Fiche de cours

Les méthodes pour mesurer des grandeurs

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Quiz et exercices
Vidéos et podcasts

Objectifs

► Prérequis
• Citer la fonction d’usage principale d’un objet technique (« À quoi sert-il ? »)
• Connaitre les étapes d’une démarche de projet et les solutions techniques choisies
• Identifier les flux d’énergie et d’information dans un objet technique à partir de ses différents composants
• Connaitre les définitions des différentes fonctions du flux d’énergie (alimenter, distribuer, convertir et transmettre) et du flux d’information (acquérir, traiter et communiquer) d’un objet ou système technique
• Réaliser la chaine d’énergie et la chaine d’information d’un objet technique

► Attendus
• Connaitre les principaux instruments de mesure usuels
• Mesurer des grandeurs de manière directe et de manière indirecte
• Identifier la nature d’une information
• Représenter le fonctionnement d’un dispositif d’acquisition de signaux

1. SAVOIR - Définition

Pour faire une mesure, il faut choisir un appareil qui permet de mesurer la grandeur recherchée (méthode directe) ou d'autres grandeurs qui permettent de la calculer (méthode indirecte).

Les mesures servent à connaitre les valeurs de grandeurs telles que la vitesse, en rapport avec les performances d’un objet technique précisées dans le cahier des charges d’un projet.

La plupart des objets techniques, notamment les systèmes, sont décrits par leur chaine d’énergie et leur chaine d’information.

Des instruments de mesures, appelés capteurs, permettent d’acquérir des informations de la chaine d’énergie d’un objet technique sous forme d’un signal selon différentes grandeurs physiques (distance, masse, vitesse, optique, thermique). Ces capteurs transmettent ces informations à la chaine d’information sous la forme de signal analogique ou numérique.

Exemple : Le capteur de pluie dans l’automobile.
Le cahier des charges de certaines voitures précise l’installation d’un capteur de pluie à la demande de clients qui souhaitent des modèles plus évolués avec cette option « pluie ».

2. SAVOIR-FAIRE

► Connaitre les principaux instruments de mesure usuels

Exemple : Une balance est un instrument de mesure usuel pour mesurer des masses.

► Mesurer des grandeurs de manière directe

Exemple : La mesure d’une longueur avec une règle est une mesure directe.

► Mesurer des grandeurs de manière indirecte

Exemple :
Un tachymètre est un appareil qui permet de calculer la vitesse de déplacement d'un objet technique en mouvement.

Si nous ne disposons pas de tachymètre pour mesurer directement la vitesse v d’un vélo, on peut alors mesurer la distance d parcourue par le cycliste et le temps t nécessaire pour parcourir cette distance et par la suite calculer la vitesse en divisant les grandeurs grâce à la relation suivante :

► Identifier la nature d’une information

Exemples :
La hauteur et le poids sont des informations analogiques car elles peuvent prendre une infinité de valeurs.
Un moteur en marche ou à l’arrêt est une information logique car elle ne peut prendre que deux valeurs :

1 pour en marche ;
0 pour à l’arrêt.

► Représenter le fonctionnement d’un dispositif d’acquisition de signaux
Un schéma très simple indique la grandeur physique à mesurer et le signal délivré par le capteur, le codeur, ou le détecteur.

Exemple : Un thermocouple est un capteur qui convertit une température en une tension électrique.

Fonctionnement d'un thermocouple.

3. À RETENIR - Glossaire

Information analogique : Information qui représente une grandeur physique.

Information logique : Information qui ne peut prendre que deux états (ouvert ou fermé).

Signal analogique : Signal qui varie de façon continue dans le temps et qui peut ainsi prendre une infinité de valeurs.

Signal numérique : Signal qui varie de façon discontinue dans le temps et qui ne peut prendre que certaines valeurs.

Capteur : Instrument qui est utilisé pour acquérir des informations de nature analogique et qui permet de mesurer une grandeur physique.

Codeur : Instrument de mesure qui produit un signal codé sur plusieurs bits. Les codeurs fournissent des signaux numériques avec des valeurs précises en fonction du code choisi.

Détecteur : Instrument de mesure, utilisé pour acquérir des informations de nature logique, qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel il a été spécifiquement conçu. Il est codé sur un bit (0 ou 1) parce que la grandeur physique est soit présente, soit absente. Les détecteurs fournissent des signaux numériques.

Grandeur physique : Propriété de la nature qui peut être mesurée et calculée. Par exemple, la grandeur « longueur » regroupe tout ce qui concerne les distances.

Instrument de mesure : Dispositif qui repose sur une échelle permettant de quantifier une grandeur physique et de mesurer sa progression au cours du temps.

Mesure : Grandeur de référence appelée « étalon » qui s'exprime avec des unités. Ainsi, par exemple pour mesurer une distance le mètre est utilisée comme une unité internationale.

Mesure directe : Résultat qui s'obtient directement à partir d’une lecture sur un instrument de mesure.

Mesure indirecte : Résultat obtenu par un calcul à partir de plusieurs données.

Chaine d’énergie : Ensemble des fonctions techniques d’un objet technique qui permettent d’apporter et de gérer l’énergie nécessaire à son fonctionnement (alimenter, distribuer, convertir, transmettre).

Chaine d’information : Ensemble des fonctions techniques d’un objet technique qui permettent de gérer toutes les informations nécessaires à son fonctionnement (acquérir des informations et des données, les traiter et communiquer des ordres à la chaine d’énergie).

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