Brândua PANTELIMON Constantin ILIESCU

Daniela.FAUR • • __

MEfUREf ELECTRIQUEf ET

TRANIDUCTEURf

TRAVAUX DE LABORATOIRE

1

II

ii

;t"' P44ecL 2004

I

AVANT-PROPOS

Notre monde est, et sera, de plus en plus pénétré des applications de la mesure. Seule la mesure permet de conduire le progrés scientifique et d'accroItre les connaissances de ce qui nous entoure.

La mesure joue un role de plus en plus fondamental dans le développement des activités industrielles, la robotique, le contrOle de la qualité, les economies d'énergie, la lutte contre la polution, etc. De plus, la mesure trouve maintenant des applications nombreuses dans la conception et la réalisation des biens de consommation, l'électroménager, l'automobile, la biotechnologie, le biomédical,etc.

La mesure devient un facteur essentiel de i'économie. Et rien ne se fera sans le ,,capteur" qui se trouve a la base de l'édifice

,,Mesure", Lui seul permet de prolonger et d'affiner les sens de l'honime. La ,,Mesure" fait partie des sciences de l'ingénieur. Ainsi le contenu de cet

ouvrage Mesures électriques et transducteurs - est ensei 2 iè

é aux Ctudiants de la -ièrne et de la 3-n1e année de i'LTniversité Polytechnique de Bucarest an cadre du

FILS (cours donnés en français). Dans Ic processus d'Claboration de cet ouvrage ics auteurs ont bnéficie

Tune aide provenue de sources suivantes. La premiere en serait Ia riche experience acqmse par Ic groupe des

enseiams travaiiant dans Ic domaine envisage, au cadre de I'UniversieC Polytechmque de Bucarest, le long d'un nombre considerable d'annCes.

La deuxième source est ceile constituée par le Programme TEMIPUS-PHARE JEP 2765 intitulés:

,,Création et fonctionnement dune spécialisation en MCtrologie - Systémes de mesure" a Ia facultC d'Eleetrotehnique de l'UniversitC Polytechnique de Bucarest.

Grace a ce Programme on a eu la possibilité de dCvelopper, des programmes d'enseignement assurant une formation métrologique solide et un maximum de compatibilité avec les grandes universités européenes.

Le Programme a été coordonné par M. le Professeur Constantin ILIESCU de 1'UPB et les partenaires ont été: M. le Professeur Yves TANGUY de l'Ecole Supérieure d'Electricité - Paris et M. le Professeur K.T.V. GRATTAN de City University of London.

La troisième source a été la bourse de perfectionnement offerte par 1' Agerice francophone pour l'enseignement supérieur et la recherche AUPELF UREF pour Mme le Professeur Brndua PANTEL17vION a l'Ecole Supérieure d'ZEiectricité.

Les Auteurs

Table des matières

Etude LFI. Mesure d'intensité de courant et de tension.................................I

Etude LF2. Mesure des resistances en courant continu par

des méthodes de mesure directe et de pont................................13

Etude LF3. Etude du comportement en temps et en fréquence

des convertisseurs électriques de mesure ................................ ...23

Etude LF4. Etude du pont en regime non equilibré ......... ......................... ...32

Etude LF5.Oscilloscope cathodique ......... ........................... ..................... 40

Etude LF6. Mesures de puissance et cVenergie active

en courant aiternatif monoDhasC.. ......... ....... .........................51

Etude LF7,Mesure de temperature avec thermocouple et term, orCsistance ..... 60

Etude LF S. Etude des capteurs re' sistifs,.... ................. .......................... .68

Etude LF 9. Etude des capteurs inductifs....... ......... ............................ .... 75

Etude LF 10. Etude des capteurs capacitifs........... ................................ ....81

Etude LF 11. Etude des capteurs a fibres optiques .......................... ............90

Etude LF 12. Emploi des appareils de mesure a interface sérielle RS 232C

pour acquisition autornatique des données ..............................98

Etude LF 13. Mesure des distances avec des capteurs ultrasonores...... ........... 106

Probièmes.... ................. ...................... ........................................ 112

Annexes... .................. .............. ................... ......... ............ ...... .... 120

Bibliographie.. ......... ................... ............. ............. ....................... 167

ETUDE LF-1

MESURE D'INTENSITE DE COURANT ET DE TENSION

1.Obietde1'6tude

On se propose au cours de cette etude d'approfondir la connaissance des appareils de mesure de tension et dintensité de courant électrique, leurs manipulation correcte ainsi que le calcul de Pincertitude de mesure.

2. Appareils utilisés et critères de choix

2. 1. Appareils utijs

Dhabitude. Ia mesure de la tension et du courant electrique est réaiisée directement, en utilisant des appareils qui indiquent la valeur de la grandeur mesurée:

- Ia tension est mesurée avec ie voltmètre; - i'intensité du courant est mesurée avec i'ampèrernètre. Les de-ax aopareils sont réaiisés comme appareiis a calibre unique ou

appareiis a calibre multiple. Les deux fonctions de voltmètre et d ampèremètre peuvent êire réalisées

par un seul apparei-multimètre. Quant a leur principe de forietionnement et a leur affichage, les appareils cie

mesure peuvent être analogiques ou numériques. Le schema de principe pour le montage du voitmètre et de i'ampèremètre en

circuit est présenté dans la figure 1. . Le volthièüe est monte en paraiièle stir !'impe'dance et mesure Ia tension présentCe stir ses bornes, L'ampèrernètre s'insère en série a l'impédance et mesure Fintensité du courant, Attention:

- pour insérer l'ampèremètre, on ouvre Ic circuit clans le point désiré mais seulement après avoir débranché le circuit;

Figure i. I Schema de montage du voltmètre et de l'ampèremètre.

- le montage de l'ampèremêtre comme voltrnètre en parallêle a l'impédance mêne a la destruction de l'appareil;

- lorsqu'on utilise un multimètre, tout d'abord on fait le choix de la fonction adequate (A ou V) et après on branche l'appareil conformément a la fonction choisie.

2. 2. Critéres de choix entre appareils

Les critères de choix sont les mémes pour les deux types d'appareils (A ou \T), done ils seront traités en général, en utilisant le terme "grandeur", selon la situation pour "courant" ou "tension".

