Expérimentations sur les transducteurs - I Balance et thermomètre digitaux D. Mari

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1 Expérimentations sur les transducteurs - I Balance et thermomètre digitaux D. Mari ÉCOLE POLYTECHNIQUE FÉDÉRALE DE LAUSANNE

2 Système Analokit G. Gremaud / A. Ichino ÉCOLE POLYTECHNIQUE FÉDÉRALE DE LAUSANNE Boîtier d expérimentation - alimentation électrique - interconnection des modules - prises d entrée-sortie Modules analogiques enfichables fonctions analogiques diverses Boutons frontaux règlage des paramètres

3 Boîtier d expérimentation - alimentation électrique - interconnection des modules - prises d entrée-sortie Transducteurs Mesure de différents paramètres physiques Modules enfichables Connections aux transducteurs

4 Nom de la fonction analogique Représentation schématique et connections Fonction mathématique Boutons frontaux réglage des paramètres

5 Interconnections des modules analogiques Connections internes vers prises d entrée-sortie masse/ ground Modules analogiques interconnectés Boutons frontaux réglage des paramètres Transducteurs Mesure de différents paramètres physiques

6 Source de tension réglable Source de courant pilotée

7 Ampli différentiel d instrumentation Ampli de calibration

8 Filtre passe-bas & Intégrateur Filtre passe-haut & Différentiateur

9 Convertisseur RMS & Filtre passe-bas Convertisseur logarithmique

10 1) Balance digitale On construit une balance digitale sur la base d'un capteur inductif différentiel de déplacement mesurant la déformation d'un élément élastique soumis au poids à mesurer Capteur inductif différentiel de déplacement LVDT (Linear Variable Differential Transformer)

11 Réalisation d'une balance digitale a) alimenter le capteur de déplacement inductif par le générateur de fonction, avec un signal sinusoïdal d entrée Ve de fréquence 2,4 khz et d amplitude crête de 1 V. 2,4 khz 1 V RMS V RMS

12 Réalisation d'une balance digitale b1) effectuez le montage du circuit électronique de mesure, qui se compose d un ampli différentiel d instrumentation de gain 1, utilisé pour sa grande impédance d entrée (offset sans importance!) V AC gain 1 X

13 Réalisation d'une balance digitale b2) branchez un filtre passe-haut de gain - 1 et de fréquence de coupure 1 Hz, servant à éliminer la composante continue, inutile, du signal. V AC 1 Hz gain - 1

14 Réalisation d'une balance digitale b3) branchez un convertisseur RMS (τ = 250 ms et f c = ) pour la mesure de l amplitude du signal V DC 1 Hz τ = 250 ms f c =

15 Réalisation d'une balance digitale b4) branchez un ampli de calibration servant à étalonner la balance V DC 1 Hz

16 Etalonnage d'une balance digitale c1) étalonnez la balance en réglant l'offset V 0 de l'ampli de calibration qui alimente le voltmètre de mesure de sorte que U s = 0 V pour P = 0 kgf c2) étalonnez la balance en réglant le gain G de l'ampli de calibration de sorte que U s = 1 V pour P = 2 kgf. P = 0 kgf U s = 0 V P = 2 kgf U s = 1 V

17 Etalonnage d'une balance digitale d) tracez la courbe de calibrage de 0 à 2 kgf, puis de 2 kgf à 0 kgf, à l aide des poids à disposition. Discutez la linéarité et l'hystérèse de la balance. P (kgf) U s (V) P (kgf) U s (V)

18 2) Thermomètre digital On construit un thermomètre digital sur la base d'une sonde résistive au platine Pt 100 avec un montage dit «à quatre fils» T I 0 R(T) U S U S = R(T) I 0

19 Réalisation d'un thermomètre digital a) alimentez la sonde platine Pt 100 par un courant constant I s de 1 ma généré par une source de courant, elle-même pilotée par une source de tension (V 0 = 1 V, V s = 50 mv). Vérifiez la valeur de ce courant I s constant à l'aide d'un ampèremètre. 1 ma 50 mv V s = 50 mv V 0 = 1 V

20 Réalisation d'un thermomètre digital b1) effectuez le montage du circuit électronique de mesure qui se compose d'un ampli différentiel de gain 10, d'offset V 0 égal à 0 V et de grande impédance d'entrée 0 V gain 10 offset V 0 égal à 0 V

21 Réalisation d'un thermomètre digital b2) effectuez le montage du circuit électronique de mesure qui se compose d'un ampli différentiel de gain 10, d'offset V 0 égal à 0 V et de grande impédance d'entrée, suivi d'un ampli de calibration servant à étalonner le thermomètre

22 Etalonnage d'un thermomètre digital c) étalonnez le zéro du thermomètre en plongeant la sonde dans la glace fondante et en réglant l'offset V 0 de l'ampli de calibration de sorte que U s = 0 V (T = 0 C). U s = 0 V T = 0 C la glace fondante l'offset

23 Etalonnage d'un thermomètre digital d) étalonnez le gain du thermomètre en plongeant la sonde dans l'eau bouillante et en règlant le gain G de l'ampli de calibration de sorte que U s = 980 mv (T = 98 C à la pression atmosphérique de Lausanne). U s = 980 mv T = 98 C l'eau bouillante le gain

24 Etalonnage d'un thermomètre digital e) mesurez U s pour la sonde platine plongée dans l'azote liquide (T = -196 C). U s T = -196 C l'azote liquide

25 Polynômes d extrapolation f) à l'aide des trois points mesurés, calculez les trois paramètres α, β et γ du polynôme d'extrapolation du deuxième degré permettant de mesurer la température dans la plage -200 C à +100 C: T 0 C = α U s + β U s 2 + γ avec U s mv g) à l'aide des deux points mesurés à 0 C et 98 C, calculez les deux paramètres α' et γ' du polynôme d'extrapolation du premier degré permettant de mesurer la température dans la plage 0 C à +100 C: T 0 C = α ' U s + γ ' avec U s mv h) quel est l'écart maximum, en C, entre les extrapolations linéaire et quadratique, entre -200 C et +100 C? (erreur maximum de l'extrapolation linéaire).