Notes pratiques de mesures - Labothap

Département Aérospatiale et mécanique.
Laboratoire de Thermodynamique
Université de Liège
Campus du Sart-Tilman - Bâtiment B49
Parking P33
B-4000 LIEGE (Belgium)
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web site : http://www.labothap.ulg.ac.be/cmsms/
Cours de thermodynamique appliquée.
Laboratoires d’étudiants.
Notions de mesures sur bancs d’essais.
Auteur:Bernard GEORGES
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Dernière mise à jour : février 2009
Bras de levier.
Force.

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Table de matières.
1 INTRODUCTION.................................................................................................4
2 RAPPELS SUR LA PRECISION DES MESURES.............................................5
2.1 Erreur différentielle..........................................................................................................................5
2.2 Erreur quadratique. .........................................................................................................................7
2.3 Utilisation de EES pour calculer l’erreur quadratique....................................................................7
2.4 Adaptation du choix du volume de contrôle.....................................................................................8
3 MESURES DE TEMPERATURE PAR THERMOCOUPLES..............................9
3.1 Rappel du principe du thermocouple...............................................................................................9
3.2 Conversions en température et erreurs de conversion...................................................................10
3.3 Erreurs de positionnement.............................................................................................................13
3.4 Influence de l’ambiance..................................................................................................................15
3.5 Précision de mesure escomptée.......................................................................................................15
4 MESURES DE PRESSION...............................................................................16
4.1 Tubes droits et inclinés..................................................................................................................16
4.2 Tube de Pitot...................................................................................................................................17
4.3 Capteurs à cadran à aiguille...........................................................................................................18
5 MESURES DE DEBIT DE GAZ........................................................................19
6 MESURES DE DEBIT DE LIQUIDE. ................................................................23
6.1 Compteurs d’eau.............................................................................................................................23
6.2 Systèmes à balance..........................................................................................................................24
7 MESURES DE PUISSANCE ELECTRIQUE.....................................................27
8 VITESSE DE ROTATION. ................................................................................29
9 MESURES DE COUPLE. .................................................................................30
9.1 Principe...........................................................................................................................................30

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9.2 Etalonnage avant essai....................................................................................................................32
9.3 Précision attendue...........................................................................................................................32
10 ELIMINATION DES ERREURS DE MESURE GROSSIERES........................33
10.1.1 Débit d’eau..............................................................................................................................33
10.1.2 Indications des fiches signalétiques..........................................................................................33
10.1.3 Ordres de grandeur. .................................................................................................................33
Table des illustrations.
Figure 1: vue d'un thermocouple de type T............................................................................ 9
Figure 2: Schéma de mesure par thermocouple.................................................................... 10
Figure 3 : Comparaison entre relations simplifiées et selon les tables pour un thermocouple
de type T..................................................................................................................... 12
Figure 4: Erreur de conversion avec un thermocouple de type T.......................................... 12
Figure 5: Mesures dans un doigt de gant sur installations industrielles................................. 13
Figure 6: Mesure de température dans un doigt de gant................................................. 14
Figure 7: Mesure de température en surface................................................................... 14
Figure 8: Mesure de température d'air sous écran. ............................................................... 15
Figure 9: Principe du tube incliné........................................................................................ 16
Figure 10 :Tube incliné gradué en Pa............................................................................... 16
Figure 11 : Mesures dans une veine fluide à l’aide de tubes de Pitot.................................... 17
Figure 12:Capteur de pression à cadran à aiguille (échelle 1/1)..................................... 18
Figure 13: Mesures de débit de fluides. ............................................................................... 19
Figure 14: exemple de tuyère en bois.................................................................................. 20
Figure 15: Mesure de débit d'air moteur à l'aide d'une tuyère............................................... 20
Figure 16:Implantation d’un diaphragme dans une conduite......................................... 21
Figure 17: Venturi industriel (Trox ) ................................................................................. 22
Figure 18:Implantation d’un venturi (Trox ) dans une conduite. ......................................... 22
Figure 19: Compteur d'eau à lecture optique (échelle 1/1). .................................................. 23
Figure 20: Capteur de force piézo-électrique. ...................................................................... 24
Figure 21: Balance de combustible...................................................................................... 25
Figure 22:Compteur électrique............................................................................................ 27
Figure 23:Mesure de la vitesse de rotation........................................................................... 29
Figure 24 : Schéma de principe du frein hydraulique........................................................... 30
Figure 25 : Mesure de couple avec capteur piézo-électrique. ............................................... 31
Figure 26 : Mesure de couple avec un système à balance mécanique................................... 31
Figure 27: Etalonnage du couplemètre................................................................................. 32
Table des tableaux.
Tableau 1: table de conversion des thermocouples T........................................................... 11

