Visualisations et mesures de tensions électriques (et incertitudes de

Chapitre 12. Activités expérimentales
SPCL - systèmes et procédés
le
T STL
Visualisations et mesures de tensions électriques
(et incertitudes de mesures).
I. Visualisation et mesure d'une tension continue.
On désire visualiser la tension électrique entre les bornes d'un générateur continu 13V et mesurer les
caractéristiques de cette tension.
1. Régler l'oscilloscope afin de visualiser le signal électrique sur la voie 2 et de mesurer le plus précisément
possible la tension. Effectuer la mesure et APPELER L'ENSEIGNANT POUR VÉRIFIER les réglages. Déterminer aussi
l'incertitude de mesure.
2. Comparer cette mesure à l'indication d'un voltmètre TRMS en position DC (ou =) puis AC+DC (ou ~).
3. Comparer cette mesure à l'indication d'un voltmètre standard en position DC (ou =) puis AC (ou ~).
II. Visualisation et mesures d'une tension (à peu près) sinusoïdale et symétrique.
On désire visualiser la tension électrique entre les bornes d'un générateur alternatif 6V 50Hz et mesurer les
caractéristiques de cette tension.
1. Régler l'oscilloscope afin de visualiser le signal électrique sur la voie 1 et de mesurer le plus précisément
possible : les tensions maximale, minimale et crête à crête. Effectuer les mesures et APPELER L'ENSEIGNANT
POUR VÉRIFIER les réglages. En déduire la tension efficace.
Donnée : Dans le cas d'une tension sinusoïdale dont la moyenne est 0 V, le tension efficace est U max / 2 .
2. Régler l'oscilloscope afin de mesurer le plus précisément possible la période du signal. Effectuer la mesure et
APPELER L'ENSEIGNANT POUR VÉRIFIER les réglages. En déduire la fréquence.
3. Paramétrer Orphy dans le but d'acquérir le signal électrique et APPELER L'ENSEIGNANT POUR VÉRIFIER les
réglages. Puis, réaliser l'acquisition et mesurer le plus précisément possible : les tensions maximale, minimale et
crête à crête et la période du signal. En déduire la tension efficace et la fréquence.
4. En utilisant Regressi, calculer la tension moyenne et la tension efficace. Puis, afficher sur un même graphique
l’évolution temporelle de la tension (il s’agit en fait de l’évolution temporelle de la tension instantanée), la
tension moyenne et la tension efficace.
Données : - sur Regressi, la valeur moyenne Umoy de U s’obtient en écrivant Umoy=MOY(U) ;
- sur Regressi, la valeur efficace Ueff de U s’obtient en écrivant Ueff=RMS(U).
5. Comparer ces tensions et la fréquence aux indications d'un voltmètre TRMS en position DC (ou =) puis AC+DC
(ou ~).
6. Comparer ces tensions et la fréquence aux indications d'un voltmètre standard en position DC (ou =) puis AC
(ou ~).
III. Visualisation et mesures d'une tension (à peu près) sinusoïdale mais non symétrique.
1. À l'aide d'un GBF et d'un oscilloscope, générer et visualiser le signal symétrique suivant :
signal sinusoïdal, de fréquence 180 Hz, de tension minimale -0,2 V et de tension maximale 0,2 V.
Puis modifier ce signal à l'aide du bouton Offset du GBF pour avoir le signal non symétrique suivant :
signal sinusoïdal, de fréquence 180 Hz, de tension minimale -0,1 V et de tension maximale 0,3 V.
APPELER L'ENSEIGNANT POUR VALIDATION.
2. Paramétrer Orphy dans le but d'acquérir le signal électrique et APPELER L'ENSEIGNANT POUR VÉRIFIER les
réglages. Puis, réaliser l'acquisition et mesurer les tensions maximale, minimale, crête à crête, moyenne et
efficace. Puis, afficher sur un même graphique l’évolution temporelle de la tension (il s’agit en fait de l’évolution
temporelle de la tension instantanée), la tension moyenne et la tension efficace.
3. Comparer ces tensions aux indications d'un voltmètre TRMS en position DC (ou =) puis AC+DC (ou ~).
4. Comparer ces tensions aux indications d'un voltmètre standard en position DC (ou =) puis AC (ou ~).
IV. Visualisation et mesures d'une tension périodique mais non sinusoïdale.
1. À l'aide d'un GBF et d'un oscilloscope, générer et visualiser le signal symétrique suivant :
signal créneau, de fréquence 180 Hz, de tension minimale -0,2 V et de tension maximale 0,2 V.
