GPA668 Capteurs et actionneurs Devoir #1 Automne 2014

GPA668 Capteurs et actionneurs
Devoir #1
Automne 2014
Yanick Noiseux m. ing.
11 septembre 2014
Introduction
Objectif :
Apprentissage des diverses caractéristiques des capteurs. Schémas
d'instrumentation.
Vous devez inscrire toute votre démarche, une réponse seule n’est pas
acceptée.
Évaluation :
Le laboratoire contribue pour 5 % dans la note finale.
Date de remise :
Le rapport de laboratoire doit être remis au chargé de laboratoire avant le
mercredi 8 octobre 2014 avant 18H15.
*Un malus de 7.5% par jour est applicable pour les retards.
Question #1
Un convoyeur apporte des boîtes à l’entrée d’une trieuse, nous désirons ajouter
le critère de longueur dans l’algorithme de sélection de notre trieuse. Puisque le
convoyeur possède déjà un encodeur relatif, il est possible de définir en fonction
d’un capteur de présence la longueur d’une boîte. Nous devons donc, ajouter un
capteur vers la fin du convoyeur afin de définir adéquatement la longueur (en
pulse d’encodeur) de la boîte. Nous aurons alors qu’à mesurer le delta en pulse
entre le front montant et le front descendant du capteur.
Les Contraintes :
 Les boîtes sont de différentes dimensions (longueur, hauteur et largeur).
 Le finis des boîtes n’est pas contrôlé (mat, clair, luisant, avec ou sans
collant, etc..).
 Nous devons avoir une imprécision de maximum 1cm.
 La largeur du convoyeur est de 36po.
 Le capteur doit pouvoir fournir une tension de 24Vdc la bobine d’un relais
et ce à environ 50mA.
Choisir au moins deux capteurs parmi ceux disponibles dans le document en
annexe pouvant répondre à la problématique et justifiez votre choix.
Question #2
Convertisseur
Électropneumatique
Fluide froid
(entrée)
Fluide de
chauffage
(entrée)
Valve de
commande
Consigne
Contrôleur
Électronique
Fluide de
chauffage
(sortie)
Fluide chaud
(sortie)
Capteur de
température
Figure 1 Boucle de régulation no 14
Faire le schéma ISA de la boucle de la figure 1?
Question #3
Un capteur de pression placé à 5 cm du fond d'un réservoir est utilisé comme
instrument de mesure de niveau. Le capteur de niveau résultant possède les
caractéristiques suivantes :
 L’étendue de mesure de 0 à 8 mètres (au-dessus du capteur) ;
 La sortie analogique de 4 à 20 mA;
 La classe de précision de ±0.25 % E.M.
a) Quelle est la sensibilité de ce capteur (en mA par mètre) ?
b) Écrire l'équation linéaire représentant la relation entre le niveau et le
courant de sortie.
c) Quelle est l'erreur absolue du capteur (en mètre) ?
d) Quelle est l’erreur relative quand il y a 4 mètres de liquide dans le bassin?
Question #4
Un capteur de température possède les caractéristiques suivantes :
 Étendue de mesure de -100⁰C à +500⁰C;
 Sortie analogique de 0 à 100 mV;
 Classe de précision de ±0.375 % E.M.
a) Quelle est la sensibilité de ce capteur (en mV par ⁰C) ?
b) Écrire l'équation linéaire représentant la relation entre la température et la
tension de sortie.
c) Quelle est l'erreur absolue du capteur (en ⁰C) ?
d) Quelle est l'erreur relative sur la mesure quand le capteur est dans un
environnement à 25⁰C?
Question #5
Un potentiomètre à résistance linéaire de 500Ω est utilisé pour mesurer un
déplacement d’une flotte dans un bassin (voir figure 2). La plage de déplacement
mesurée va de 0 (ce qui donne 0 Ω aux bornes de la sortie VO) à 200cm (ce qui
donne 125 Ω aux bornes de la sortie VO). La source d'alimentation VCC est de 15
Volts.
a) Écrire l'équation représentant la tension de sortie en fonction de la
résistance fournie par le potentiomètre.
b) Quelle est la sensibilité de ce capteur (en V/⁰) ?
c) Si la classe de précision de ce capteur est de ±0.125 % E.M., quelle est
l'erreur absolue du capteur (en ⁰) et l'erreur relative à 90mm du bas?
125Ω
R1
200 cm
Figure 2 Niveau d'un bassin
R1
Question #6
Soit un capteur de pression relative ayant une étendue de mesure de 0 à 100 kPa.
Le principe physique de capteur est basé sur la déformation d'une membrane
(corps d'épreuve) mesurée par une jauge de contrainte (élément de
transduction).
Cette jauge de contrainte est montée dans un pont de Wheatstone. Avec cet
ensemble, le capteur possède les caractéristiques suivantes :




La sensibilité réduite du capteur est de 3 mV/V;
Le pont est alimenté par une tension d'excitation de 10 V;
La tension d'excitation est sujette à une ondulation de ±0.025 V;
La classe de précision de ce capteur est de ±0.125 % E.M.
a) Quelle est l'erreur absolue sur le signal de sortie du capteur ?
Question #7
Un thermocouple de type S permet de mesurer une température. Le tableau 1
indique la tension de sortie mesurée pour quelques valeurs de température entre
0⁰C et 200 ⁰C.
a) Quelle est l'équation de la meilleure droite approximant cette
caractéristique ?
b) Quelle est l'erreur de linéarité de ce capteur en % E.M. ?
c) Quelle est la sensibilité de l'approximation linéaire de la caractéristique du
capteur (pente calculée en a)) ?
d) Quelle est la sensibilité de ce capteur autour de 100 ⁰C.
Comparez ces valeurs avec la valeur obtenue en c).
Tableau 1 Mesures réelles prises
Température (⁰C)
Tension de sortie (mV)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
0.000
0.055
0.113
0.173
0.235
0.299
0.365
0.433
0.502
0.573
0.646
0.720
0.795
0.872
0.950
1.029
1.110
1.191
1.273
1.357
1.441
Question #8
Soit un montage électronique utilisant un pont de Wheatstone montré à la figure
2. La tension d'excitation du pont VCC est de 10 volts. Les résistances utilisées ont
comme valeur nominale R = 350Ω. La grandeur mesurée varie de 0 à 100 % ce qui
entraine une variation de la résistance de mesure de 350Ω à 450Ω.
Tracez un graphique montrant la relation entre la tension de sortie Vo et la
grandeur mesurée en pourcentage.
Est-ce que la relation entre la tension de sortie Vo et la grandeur mesurée est
linéaire ?
Évaluez l'erreur de linéarité de ce montage.
Figure 3 Pont de Wheatstone