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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/333610026 INSTRUMENTATION ET MESURES-COURS-Master 1 - Énergétique Book · June 2019 CITATIONS 0 READS 1,212 1 author: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Monte-Carlo simulation of Nano-collected Current from a semiconductor sample containing a linear array of dislocations View project Mohammed LEDRA University of Constantine 3 70 PUBLICATIONS 46 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Mohammed LEDRA on 11 June 2020. The user has requested enhancement of the downloaded file. REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE INSTRUMENTATION ET MESURES LEDRA Mohammed 2018-2019 PREFACE Ce polycopié est destiné aux étudiants inscrit en première année Master Génie Mécanique, option énergétique. Le contenu de ce polycopié, correspond au programme officiel de la matière Instrumentation et Mesures. Ce manuscrit a été établi dans le but de permettre aux étudiants d'avoir un outil de travail et de référence recouvrant les connaissances qui leur sont demandés pour bien comprendre le cours d'instrumentation et mesure. Bien que la préparation et la vérification de ce manuscrit aient été faites avec une grande vigilance, mais comme même, je serai très reconnaissant d'avance aux aimables lecteurs des remarques qu'ils voudront bien me faire. SOMMAIRE I. INTRODUCTION............................................................................................................1 II. DIFFERENTS TYPES DE MESURES.........................................................................6 III. CONTROLE NON DESTRUCTIF............................................................................28 IV. ÉTALONNAGE...........................................................................................................36 V. TRAITEMENT DES DONNÉES.................................................................................41 I. INTRODUCTION I. INTRODUCTION INSTRUMENTATION ET MESURES 1 Dr. M. LEDRA I. INTRODUCTION I. 1. GRANDEUR I. 1. 1. Définition Une grandeur est une caractéristique ou propriété d’un objet mathématique ou physique. Une grandeur satisfait la propriété suivante : "Une grandeur associée à un tout est somme des grandeurs des éléments qui le composent". I. 1. 2. Grandeurs scalaires Elles sont entièrement caractérisées par une valeur numérique positive ou négative, suivie de l’unité (masse, température, charge électrique, pression, énergie, potentiel,…) I. 1. 3. Grandeurs vectorielles Elles sont entièrement caractérisées par un vecteur, donc par leur norme, leur point d’application, leur direction et leur sens. On distingue deux catégories de vecteurs :  les vecteurs vrais ou vecteurs polaires dont le sens est défini sans ambiguïté indépendamment de toute convention d’orientation dans l’espace (la vitesse, la quantité de mouvement, l’accélération, la force, le champ électrique)  les pseudos vecteurs ou vecteurs axiaux dont le sens est arbitraire, c’est-à-dire lié à une convention d’orientation de l’espace (moment cinétique, vitesse angulaire, champ magnétique) I. 1. 4. Grandeurs fondamentales Les grandeurs fondamentales et leurs dimensions sont groupées dans le tableau suivant: I. INTRODUCTION INSTRUMENTATION ET MESURES 2 Dr. M. LEDRA Tableau I. 1: Grandeurs fondamentales et leurs unités SI I. 1. 5. Grandeurs dérivées Les grandeurs dérivées sont: I. INTRODUCTION INSTRUMENTATION ET MESURES 3 Dr. M. LEDRA Tableau I. 2: Grandeurs dérivées et leurs dimensions I. 2. MESURE Une mesure est une donnée numérique qui quantifie une grandeur. Une mesure satisfait la propriété suivante : "Une mesure d’une grandeur associée à un tout est somme des mesures des grandeurs des éléments qui le composent". À partir du moment où on a choisit une unité de mesure et qu’on dénombre les unités contenues dans la grandeur en question (compte, calcule, construit des unités à partir d’assemblages de morceaux, ...), on est dans une procédure de mesurage. Le mesurage d’une grandeur se réfère à sa valeur numérique. Il peut être direct ou indirect.  Mesurage direct qui s'effectue par comparaison directe à une grandeur de même espèce : la mesure d’une longueur par un mètre ruban.  Mesurage indirect qui s'effectue par le biais d’une relation permettant d’obtenir la grandeur : La mesure de l’aire S d’un rectangle de longueur L et de largeur ℓ: (S = L ·ℓ) I. INTRODUCTION INSTRUMENTATION ET MESURES 4 Dr. M. LEDRA  I. 3. SYSTEMES D’UNITES Les grandeurs physiques ont une dimension. Chacune des sept grandeurs de base du Système International (SI) a sa propre dimension, représentée par une seule lettre majuscule (tableau I. 1.). Toutes les autres grandeurs sont des grandeurs dérivées, qui peuvent être exprimées en fonction des grandeurs de base à l’aide des équations de la physique (tableau I. 2.). Certaines grandeurs (nombre de molécules…) sont sans dimension ou de dimension un et ont pour unité le nombre un. Cependant, cette unité se voit attribuer un nom spécial, en vue de faciliter l’identification de la grandeur concernée. C’est le cas du radian et du stéradian afin d’exprimer les valeurs de l’angle plan et de l’angle solide, respectivement. I. 4. PREFIXES DU SYSTEME INTERNATIONAL (SI) Les préfixes du système International (SI) sont