2. 2. 1. Grandeur a mesurer

Les grandeurs peuvent être continues ou alternatives, généralement les appareils mesurent des grandeurs continues ou des grandeurs alternatives.

La grandeur a mesurer est représentée par un symbole inscrit sur l'appareil (voirannexe 0.

Pour les grandeurs alternatives, on définit: Ia valeur efficace, X:

1 X= !jx 2 (t)dt

I

Ia valeur moyenne:

ix(t)dt

la valeur moyenne redressée:

X rerj x(t)dt 1 0

(1 A,

(1.3)

Les appareils de courant altematif ont l'échelle graduée en valeurs efficaces et les mesures sont correctes si les grandeurs sont sinusoldales.

L'appareil magnétoélectrique a redresseurs (MAVO - 35) indique la valeur X red.l,ll et cette valeur est égale a x en regime sinusoidal

( 1,11=X/Xredkj ). L'appareil numérique indique correctement la valeur efficace pour des

formes d'ondes non-sinusoldales a moms que l'appareil soit de type "valeur efficace wale".

2

Les grandeurs alternatives peuvent avoir des fréquences différentes. Les appareils, seront des appareils analogiques, vont presenter des indications corrctes pour un certain intervalle de fréquence de la grandeur mesurée. Cet intervalle est indiqué sur le cadran de l'appareil ou clans la documentation (pour ies appareiis numeriques).

2. 2. 2. Gammes de mesure

La grandeur a mesurer ne dolt pas dépasser la valeur limite du calibre, puisque l'apppareil peut être détruit, surtout pour les apppareils analogiques. S'impose donc un calcul estimatifpréliminaire.

Lorsque l'apppareil est au calibre multiple et l'ordre de grandeur de la valeur mesurée n'est pas connu, ii est important de commencer par sélectionner le calibre le plus élevé, puis de passer finalement au calibre en assurant la meilleure resolution (maximum de chiffres significatifs de l'affichage pour l'appareil numerique).

Darts ce cas l'erreur relative de mesure est minim-ale. En ce qui conceme l'appareil analogique a calibre multiple, Ia valeur

mesurée est:

X=Ca (1.4)

C const.anee de calibre C = X / a; - nombre des divisions indiquCes;

cmax nombre des divisions d'échelie graduCe; vaieur limite du calibre.

Pour l'apareii numérique, la valeur de la grandeur mesurCe X est Ic nombre mdque par l'affichage correspondant an domame de mesure chosi.

Les app areils numériques avec "auto-range" peuvent sélectionner auto matiquement Ia gairime.

L'erreur intrinsêque AX j pour un appareil analogique est caicuiée en utilisant la relation:

AX V max

- 100

ou c - ciasse d'exactitude de l'appareil. Pour un appareil numérique on utilise la relation:

AX =-(c1 x+c2 x ax )

(1. 5)

(1.6)

3

±

Les valeurs C 1 , C2 sont précisées dans la documentation de l'appareil pour chaque calibre (annexe 2 pour c. c. ; annexe 3 pour c.a.).

L'erreur relative s, est calculée pour les deux types d'appareils par Ia relation:

AX 1 E r -• 100% (1.7)

pour une temperature ambiante située dans l'intervalle 1 8°28°C pour le multimétre numérique HP 34401 A. Le seuii de sensibilité de l'appareil analogique est généralement de 0,5 divisions.

Pour l'appareil numérique la resolution est la valeur d'unité du dernier rang decimal. Lorsque l'affichage n'est pas stable dans la limite de sa resolution ii faut choisir un calibre supérieur, ce qui augmente la stabilité de l'affichage et en même temps réduit l'exactitude.

2. 2. 3. Effet de l'appareii sur la grandeur mesurée

Etant d.onné aue i'énergie nCcessaire au fonctionnement du voltmCtre et de l'arnpèremétre est foumie par Ic circuit oü on insre i'appareil, Ia connexion des appareils peut modifier Ia grandeur a mesurer.

ii exste ainsi ure erreur systématique, Le paramètre qui eaxactCrise certe erreur est la résistance interne de

I'appareii. Le schema éqwvalent du circuit de la figure 1. 1. qui illustre cet effet, eat présentC dans Ia figure 1 2,

Evidemment Ic voltmCfre doit avoir une très grande résistance interne et Fampèremètre doit avoir une résistance très rCduite par rapport a !impedance du circuit.

LT

Figure 1. 2. Effet des resistances intemes des appareils de mesure.

Les voltmètres numériques ont une résistance interne très élevée (l 0 Me).

2. Mesure d'intensité de courant yççja sondeitjgu

La sonde ampéremétrique nous permet de mesurer l'intensité d'un courant sans ouvrir le circuit.

La sonde ampèrmétrique est realisée en forme de pmce avec un circuit maétique, tel un anneau, ayant la possibilité de s'ouvrir pour introduire le cable d'entrée du circuit a mesurer. A l'intérieur se trouve un convertisseur courant-tension base sur l'effet Hall ou sur l'effet d'induction et la sonde est couplée a un voltmêtre numérique.

Ainsi la valeur de courant est: I=kU

on U - I'indication du volimètre en V (cc. ou ca, selon le courant; k - constante de l'appareil(iOAiIV ou IOOA!IV).

Si la valour de la tension mesurée est très réduite par rapport au calibre choisi ii faut enrouler le cable autour de l'anneau (le nombre des spires est 'n").

Dans cc cas, la valour de l'intensité du courant sera:

T .1.

n

3. Dérouiemen de Vkude

ies

3. 1. 1. Mesure de l'intensité du courant clans urn circuit do courant continu avec i'ampèrernètre et la sonde arnpèremétrique.

3. 1. 2. Mesure de i'intensité du courant dans un circuit de courant aiternatif sinusoidal avec ampèrernètre et avec la sonde ampèremétrique.

3. 1. 3. Me sure de ia tension clans un circuit de courant continu. 3. 1. 4. Mesure de la tension dam un circuit de courant aiternatif sinusoidal, 3. 1. 5. Estimation de i'erreur de mesure due a la résistance interne du voltmètre. 3, 1. 6. Mesure de la tension dans un circuit de courant alternatif non-sinusoidal et

l'estimation de l'eneur de mesure.

Note. Chaque étudiant va réaliser un nombre de mesurages a valeurs différentes.