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1 Introduction.
Pour pouvoir comprendre et caractériser le fonctionnement d’un processus thermique, il est
nécessaire de mesurer différentes grandeurs physiques avec le moins d’erreurs possible.
Pour vérifier le niveau de précision de ces mesures, on réalise des bilans thermiques qui
permettent d’abord de vérifier que les premiers principes de la thermodynamique sont
respectés, ensuite d’estimer la fiabilité globale des mesures réalisées.
En cas de bilans erronés, on peut vérifier quelles sont les mesures incorrectes, après avoir
toutefois vérifié les équations utilisées pour établir les bilans.
Ce fascicule a pour but de rappeler les méthodes pratiques de mesures qui sont utilisées sur
les bancs d’essais destinés aux laboratoires d’étudiants. L’instrumentation de ces bancs n’est
pas sophistiquée mais permet néanmoins d’effectuer des mesures suffisamment précises que
pour élaborer des bilans thermiques satisfaisants.

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2 Rappels sur la précision des mesures.
Dès qu’on réalise une mesure, on doit toujours s’attendre à commettre des erreurs, que
celles-ci soient imputables à l’instrument lui-même, à la chaîne de mesure ou à …l’opérateur.
La grandeur lue est généralement le résultat de la conversion d’un signal électrique en une
grandeur physique conventionnelle (par exemple °C, W, etc…). Mais entre la valeur réelle et
le résultat final, il y a des sources d’erreurs possibles tels que :
• mauvais emplacement du capteur,
• imprécision du capteur,
• mauvaise conversion des signaux (manuelle ou automatique)
• mauvaise référence,
• conduction parasite pour les thermocouples
• mauvaise lecture du résultat final
Le but de ce fascicule n’est pas de détailler toutes les erreurs possibles, mais bien de donner
une estimation des erreurs absolues et/ou relatives que l’on commet en pratique générale sur
un banc d’essai.
Par exemple, on peut déterminer la puissance échangée dans un échangeur eau/air (Q ech)
selon la relation générale
Q ech = cw . w M
& . (tsu- tex) [W ]
avec :
• ∆T=(tsu- tex) :différentiel de température entre entrée et sortie [K]
• w M
& : débit d’eau glycolée [kg/s]
• cw : chaleur massique de l’eau [4187 J / kg.K]
Supposons :
• que le débit d’eau est de 0.2 kg/s mesuré à ±3%,
• la température d’entrée est 10 ±0.2 °C
• la température de sortie est 5 ±0.2 °C
alors la puissance échangée vaut 4187 W et on suppose qu’on a calculé des échanges avec
l’ambiance de l’ordre de 300 W.
2.1 Erreur différentielle.
Le calcul différentiel permet de calculer l’erreur relative maximale possible.
L’erreur relative sur un produit de termes équivaut à la somme des erreurs relatives à
condition que chacun de ces termes soit indépendant. Soit pour l’exemple :
T
T
c
c
M
M
Q
Q
w
w∆
+
∆
+
∆
=
∆
&
&
Ce calcul a été réalisé à l’aide du solveur EES dans le fichier lié suivant <calcul erreur
différentielle.EES >