUE, INSTRUMENT de MESURE et de REGULATION G3 CHIM

Prof. MAKAMBO LISIKA – TECHNIQUE, INSTRUMENT de MESURE et de REGULATION G3 CHIMIE - Lubumbashi 2008 1 TECHNIQUE, INSTRUMENT DE MESURE ET DE REGULATION TABLE DES MATIERES TECHNIQUE, INSTRUMENT DE MESURE ....................................................................... 1 ET DE REGULATION ............................................................................................................. 1 TABLE DES MATIERES ....................................................................................................... 1 1. METROLOGIE ................................................................................................................... 3 Histoire des étalons .......................................................................................................... 4 Mesure d'une grandeur ................................................................................................ 6 Étalonnage, vérification et ajustage d'un appareil ............................................... 7 Échantillonnage ............................................................................................................. 8 Erreur de mesure ........................................................................................................... 8 2. INSTRUMENT DE MESURE ........................................................................................... 9 2.1. GENERALITES .............................................................................................................. 9 2.2. QUELQUES INSTRUMENTS DE MESURE ........................................................ 13 2.2.1. PH-METRE .............................................................................................................. 13 Fonctionnement ........................................................................................................... 13 Étalonnage ...................................................................................................................... 14 Schéma de l'électrode .................................................................................................. 14 2.2.2. MESURES ELECTRIQUES .................................................................................. 15 2.2.2.1. GALVANOMETRE .............................................................................................. 15 Cadre mobile .................................................................................................................. 15 Ferro-magnétique .......................................................................................................... 15 Thermique ....................................................................................................................... 16 Caractéristiques générales .......................................................................................... 16 Avantages et inconvénients ......................................................................................... 16 2.2.2.2. AMPEREMETRE ................................................................................................. 17 Types d'ampèremètres ................................................................................................. 17 Utilisation d'un ampèremètre ....................................................................................... 18 2.2.2.3. ÉLECTROMETRE ............................................................................................... 19 Principe et types d'électromètres ................................................................................ 19 2.2.2.4. VOLTMETRE ....................................................................................................... 20 Les différents types de voltmètre ................................................................................ 21 Résistance interne ......................................................................................................... 22 2.2.2.5. OHMMETRE ........................................................................................................ 23 Principe de fonctionnement ......................................................................................... 23 Résistance (composant) .................................................................................................... 25 Technologie .................................................................................................................... 25 Repérage ........................................................................................................................ 26 Marquage des résistances CMS ................................................................................. 26 Valeurs normalisées ...................................................................................................... 27 2.2.2.6. SPECTROMETRE .................................................................................................. 27 Spectromètre .................................................................................................................. 28 2.2.2.7. Spectroscopes ..................................................................................................... 28 Spectrographes .............................................................................................................. 29 Notes et références ....................................................................................................... 31 2.2.2.8. .................................................................................................................................. 31 CAPACIMETRE ..................................................................................................................... 31 2.2.2.9. DIELECTRIMETRE ............................................................................................ 31 Prof. MAKAMBO LISIKA – TECHNIQUE, INSTRUMENT de MESURE et de REGULATION G3 CHIMIE - Lubumbashi 2008 2 2.2.2.10. FREQUENCEMETRE ....................................................................................... 31 2.2.2.11. INDUCTANCEMETRE ..................................................................................... 31 2.2.2.12. MULTIMETRE ................................................................................................... 