3. 2. Apareilsuti1isés

1. Sources de c.c. régiable 0-- 24V; 0,8A, 2. Autotransformateur. 3. Transformateur abaisseur 220/I8V, 100W. 4. Montage a resistances et diodes.

5. Multimètre MAYO -35 6. Multimètre HP34401A 7. Voltmètre de courant continu a calibre multiple. 8. Voltmètre de courant altematif a calibre multiple. 9. Ampèremétre de courant contmu a calibre multiple 10. Ampèremétre de courant alternatifà calibre multiple 11. Sonde ampèremétrique (CO-bOA).

3. 3. Manipulation

3. 3. 1. Mesure de l'intensité de courant dans les circuits de c.c. et c.a.

Les operations a effeetuer sont: - réalisation du schémade montage experimental qui dolt contenir : source de c.c. ou c. a. , ampéremétre analogique, ampèremétre numérique, résistance 22 Q-25W. La source de c.a. est réalisée a l'aide d'un autotransformateur et d'un transformateur 220/1 8V, conformément au schema de la figure 1. 3. n/n

U(O... 18V 2' Figure 1. 3. Source de c.a. régiable.

L'ampèrernêtre nurnérique utilisé est le muitimétre HP 34401 A - voir figure 1. 4. Le premier but de l'utilisation est de se fainiliariser avec la face-avant du multimétre.

La face-avant possède deux rangées de touches servant I sélectionner diverses fonctions et options. La piupart des touches sont associées a me fonction dont be nom est imprimé en "bleu" au-dessus de la touche. Pour executer une de ces fonctions, appuyez sur Shift (l'indicateur "Shift" s'allume).

L'appareil numérique sera mis sous tension pressant la touche "Power on"

Mesures de courant Gammes : 10 mA(c.c. uniquement), 100 mA(c.c. uniquement), 1 A, 3A Resolution maximale: 10 nA (sur la gamme 10 mA) Mesures en CA : Valeur efficace (RMS) vraie, couplage c.a.

I

$4401A — w—

I MI PwI 4. 0

P9 ,acno.

cI: UAT

,

cc +

h^w pow

Figure 1.4.

Pour sélectionner la fonction mesure de I'intensité de courant continu "DC r' appuyez sur Shift DC V et pour courant altematif "AC I" appuyez sur les touches Shift AC V.

Le travail commence a partir de la valeur zero de la tension de sortie de la source (c.c. ou ca.) et puis on regle la tension pour obtenir la valeur souhaitée de 1' intensitC de courant (inférieure a 3A).

L'ampèrernètre nurnérique sera utilisé dans le regime de selection automatique de gamme. Pour l'arnpèremètre analogique on commence avec le calibre 5A (attention a Ia position coffecte du comrnütateur pour c.c. ou c.a.) et pour chaque valeur on utiisera Ic meilleur calibre (1'indication de l'appareil se trouve sur la deuxième moitié de l'Cchelle).

Or calcule les erreurs de mesure intrinsèques et relatives. En ce qui conceme le multimétre numérique HP34401 A voir annexe 2 pour cc. et annexe 3 pour c.a.

Pour utiliser la sonde ampèremétrique: - la source de tension est découplée, le multimètre est débranché et les fiches

sont raccordées pour mesurer la tension; - voir figure 1. 5. - en appuyant les touches DC V pour c.c. ou AC V pour

c.a. en régime selection automatique "AUTO"; - on branche la sonde ampêremétrique. Le montage et mis sous tension et on régle le courant a mesurer. Pour les mesurages en c.c. la sonde doit être réglée a zero comme suit: on

tient la sonde a 30 - 40 cm distance du cable a mesurer dans la position utilisée pour mesurer. Pour le réglage de "zero" de la sonde on fera le réglage jusqu'au moment øü le multimètre (voltmétre) va indiquer "ZERO". Pour les mesurages en c.a. on ne fait pas de reglage a zero. On ouvre le pince et on introduit le cable a l'intérieur de l'anneau et on lit la valeur de la tension affichée. La valeur mesurée

7

de l'intensité du courant est obtenue par Ia relation (1.9). L'erreur de la sonde ampèremétrique est de ±2% de la valeur du calibre. On va calculer l'erreur intrinséque et celle relative.

Les valeurs mesurées avec la sonde seront inscrites dans le tableau 1. 1.

Tableau 1. 1.

Grandeur Appareil Calibre Vale ur Résultat mesurée

analogique

Courant numérique continu

UI sonde ampérmétrique anal ogique

Courant numérique alternatif

UI sonde

- pèrniétriq

3. 3. 2. Mesures de tension dans les circuits de c.c. et c.a,

Les operations a effectuer sont: - réalisation du schema de montage, en utilisant: source de c.c. ou c.a., deux

resistances insérées de 10 k1, les voitmétres (numerique et analogique) branches en parallèle. En observant les conditions de 3. 3. 1, on met le montage sous tension et on règle la tension a mesurer. Pour sélecter la fonction mesure de tension continue "DC V", appuyez sur DC V et pour tension alternative appuyez la touche AC V en régime selection automatique "AUTO".

Mesures de tension

Gammes : lOOmV, IV, 1OV, bOy, I000V (750 V ca,) Resolution maximale: 100 nV (sur la gamme 100 mV) Mesures en CA : valeur efficace (RMS) vraie, couplage c.a.

n.

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E E

LI eIOcu i.m

[ocvj 11

Figure 1, 5.

Les valeurs mesurées seront inscrites clans le tableau i. 2

Tableau 1.2.

Grandeur Appareil Calibre Valeur Al Résultat rnesurée

analogique Tension

continue numérique

analogique Tension alternative numérigue

3. 3. 3. Estimation de l'erreur de mesure due a la résistance interne du voltmètre

Aprés réalisation des mesurages pour tensions alternatives comformément au p. 3. 3. 2. , les deux voltinètres, analogique et numérique, étant branches, on règle la tension et on lit la valeur U 1 indiquée par le voltmètre numérique. Puis on débranche le voltmètre analogique et on lit la nouvelle valeur U 2 indiquée par le voltmètre nurnérique.

On calcule l'erreur due a la résistance interne du voltmètre analogique. Les valeurs seront ins crites dans le tableau 1. 3.

9

0

Tableau 1.3.