groupés dans le tableau suivant: Tableau I. 3: Préfixes du système International (SI) I. 5. UNITES EN DEHORS DU SI DONT L’USAGE EST ACCEPTE AVEC LE SI Tableau I. 4: Unités en dehors du SI dont l’usage est accepté avec le SI I. INTRODUCTION INSTRUMENTATION ET MESURES 5 Dr. M. LEDRA I. 6. CONSTANTES FONDAMENTALES Les constantes fondamentales sont groupées dans le tableau suivant: Tableau I. 5: Constantes fondamentales I. 7. UNITES EN DEHORS DU SI DONT LA VALEUR EN UNITES SI EST OBTENUE EXPERIMENTALEMENT Tableau I. 6. Unités en dehors du SI dont la valeur en SI est obtenue expérimentalement I. 8. REFERENCES 1. https://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/mesures-analyses-th1/ 2. Jam.bouguechal.free.fr/upload/file/Cours de physique I... 3. Le Système international d’unités (SI), Bureau international des poids et mesures, 8eme édition 2006, Organisation intergouvernementale de la Convention du Mètre https://www.nist.gov/sites/default/files/docmeunts/pml/div684/fcdc/si_brochure_8.pdf II. DIFFERENTS TYPES DE MESURES II. DIFFERENTS TYPES DE MESURES INSTRUMENTATION ET MESURES 6 Dr. M. LEDRA II. DIFFERENTS TYPES DE MESURES II. 1. MESURE DES GRANDEURS MECANIQUES II. 1. 1. Mesure de déplacement Un déplacement pouvant être défini comme la variation, en fonction du temps, d’une position, la dérivée première par rapport au temps du déplacement donne la vitesse, la dérivée seconde donne l’accélération. Ces deux grandeurs sont certes accessibles à partir du signal fourni par un capteur de déplacement ; il est toutefois à noter que le rapport signal sur bruit est diminué lors d’une dérivation par rapport au temps. Il est donc plus intéressant d’utiliser les capteurs spécifiques au mesurage de ces grandeurs : cinémomètres linéaires ou angulaires pour les vitesses, accéléromètres ou gyromètres pour les accélérations. Les capteurs de position et de déplacement regroupent de nombreux dispositifs électriques, optiques, électroniques ou autres qui délivrent un courant électrique à ses bornes lorsqu’une action prédéterminée se présente. Il existe de nombreux types de capteurs de position et de déplacement selon leur mode de conception. Parmi ces capteurs, il y a les capteurs de proximité, les capteurs de position optiques, les capteurs de déplacement à câble, les capteurs de position magnétiques, etc. (figure II. 1). (http://www.directindustry.fr/prod/micro-epsilon/product-5788-1705410.html) Figure II. 1: Capteurs de déplacement linéaire II. DIFFERENTS TYPES DE MESURES INSTRUMENTATION ET MESURES 7 Dr. M. LEDRA II. 1. 2. Mesure de vitesse Les mesures de vitesses regroupent de nombreux pièces et appareils qui sont conçus pour déterminer la vitesse d’un objet. Par définition, la vitesse linéaire est la distance parcourue d’un point par unité de temps. Il existe différentes techniques pour déterminer cette vitesse telle que l’utilisation de matériel optique, mécanique, électrique, etc. Les capteurs de vitesses linéaires (figure II.2) sont généralement utilisés dans différents endroits comme sur les machines de production industrielle, les engins, etc. (http://www.directindustry.fr/prod/astech-angewandte-sensortechnik-gmbh/product-38021-974778.html) (http://www.hellopro.fr/radars-de-vitesse-2002812-fr-1-feuille.html) Figure II. 2: Capteurs de vitesse II. 1. 3. Mesure d'accélération Les capteurs d’accélération (figure II. 3) regroupent différents appareils de mesure qui servent à déterminer l’accélération d’un point ou d’un assemble de points. Selon les modèles, les capteurs d’accélération peuvent être des capteurs monodimensionnels, bidimensionnels ou tridimensionnels. De plus, il existe différents types de matériels qui permettent de déterminer l’accélération de point tels que les accéléromètres asservis, piézoélectriques, capacitifs, etc. II. DIFFERENTS TYPES DE MESURES INSTRUMENTATION ET MESURES 8 Dr. M. LEDRA (http://www.hellopro.fr/capteurs-d-acceleration-1002541-fr-rubrique.html) Figure II. 3: Capteurs d'accélération II. 1. 4. Mesure des forces Une force permet de modéliser l’action d’un corps sur un autre. Elle est susceptible de modifier la vitesse d’un corps (éventuellement de le mettre en mouvement ou le stopper), de modifier la trajectoire d’un corps (forces qui se compensent), de déformer ce corps. Selon ces situations, la force peut produire l’un de ces effets, deux d’entres eux ou les trois simultanément. L’effet obtenu dépend de l’orientation de la force, de sa direction, de sa valeur et de la nature du corps qui subit cette force. II. DIFFERENTS TYPES DE MESURES INSTRUMENTATION ET MESURES 9 Dr. M. LEDRA Une force peut être définie à partir de différents éléments qui permettent de caractériser un vecteur : sa direction, son sens, sa valeur ou norme calculé en newton et qui peut parfois être appelée intensité et son point d’application. Les forces peuvent être distinguées selon deux catégories: les forces à distance et les forces de contact:  Les forces à distances peuvent s’exercer sans contact entre les objets. Les principales forces sont : i La force de gravitation : c'est est une force fondamentale qui correspond à l’attraction mutuelle s’exerçant entre deux corps de masse non négligeables. ii La force magnétique : c’est la force qui permet à un uploads/Science et Technologie/ cours-instrumentations.pdf