31 2.2.2.13. OSCILLOSCOPE ............................................................................................... 32 Les oscilloscopes analogiques .................................................................................... 33 Les oscilloscopes numériques ................................................................................ 34 2.2.2. 14. MAGNETOMETRE .......................................................................................... 35 2.2.2.15. WATTMETRE .................................................................................................... 36 Principe .............................................................................................................................. 36 Cablâge d'un wattmètre ................................................................................................ 36 AUTRES MESURES : ....................................................................................................... 38 Modèles de thermomètres .................................................................................................... 38 2.3.2. THERMOCOUPLE ................................................................................................ 39 Principes de la mesure ......................................................................................................... 39 Différents types de thermocouples ........................................................................................ 40 2.3.3. THERMISTANCE ....................................................................................................... 42 Types de thermistances ............................................................................................... 42 2.3.4. HYGROMETRE .......................................................................................................... 45 Intérêt ................................................................................................................................. 45 Principaux modèles ............................................................................................................. 45 Hygromètre résistif ........................................................................................................ 46 2.3.5. DETECTEUR DE PARTICULES ............................................................................. 47 Principaux types .................................................................................................................. 47 DETECTEUR DE FUMEE .................................................................................................... 47 Modèle autonome .......................................................................................................... 48 Capteur de détection ..................................................................................................... 48 2.3.6. COMPTEUR GEIGER ............................................................................................... 48 Description ...................................................................................................................... 48 Principe ........................................................................................................................... 49 Chambre à brouillard ............................................................................................................. 49 Chambre à bulles ................................................................................................................... 49 Chambre d'ionisation ............................................................................................................ 50 Description.......................................................................................................................... 50 Description détaillée ............................................................................................................ 50 CHAMBRE A ETINCELLES ................................................................................................. 52 CHAMBRE A FILS ................................................................................................................. 53 Description ...................................................................................................................... 53 Sources ........................................................................................................................... 53 (fr) Chambre à fils ............................................................................................................... 53 (en) The Multiwire Chamber ................................................................................................. 53 2.3.7. DOSIMETRE ............................................................................................................... 53 Le dosimètre passif ................................................................................................................. 54 Le film dosimétrique ............................................................................................................. 54 Le Dosimètre stimulé thermiquement (TLD) ........................................................................... 54 Le dosimètre à Luminescence optiquement stimulée OSL ....................................................... 55 Le dosimètre radio photo luminescent (RPL) .......................................................................... 55 Le dosimètre opérationnel ........................................................................................................ 55 2.3.8. PHOTOMETRE ........................................................................................................... 56 2.3.9. Luxmètre ..................................................................................................................... 56 Principe de fonctionnement .................................................................................................. 58 Prof. MAKAMBO LISIKA – TECHNIQUE, INSTRUMENT de MESURE et de REGULATION G3 CHIMIE - Lubumbashi 2008 3 Usages ............................................................................................................................ 58 3. Normes ............................................................................................................................... 