Valeur mesurée au voltmètre numérigue U I V U2 V

avec voltmètre avec voltmètre V analogique connecté analogique déconnecté

3. 3. 4. Mesure de tension dans un circuit de courant altematif non-sinusoidal et l'estimation de l'erreur de mesure

On utilise le même schema du p. 3. 3. 3. et on introduit en série avec les deux resistances une diode; les deux voltmètres analogique et numérique sont branches pour mesurer des tensions alternatives.

En connectant la source de c.a., les deux voltmètres mesurent une tension redresée-simple alternance, done une tension non-sinusoldale. Le voitmètre numérique étant du type "vraie valeur efficace" (true RMS), ii mesure la tension U 1 qui représente vraiment la valeur efficace de cette tension non-sinusoidale.

Le voltmètre analogique utilisé6 est un appareil magnétoélectrique a redresseur qui indique la valeur rnoyenne de l'onde redressée, mais ii est graduC en valeur efficace pour me onde sinusoIdale et par consequent ii mesure une tension U 2 qui diffère de la, valeur efficace a cause de la forme non-sinusoIdale de la tension mesurée.

L'erreur du voltmCtre analogique est:

tMJ=U2 —U 1 (1. 10)

et 1' erreur relative:

AU E r

= U (1. 11)

Avec les résultats expérimentaux on obtient le tableau 1. 4.

Tableau 1. 4.

U 1 U2 U S Formed'onde V V V

EI

J

Note. Le voltmètre numérique est de type "vraie vaieur efficace" et les valeurs pour l'eneur mtrinsèque présentées dans l'annexe sont pour la mesure des tensions sinusoldales.

Quand on mesure la valeur efficace d'une tension non-sinusoIdale ii faut ajouter I l'erreur intrinsèque une erreur supplémentaire qui depend de la valeur du facteur de crete F,, .

- valeur crete 0 - valeur efficace

(1, 12)

Pour une tension redressée simple-altemance F 0 = 2 et l'erreur supplémentaire de facteur de crete (signaux non-smusoIdaux, vow annexe 3):

AU. (1. 13)

L'incertitude de mesure est:

AU, =AU±AU, (1. 14)

4. Questions. problèmes

4. 1. Tracez le diaamme de l'erreur relative d'un appareil analogique de classe d'exactitude c = 1.

4. 2. Une tension de 30 V est mesurée avec un voithièfre analogique de classe c = 0,5 avec calibre 40 V et avec un deuxième voltmèire classe c = 0,2 avec calibre 120 V. Laquelle des mesures est la plus exacte?

4. 3. Determiner la valeur efficace d'une tension en dents de scie aux caractéristiques de la figure 1. 4. lorsqu'un appareil MAyO indique a la fonction Uca la valeur 11 V.

II

Figure 1. 6. Tension en dents de scie.

4. 4. Qu-est-ce qu'il Va se produire lorsqu'on change une gamine a l'ampèremètre analogique (voir 3. 3. 1.), sans qu'on réduise la source a zero ? A observer la modification de la résistance interne fonction de la gamme.

4. 5. Queue est l'indication d'un appareil a courant continu branché a un circuit aucourant alternatif sinusoidal ? Le maintien de l'appareil au circuit peut presenter un certain danger pour l'appareil ? Le choix du calibre de mesure a de l'importance en l'occurrence?

4. 6, Vous avez a votre disposition un appareil a l'échelle aux 120 divisions pour réaliser un ampêremètre. Quell sera le calibre: 3A ou 5A? Donnez-en I' explication.

12

I

ETUDE LF-2

MESURE DES RESISTANCES EN COURANT CONTINU PAR DES METHODES DE MESURE DIRECTE ET DE PONT

1. Objet de l'étude

Le but de cette étude est de permettre aux étudiants d'approfondir leurs connaissances pratiques par des méthodes et des appareils électriques de mesure utilisés pour la mesure des resistances électriques et aussi d'estimer l'mcertitude de mesure pour caractériser l'étendue des valeurs dans laquelle se situe la valeur vraie de la résistance mesurée.

2. Méthodes et appareils de mesure

2. 1 Généralités

La résistance électrique peut être mesurée en courant continu par les méthodes cidessous:

- méthode de mesure indirecte: la valeur de Ia résistance est obtenue par caleul a l'aide d'une relation dans laquelle toutes les grandeurs impliquées sont directement mesurées; la plus connue est la méthode d'ampèremètre a deux montages: aval et amont.

- méthode de mesure directe: la valeur mesurée est obtenue directement en utilisant un seul appareil (analogique ou numérique-ohmmètre).

- méthode de mesure du pont: la valeur de la résistance est obtenue soit par l'équiibrage d'un pont (le pont de Wheatstone étant Ic plus connu et le plus utilisé dans les mesures de haute exactitude) soit par la mesure de la tension de déséquilibre d'un pont, qui est en fonction de la résistance mesurée (le pont non-équiibré).

Dans cette étude seront employees les méthodes de mesure direete et la méthode de pont. La méthode indirecte est employee seulement dans le cas oü la valeur de la resistance mesurée depend de la tension ou du courant.

Pour les deux méthodes on a choisi les appareils suivants: le multimètre analogique MAVO-35 et le multimètre numérique Metrix ITT MX 579 - pour la méthode directe et le pont de Wheatstone pour la méthode de pont.

13

I

2. 2. Ohmmètre analogigue

Les ohnimètres analogiques sont des appareils destinés a la mesure de la résistance électrique; I'indication de la valeur de la résistance est réalisée a l'aide d'un appareil indicateur analogique.

Cette catégorie contient les ohmmètres usuels a schema série ou paralléle et les ohminètres électroniques. Ces derniers sont constitués d'un convertisseur résistance électrique - tension électrique continue et dun voltmètre analogique.

Résistance I Valeur Convertisseur a mesurer R 'résisce électrique- __ Voltmètre mesur6e tension électrique analogique [

continue

Figure 2. 1. Schema fonctionnel d'ohmmètre électronique analogique.

Ohnimètre analogique a schema série

(i-) (*)

2 0.6

Figure 2. 2. Schema série d'ohrnmètre analogique et I'échelle graduee.

oü: E - source de tension continue; mA - milliampèremètre de résistance inteme R. R0 - résistance réglable; Rk - résistance réglable; R - résistance a mesurer; R - résistance de protection.