APPELER L'ENSEIGNANT POUR VALIDATION.
2. Paramétrer Orphy dans le but d'acquérir le signal électrique. Puis, réaliser l'acquisition et mesurer les tensions
maximale, minimale, crête à crête, moyenne et efficace. Puis, afficher sur un même graphique l’évolution
temporelle de la tension (il s’agit en fait de l’évolution temporelle de la tension instantanée), la tension
moyenne et la tension efficace.
3. Comparer ces tensions aux indications d'un voltmètre TRMS en position DC (ou =) puis AC+DC (ou ~).
4. Comparer ces tensions aux indications d'un voltmètre standard en position DC (ou =) puis AC (ou ~).
Chapitre 12. Activités expérimentales
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Visualisations et mesures de tensions électriques
(et incertitudes de mesures).
Éléments de correction.
I. Visualisation et mesure d'une tension continue.
1. On utilise le calibre 2 V/div
on mesure par exemple U = 6,6 div × 2 V/div = 13,2 V
en l'absence de notice, la précision n'est pas connue ; on ne peut donc évaluer l'incertitude de mesure uU qu'à
partir de la résolution r
1
1
la résolution (1 petite division c'est à dire /5 de division) est r = /5 div × 2 V/div = 0,4 V
uU
r / 12
à 95 %
UU
0, 4 / 12
2uU
0,115 V
2 0,115
U = 13,20 V ± 0,23 V
0,23 V
avec un niveau de confiance d'environ 95 %.
2.
● Avec le voltmètre TRMS MX23 en mode DC
on mesure par exemple U = 13,06 V
la résolution est r = 0,01 V
p
d'après la notice, la précision est
0,3 % de U
2r
0,3
13,06
100
2 0,01
0,0592 V
2 0,01
0,216 V
cette précision prend donc déjà en compte la résolution
uU
p/ 3
à 95 %
UU
0,0592 / 3
2uU
0,0342 V
2 0,0342
U = 13,060 V ± 0,068 V
0,068 V
avec un niveau de confiance d'environ 95 %.
● Avec le voltmètre TRMS MX23 en mode AC
on mesure par exemple U = 13,07 V
la résolution est r = 0,01 V
p
d'après la notice, la précision est
1,5 % de U
2r
1,5
13,07
100
cette précision prend donc déjà en compte la résolution
uU
p/ 3
à 95 %
UU
0,216 / 3
2uU
0,125 V
2 0,125
U = 13,07 V ± 0,25 V
0,25 V
avec un niveau de confiance d'environ 95 %.
● En présence d'une tension continue, un voltmètre TRMS en mode DC (ou continu) de même qu'en mode
AC+DC mesure la valeur ce de cette tension (c’est-à-dire sa valeur moyenne) mais le voltmètre TRMS est plus
précis en mode DC qu'en mode AC+DC.
3.
● Avec le voltmètre standard MX22 en mode DC
on mesure par exemple U = 13,06 V
la résolution est r = 0,01 V
d'après la notice, la précision est
p
0,3 % de U
2r
0,3
13,06
100
cette précision prend donc déjà en compte la résolution
uU
p/ 3
à 95 %
UU
0,0592 / 3
2uU
0,0342 V
2 0,0342
U = 13,060 V ± 0,068 V
0,068 V
avec un niveau de confiance d'environ 95 %.
● Avec le voltmètre standard MX22 en mode AC
on mesure par exemple U = 7,4 mV
la résolution est r = 0,1 mV
2 0,01
0,0592 V
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● En présence d'une tension continue, un voltmètre standard (non TRMS) en mode DC (ou continu) mesure la
valeur ce de cette tension (c’est-à-dire sa valeur moyenne). Un voltmètre standard (non TRMS) en mode AC (ou
alternatif) n'est pas adapté à la mesure d'une tension continue.
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Visualisations et mesures de tensions électriques
(et incertitudes de mesures).
Liste du matériel.
Au bureau :
□ 4 multimètres Metrix MX23 (volmètre TRMS)
Pour chaque binôme :
□ oscilloscope TOUS IDENTIQUES modèle 2 voies avec fiches BNC (modèle simple si possible)
□ alimentation électrique réglable 13V continu (alimentation réglable)
□ alimentation électrique 6V alternatif (transformateur de sécurité gris)
□ GBF avec offset et fiche BNC
□ 2 longs cordons de connexions électriques Radiall (1 rouge et 1 noir)
□ ordinateur avec Orphy
□ multimètre Metrix MX22
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