58 4. Bibliographie ............................................................................................................ 59 Métrologie - Wikipédia, L’encyclopédie libre. http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9trologie ........................................................ 59 1. METROLOGIE La métrologie est la science de la mesure au sens le plus large. La mesure est l'opération qui consiste à donner une valeur à une observation. Par exemple, la mesure des dimensions d'un objet va donner les valeurs chiffrées de sa longueur, sa largeur. Le terme désigne également l'ensemble des technologies de mesure utilisées dans l'industrie. Tout le monde possède des notions de mesure : Ma masse est de 70 kg Le ciel est partiellement couvert Tu mesures 1,80 m Il a 30 ans Tes yeux sont bleu-vert Il est 8 h 30 min L'appareil consomme 50 watts Cela coûte 15 € La mesure est donc une notion indispensable en sciences tout comme dans la vie en société. Elle permet d'exprimer une grandeur par un symbole (un mot, un dessin, un nombre). Les nombres peuvent ensuite être manipulés avec l'aide des mathématiques. Quand elle utilise un modèle numérique statistique, elle s'appuie sur la théorie de la mesure. L'attribution d'une valeur chiffrée à une mesure est liée à la définition d'une unité basée sur un étalon. Par exemple, l'étalon de la masse est conservé au Bureau international des poids et mesures (BIPM, Paris). On compare toute quantité de matière à cet étalon masse, à ses multiples ou sous multiples de sorte que la mesure conduit à : « l'objet fait n fois l'étalon masse ». Un nom appelé unité est défini pour chaque étalon. L'unité associée à la masse est le kilogramme (abrégé en « kg »), de sorte que la phrase ci-dessus devient : « l'objet fait n kilogrammes ». Une grandeur s'exprime donc par sa mesure dans une unité : Grandeur = mesure × unité Prof. MAKAMBO LISIKA – TECHNIQUE, INSTRUMENT de MESURE et de REGULATION G3 CHIMIE - Lubumbashi 2008 4 Toute mesure est nécessairement entachée d'erreurs pour différentes raisons. Une mesure expérimentale n'a donc de valeur que si on lui associe une estimation de l'erreur (ex : « la poutre mesure 1 m de long à 5 mm près »). Cette estimation de la précision s'appelle « erreur absolue », « barre d'erreur » (en raison de sa représentation graphique) ou « incertitude absolue » que l'on exprime de préférence avec la même unité que celle utilisée pour exprimer la mesure de la grandeur. L'évaluation de cette erreur correspond à la branche des mathématiques appelée calcul d'incertitude. Dans le cas des modèles numériques, la mesure doit être associée à une incertitude et un intervalle confiance (voir plus loin). Histoire des étalons Jusqu'à la Renaissance européenne, les grandeurs étaient évaluées en comparaison avec des références humaines, comme le pied, le pouce ou la ligne (1/12ede pouce) pour les longueurs (souvent les organes des rois et empereurs), le journal pour la surface (champ gérable par une personne s'en occupant quotidiennement)… Les scientifiques français, inspirés par l'esprit des Lumières et la Révolution française, ont conçu un système de référence basé sur des objets ayant la même valeur pour tous, sans référence à une personne particulière, bref universel — « universel » dans le sens « accessible à tous et reconnu par tous », mais il ne s'agit au fond que d'une convention arbitraire. C'est ainsi que l'on prit la circonférence de la Terre comme référence de longueur pour bâtir le mètre. L'avantage de l'étalon « universel » est que les scientifiques de tous les pays peuvent échanger leurs résultats sans ambiguïté.... Détermination des étalons Étant possible d'exprimer des grandeurs à partir d'autres, le système international d'unités s'appuie sur sept grandeurs pour définir ses unités de base du système international (uSI) voir Google : tout sur les unités de mesures. 1. longueur: mètre (m) ; 2. masse: kilogramme (kg) ; 3. durée: seconde (s) ; 4. intensité du courant électrique: ampère (A) ; 5. température: kelvin (K) ; 6. quantité de matière: mole (mol) ; 7. luminosité: candela (cd). Prof. MAKAMBO LISIKA – TECHNIQUE, INSTRUMENT de MESURE et de REGULATION G3 CHIMIE - Lubumbashi 2008 5 Les autres unités sont définies sans avoir à utiliser d'autre phénomène physique. Par exemple :  à partir du mètre (m), on définit la surface unité, le mètre carré (m²), et le volume unité, le mètre cube (m³) ;  pour la vitesse, le phénomène de référence est défini par : la distance unité parcourue en une durée unité (en l'occurrence un mètre en une seconde) ;  pour l'accélération, le phénomène de référence est défini par : une augmentation de la vitesse d'une unité durant une durée unité (en l'occurrence augmentation d'un mètre par seconde en une seconde) ;  une force étant un phénomène qui provoque l'accélération d'un objet matériel, le phénomène de référence est défini par la variation de vitesse de référence (accélération) et l'inertie de référence (la masse) ; l'unité de force (le newton) est définie avec l'unité de longueur, de temps et de masse. Étalons universels et spécifiques Les étalons « universels » sont les étalons de la Convention du Mètre, définissant les unités du système international (SI). S'ils permettent des déterminations précises, ils ne sont pas forcément facilement exploitables, utilisables sur les lieux où doit se faire l'étalonnage. Il faut donc des étalons « spécifiques », plus pratiques d'utilisation, qui sont eux-mêmes calibrés à partir des étalons universels. Par exemple, la masse étalon du BIPM sert de référence pour des masses étalon spécifiques qui servent à étalonner les balances chez le fabriquant. Un utilisateur d'une machine de mesure fabrique parfois lui-même ses propres étalons ; par exemple, pour l'analyse chimique, les utilisateurs fabriquent souvent des solutions à partir de produits purs pour étalonner leurs appareils d'analyse. Les organismes de normalisation nationaux et internationaux fournissent souvent des étalons spécifiques certifiés par leurs services. Les étalons peuvent être :  un objet inaltérable, comme la masse étalon ;  un phénomène physique, comme l'étalon seconde, l'étalon mètre, l'étalon intensité du courant électrique ; Prof. MAKAMBO LISIKA – TECHNIQUE, INSTRUMENT de MESURE et de REGULATION G3 uploads/Litterature/ technique-instrument-de-mesure-et-de-regulation-new1.pdf