14

20

01 1 50

00

(4 *' MI

Les particularités de ce schema sont: - la deviation a du milliampèremètre vane non-liriéairement, selon une

fonction connue: I k,

C 1 k 2 + R

oii C , k et k 2 sont des constantes. - I'exactitude depend de la deviation a, étant 5%

graduée (l'échelle graduée étant non-uniforme). Observations:

Dans le cas de l'ohnimètre a schema série, en vue de la determination de

l'exactitude de la mesure on utilise directement le diagramme c = f(R)(voir l'exemple pour MAVO-35 - fig. 2. 6).

L'ohmmètre analogique type série est prévu d'une seule échelle graduée et avec 5 calibres. La valeur mesurée de la résistance est obtenue en multipliant la deviation a par la constante correspondante a la position du commutateur (R = ka). Pour obtenir une exactitude maximale on choisit le calibre de telle manière que la deviation a se trouve au milieu de l'échelie graduée.

Le schema est utilisé pour mesurer les resistances situées dans l'intervalie iOc..,lMQ,

Ohrnmètre anaiQgiqpe àschéaparallè1e

(2.1)

au milieu de l'échelle

Figure 2. 3. Schema parallèle d'ohmmètre anialogique et I'échelle graduée, oii: E - source de tension continue; mA - milliampèremètre de résistance R; Rp - resistance de protection; R0 - résistance réglable.

15

Les particularités de ce schema sont: - la deviation a du milliampéremétre est non-linéaire:

I k 1

k2+ k3 R X

— (2.2)

- l'exactitude maximale se trouve aussi au milieu de l'échelle; - si a l'ohmmètre a schema série ii y avait un réglage a zero que Pon faisait pour R = 0 (les bomes court-circuitées), a l'ohnimètre a schema parallèle il y a un réglage a la tête d'échelle, Rx = (les bomes libres); le schema est utilisé pour mesurer les resistances moindres que 50 0.

2.3. Ohnimètre numérique

Les ohmmètres numériques, d'habitude incorporés dans les niultimèfres numériques, sont des appareils électriques pour la mesure de la résistance électrique qui utilisent un affiehage numérique.

De mérne que les obmrnètres analogiques électriques, les ohmrnètres numériques ont pour element principal un convertisseur résistance éiectrique-tension électrique, mais suivi d'un voltmèire numérique figure 2. 4.

résistance éiectrique-

Résistance Vale

iIfre ur

a mesurer R.Convertisseur

tension éiectrique numenque continue I

Figure 2. 4. Schema fonctionnel d'ohmmmètre numérique.

2. 4. Pont de Wheatstone

Le pont de Wheatstone mesure les resistances électriques situées dans l'intervalle 10 Q ... I MO d'exactitude élevée.

Le schema électrique du pont de Wheatstone est présenté en figure 2. 5.

16

EI

R

Figure 2. 5. Le schema électrique dupont de Wheatstone.

a, b - resistances réglables; R - résistance d' équilibrage du pont; RX - résistance a mesurer;

galvanomètre; E - source de tension éiecflique;

resistance de protection; k 1 , k2 - interrupteurs.

Le Pont est alimenté par me tension continue E, située en diagonale d'alimentation. Y est branché un galvanomèire, détecteur de zero en diagonale de detection, qui va signaler l'état d'équilibre du pont. Au moment de l'équilibre du pont (Ig = 0) on a la relation:

aR=bR

(2.3)

(les produits des resistances des bras opposes sont égaux). On a donc:

R

(2.4)

On choisit le rapport alb fonction de l'ordre de grandeur de la résistance a mesurer de façon qu'on utilise la premiere decade de la résistance d'échilibrage R.

17

3. Déroulement de I'étude

3. 1 Themes d'étude envisageables

Mesurer les resistances électriques des éléments de circuit et des capteurs résistifs a l'aide d'ohnimètre analogique, d'ohmmètre numérique et du pont Wheatstone. Estimer les incertitudes de mesure.

3. 2. Manipulation

3. 2. 1. Mesure de la résistance electrique avec l'ohmmètre analogique

Lorsqu'on utilise le multimétre MAVO-35 pour la mesure d'une résistance on execute les operations ci-dessous:

- on choisit le calibre de telle manière que la valeur mesurée se situe au milieu de I'échelle graduée;

- régler "le zero" par le court-circuit des bornes; ii s'agit "d'ohmmètre a schema série"- l'ohmmètre le plus utiiisé; le réglage proprement dit est réaiisé a l'aide du bouton de régiage a zero, accessible a l'utilisateur;

- on branche la résistance aux bomes de l'ohrnmètre et on lit la valeur - a I'aide du diagramme des erreurs d'ohmmCtre, on va changer,

éventuellement, le calibre afrn d'obtenir uric exactitude supérieure; a titre d'exempie pour l'ohrnmCtre incorporC en multimètre analogique MAV0-

35, l'incertitude de mesure est plus petite de 5% seulement a l'intervalle (40...5) de l'échelle graduCe, conlonnément a la figure 2. 6.

MM

R Figure 2. 6, L'incertitude de mesure pour ohnimètre analogique MAVO-35.

Pour determiner l'erreur absolue on emploie la relation:

ARX =E RX (2.5)

3. 2. 2. Mesure de la resistance éléctrique avec l'ohmmètre numérique METRIX ITT-MX-579

Les operations effectuées pour la mesure d'une résistance éléctrique sont: - brancher le multimètre au réseau et enfoncer la touche; - enfoncer la touche "if' (ohmmètre) et constater le clignotement de

l'affichage, tous les chiffres a zero: "0000"; - brancher les cordons noir et rouge sur les COM et V9; - brancher la résistance a mesurer aux bornes et sélectionner le calibre de

mesure en enfoncant l'une des touches (200 Q a 20 M) pour que le nombre des chiffres affichées soit maximal.

Observations: - l'affichage peut presenter des valeurs entre 0 et 19999;

le positionnement de la virgule (point decimal) est fonction du calibre concerné et apparalt automatiquement a l'affichage;

le dépassement de calibre est siialé par clignotement de "0000".

Dans le cas du muitimêtre numérique METRLX ITT MX-579 l'incertitude de mesure est calculée par:

AR 100

R +mUR

(2.6)

ofi in et n sont obtenues du tableau 2. 1. pour chaque calibre;

valeur affiehée; UR - unite de la decade du poids le plus faible (valeur d'unité du demier rang

decimal). L'exactitude de mesure est:

R X 100%

(2.7)

19

Tableau 2. 1.

Incertitude de mesure Calibre Resolution n

LtRX =1- R +mUR

2000 10mg 0,2%R+5UR

2kQ iOOm.Q 0,2%R+2UR

20kg 0,1%R+3UR 200k.Q 10 K2 0,1%R+3UR 2M) 100 f 0,2%R+3UR

20ME2 lkQ 0,3%R+3UR

3. 2. 3. Mesure de la résistance électrique avee le pont de Wheatstone Afm de mesurer avec l'exactitude Ia plus élevée on utilisera le pont de

Wheatstone. Manipulation: - alimentation du pont et du galvanornètre; - choisir le rapport a/b pour qu'on utilise toutes les decades du pont; lorsqu'on ne connaIt pas la valeur approximative de Ia résistance a mesurer on choisit le rapport a!b= 1000/1000; lorsqu'on n'utilise pas la decade Ia plus significative pour Ia résistance réglabie R, on change Ic rapport SC1Ofl la situation; - utiliser Ia sensibilité minimale du galvanomètre 1/1 000 et commencer l'équilibrage du pont en changeant progressivement Ia sensibilité jusqu'a 1/1.

La valeur finale de Ia resistance R obtenue et Ic rapport a/b utilise' sont introduits dans la relation (2. 4), en resultant Ia valeur mesurée de la résistance R.

L'incertitude de mesure du pont est déterminée en utilisant les relations:

ARX = ± ARXV (2.8)

oii: - erreur intrinsèque du pont;

ARxv - eneur supplémentaire déterminée par les grandeurs d'influence (temperature, humidité).

oü:

L'erreur intrinsèque du pont est calculée par la relation: c(R

100k.k

c - indice de classe du pont (c0,05); k - constante (k10);

(2.9)

We

Th

R - la plus grande valeur de la résistance R =I 0' située dans l'intervalle de mesure pour un rapport alb;

R - la valeur de la résistance mesurée.

Tableau 2. 2.

Appareils Resistances ãmesurer 1 1 2 3 4 5 6 Grandeurs

AR, N4AVO-35

R±R 2.

METRIX I ITT-MX-579 %

RX +/RX

3. R Pont R,;

Wheatstone - LIRX

Ry ± t 5L *

Lorsqu'on utilise un port Wheatstone a l'indice de classe c0,05 et la temperature lors du mesurage n'est pas situCe dans I'intervalle de référence (20±0,5)°C, mais dans l'intervaile a utiliser (20±10)°C, l'erreur supplémentaire est:

ARv = ARxi (2.10)

Les intervalles de temperature précisées sont valables pour le pont utiisé. L'erreur relative est calculée:

'X100% (2. 11)

21

4. Questions , problèmes

4. 1. Comparez les trois méthodes de mesure du point de vue de l'exactitude, du temps de mesure.

4. 2. Quel est le principe de fonctionnement du pont de Wheatstone?

4, 3. Pourquoi I'échelle de l'ohmmètre analogique - tant pour le schema série que pour le schénia paralléle - est non-linéaire et queues sont les consequences pour Futilisateur?

22

ETUDE LF-3

ETUDE DU COMPORTEMENT EN TEMPS ET EN FREQUENCE DES CONVERTISSEURS ELECTRIQUES

DE MESURE

1. Objet de l'étude

Le comportement dynamique (en temps et en frequence) représente un critère important qui permet d'évaluer les qualités des appareils électriques de mesure et par consequent des convertisseurs eleclriques de mesure qui sont les éléments composants des chalnes de mesure.

Pour étudier le comportement en temps et en fréquence des convertisseurs électriques de mesure ii est três utile et en même temps très commode de modeliser les divers types de convertisseurs et de mesurer leurs paramètres dynamiques.

2. Méthodesd'étude

2.l.Caractère linéaire des convertisseurs de mesure

Entre la grandeur d'entré.e x(t) fonction du temps et la grandeur de sortie y(t).

x(t) I Convertisseur y(t) iectrique

de mesure

Figure 3. 1. Convertisseur électrique de mesure.

egalement fonction du temps - figure 3. 1. - ii existe la relation:

y(t) = R(t)x(t)

(3. 1)

La réponse du convertisseur de mesure est détenninée par l'équation de fonctionnement.

Les convertisseurs de mesure sont divers et tout aussi divers sont leurs comportements.

Les convertisseurs de mesure dont l'équation de fonctionnement est une equation différentielle linéaire a coefficients constants portent le nom de systèmes

23

linéaires, La plupart d'entre eux peuvent être considérés comme systèmes iinéaires.

Les systémes sont classes fonction de l'ordre de i'équation différentielle qui les représente correctement:

- convertisseur de mesure de l'ordre zero étant régi par i'équation différentie lie:

y(t) - kx(t)

(3.2)

Ex: Ic capteur de position a potentiomètre, le diviseur de tension etc.

- convertisseur de mesure du 1 ordre, par défmition est celui dont l'équation différentielle est:

dy( t) dt +y(t)=kx(t)

: le capteur thermoéiectrique;

(3,3)

- convertisseur de mesure du 26me ordre, par definition est celui dont i'équation différentielle est:

d 2y(t) a0 dt2 +a1 dt

dy(t) ±a2y(t)=x(t)

: les instruments de mesure analogiques.

(3.4)

La solution de l'équation différentielie est obtenue en imposant des conditions initiales nulles et pour des fonctions d'entrée standards.

Le type de la fonction d'entrée x(t) determine i'étude du comportement dynamique.

2. 2. Comportement en temps des convertisseurs de mesure

Pour caractériser le comportement en temps des convertisseurs de mesure on applique un signal d'entrée en echelon:

X(t) = x01(t)

(3.5)

om: X0 est l'amplitude et 1(t) désigne la fonction echelon unite:

24

10 pour t < 0 1(t)

= ti pour t > 0 (3 6)

La solution de l'équation de fonctionnement décrit le comportement en temps du convertisseur de mesure.

Pour un convertisseur du I ordre la solution est:

( y(t) = xot1_ eJ

(3.7)

La quantité t est appelée la constante de temps du convertisseur.

Les caractéristiques dynamiques: - le temps de montée qui représente l'intervalle de temps entre 10 % et 90 %

de la valeur finale yf sur la courbe de (t) pour une fonction en echelon, - le temps de réponse qui est le temps nécessaire pour que la grandeur de

sortie soit a n% près de la valeur d'Cquilibre (valeur finale) qui est celle de Ia mesure correcte. Le temps de réponse depend de t et de n%. Par exemple le temps de réponse a 11% près est de 4,6 T.

La rCponse d'un eonvertisseur de mesure du 26' ordre a un signal d'entrée en echelon est - figure 3. 2.

t

Figure 3. 2. Réponse des convertisseurs du 2" ordre.

- régime périodique amorti 3 < 1:

y(t)=1— V===Te- .t si^ CO O J, --^Yt + I (3.8)

25

tg(p= ji_132

(3.9)

- regime aperiodique critique J31

y(t) = k[1 - (ii + o)o t) e_0t}

- régime aperiodique hyperamorti 0 >1:

1 1 y(t) = kj] - ---__ e _13 )ot sh(wo It + (P)j

(3. 10)

(3. 11)

thp= 13

oü:

est appelé coefficient d'amortissernent.

et: Fa 2

est appelée la pulsation propre du convertisseur.

V.' .

(3. 13)

(3. 14)

Caractéristiques dynamiques:

- temps de réponse - le même sens lorsque le convertisseur est en regime apériodique critique ou hyperamorti. Lorsque le régime est périodique amorti et la grandeur de sortie oscjlle autour de la valeur d'équilibre, ii faut définir comme

26

temps de réponse a n% près Ic temps a partir duquel les oscillations restent a

l'intérieur de l'intervalle + et

- i0o)

- le dépassement - - est la difference du maximum de la premiere oscillation et la valeur finale yf et s'exprime par ty lyf.

2. 3. Comportement en fréguence des convertisseurs de mesure

Pour caractériser le comportement en fréquence des convertisseurs de me sure on applique un signal d'entrée sinusoIdal:

X(t) = X sin aa

(3. 15)

et la réponse est aussi un signal de sortie sinusoidal a amplitude et a phase fonction de la pulsation -

y(t) = Y sin(cot + (P

On determine: - la caractéristique amplitude-pulsation H(a):

Y(0)) x (3. 17)

- Ia caractéristique phase-pulsation (p((0).

L'examination de la caractéristique en amplitude H(u) permet de définir la largeur de bande (bande passante) qui représente l'intervalle de pulsation (O,)B)

oii H(a) reste supérieure a H0 I Exprimée sous forme d'affaiblissement o est donnée par la relation:

H 20 log H0 = 3 dB (3. 18)

27

41

2. 4. Modélisation des convertisseurs 61ectricue de mesure

Le convertisseur de mesure du I ordre peut être modelisé par un circuit R-C, figure 3. 3,

0—f j- / R

X(t)=Ue(t) C --

) y(t)=u(t) 0 pL

Figure 3. 3. Circuit R-C.

L'équation du circuit R-C est

RC+Us (3.19)

Le convertisseur de mesure du 2me ordre peut être modelisé par un circuit R-L-C, figure 3. 4.

x(t)=u(t)

Figure 3. 4. Circuit R-LC. L'équation du circuit R-L-C est:

d 2u5 Rdu 5 1 1

dt2 + + U = U (3.20)

avec

et P = r (3.21)

3. Déroulement de I'étude

3. 1. Themes d'étude envisageables

3. 1. 1. Etude dans le domaine du temps et le domaine de la fréquence d'un filtre R-C passe-bas (modèle du convertisseur de mesure du I ordre).

Determiner par calcul les paramètres caractéristiques.

3. 1. 2. Mettre en evidence les regimes de fonctionnement dans le domainc du temps d'un filtre R-L-C passe-bas (modèle du convertisseur de mesure du 2eordre) . Determiner expérimentalement les paramètres du régime periodique amorti.

Appareils utilisés

1. Générateur des signaux de fréquence variable (1 Hz-2MHz) 2. Oscilloscope a deux voies. 3. 3 sondes d'osciloscope. 4. Maquette d'enseignement inductance sans noyau, resistances, condensateurs,

résistance en decades.

3. 3. Manipulation

3. 3. 1. Réalisation du schema de montage experimental - figure 3. 5.

Pour Pétude au doniaine du temps

Choisir pour le générateur des signaux un signal rectangulaire a une durée de palier assez grande pour que Ic signal de sortie soit stabilisé. Mesurer les parameters caractéristiques a l'aide de l'osciioscope pour trois paires de valeurs R-C. RCgler chaque fois l'ampiitude du signal d'entrCe pour maintenir constante Ia valeur du signal de sortie. Inscrire les valeurs mesurées dans le tableau 3. 1. et tracer le graphique y(t).

osc flUD 00

000

EJ DOfl 00

000 00

sg chAw chBi

R U. C

I - -

Figure 3. 5. Etude du circuit R-C.

29

Tableau 3. 1.

R C T=RC tm

tF s S

Pour I'étude dans le domaine de la fréquence

Appliquer a Penée (tie) des signaux sinudoIdaux de fréquence 1. 10k Hz; 3 ,3 . lOkHz; (k=2,3,4,5,6 ) et d'amplitude constante (l'amplitude peut varier avec la frequence). Mesurer a l.'aide de l'oscilloscope l'amplitude du signal de sortie et Ic déphasage entre Ue et u . Inscrire les valeurs mesurées dans le tableau 3. 2.

Tableau 3. 2.

Y (V

f R CY Y(lOO) 2OIoky(IOO))

tELL. rad -

Tracer les graphiques YIY(lOO) = f(f) et AD(f) et determiner a l'aide du premier graphique la limite de la bande passante co 5. Comparer cette valeur avec la valeur ca1cuie théoriquement.

Determiner graphiquement la valeur p(cO 3) et comparer la valeur trouvée a

celle théorique c(u8) =

3. 3. 2. Réaliser le schema de montage pour étudier les regimes dd fonctionnement dans le domaine du temps le filtre R-L-C passe-bas en remplaçant dans le schema de montage de la figure 3. 5. le circuit It-C par le circuit R-L-C ( figure 3. 4).

A l'aide de la relation 0 (eq. 3. 15) choisir les valeurs R, L, C pour obtenir un régime périodique amorti (13<1). Mesurer le temps de réponse - t - pour n = 5% de la valeur fmale y, le dépassement 1yIy f et la période des oscillations amorties.

Modifier la valeur de la résistance R pour obtenir le régime apériodique critique (13=1) et puis un regime aperiodique hyperamorti (13>1) et mesurer les temps de montée. Les valeurs obtenues seront introduites dans Ic tableau 3. 3. Tracer les courbes pour les trois regimes dans le même système de coordonnées.

ON

Tableau 3. 3.

Régime R L C tm tr 4J = T0 27t 0ca1c 13 osc

Q mH .tF s s s rad rad -

= = = = =

4. Problèmes, questions

4. 1. Démontrer que pour un convertisseur du 1 ordre la relation ci-dessous est correcte:

tm = 2,2t

4. 2, Determiner l'expression analytique du dépassement pour le circuit étudié R-L-C.

4. 3. Le capteur thermoéléctrique est un convertisseur de mesure temperature-tension électrique du 1 ordre. Determiner -an circuit pour le modeliser, en connaissant le temps de montée t= 220 s.

4. 4. Queue importance pratique représente la connaissanee du temps de réponse et celui du dépassement pour un convertisseur de mesure ?

31

ETUDE LF-4

ETUDE DU PONT EN REGIME NON-EQUILIBRE

1. Objet de I'étude

Le montage en pont se prête a de multiples combinaisons dont le choix depend non seulement de la nature de l'impédance inconnue mais aussi de l'exactitude de la mesure.

Utilisé en tant que convertisseur de mesure, le pont de Wheatstone a Ic role de transformer une variation d'impédance dans un signal électrique. Cette variation est évidemment liée a la grandeur physique délivrée par le capteur.

Pour accomplir ce role le pont est utiisé en régime non-equilibré et coinme ii est formé de quatre branches on a des ponts A 1, 2 ou 4 capteurs pour former les diverses chaines de mesure.

Dans le cadre de cette étude on va determiner leurs caractéristiques métrologiques la caractéristique statique, la sensibilité, i'erreur de non-linéarité,

2. Mkhodes

Le pont de courant continu en regime non-equilibré a ses quatre branches forrnées par les resistances R 1 , R2, B.3, 4 et ii est alimenté a une source de tension continue - U insérée dans uric diagonale et dans l'autre diagonale on obtient une tension de déséquilibre AU figure 4. 1.

Figure 4. 1.

32

La tension de sortie AU (tension de désequilibre) est très réduite et ii est nécessaire de l'amplifier. A cause de I'instabilité des amplificateurs a courant eontnu, on préfére en pratique alimenter le pont en alternatif.

Pour simuler les ponts a 1,2 ou 4 capteurs on va mettre quatre resistances réglables dans les branches du pont au lieu des capteurs et l'alimentation sera en courant continu.

Sur la figure 4. 1. on peut écrire la tension de sortie lorsque le pont West pas equiibré:

f AU = 4U, - URI

R2 R1 UR + R4 R, + R3

R2 R3 —R1 R4 =u (R + R4 )(R, + R3 )

(4. 1)

La relation 4. 1. va être calculée dans les cas particuliers des ponts a 1,2 et 4 capteurs.

Pour le Pont de courant continu en régime non-équilibré avec capteur -flgure 4.2.1. - onad'habitude;

R 1 = R2 = R4 = R 0 R3 = RO + AR

Le capteur R3 a une variation ± AR par rapport a la val.-Ur R.

(4. 2- 1)

Par l'infroduction des valeurs (4. 2) dans la relation (4. 1) on obtient la caractéristique statique AU=f(AR):

U AU—

AR 4

AR R0

(4.3)

La caracteristique statique du pont de courant continu en regime non-équiibré a un capteur est donc non-lméaire.

Pour le pont de courant continu en régime non-équilibré avec 2 capteurs - figure 4. 2. 2. - on peut considérer:

R 1 =R0 —AR R3 = R0 +,6R

(4.4) R2 = R 4 =

33

Les capteurs R 3 et R1 ont des variations +AR et -AR par rapport a la valeur initiale Ro des deux capteurs.

La tension de sortie est:

(4.5)

La caracteristique statique du pont de courant contmu en régime non-équilibré a 2 capteurs, AU=f(AR) est lméaire.

En ce qui conceme le pont de courant continu en regime non-équilibré à4capteurs- figure 4.2.3. - ona:

R1 =R4 =R0 —z\R R2=R3=R0+AR

(4.6)

La tension de sortie est:

AU=U AR

(4.7) RO

La caractéristique statique du pont de courant continu en regime non-équilibré a 4 capteurs, AU=f(AR) est linéaire,

Pour le pont en régime non-équilibré on défrnit aussi les caractéristiques métrologiques suivantes:

a) Erreur de non-linéarité de la caractéristique statique AR

= 2R0 pour le pont a I capteur

Enel = 0 pour les pont a 2 et a 4 capteurs (4. 8)

b) La sensibilité est le rapport entre la variation relative de la grandeur de sortie et la variation relative de la grandeur d'entrée.

AU

S AR R0

1 AR S = pour -- << 1 pour le pont a 1 capteur

"-a

S = pour le pont a 2 capteurs (4.9)

S= 1 pour le pont a 4 capteurs

CM

U p

U U

3. Déroulement de I'étude

3.1. Themes d'étude envisageables

3 1. 1. Determiner la caractéristique statique et les erreurs de non4in6arit6 pour le pont a un capteur en régime non-equilibré.

3. 1 2. Determiner les erreurs du pont a un capteur en régime non-équilibré dues A

la variation de temperature. 3. 1. 3. Determiner la caractéristique statique et les erreurs de non-linéarité du pont

A 2 capteurs en régime non-équilibré. 3. 1. 4. Détenniner la caractéristique statique et les erreurs de non-lméarité dupont

A 4 capteurs en régime non-équilibré. 3. 1. 5. Determiner les erreurs de mesure du pont a 4 capteurs en régime non-

équilibre dues a la variation de la temperature. 3.2. Manipulation

Réaliser les montages des figures 4. 1 1. , 4. 2. 2., 4. 2, 3. afm d'étudier le pont de courant continu en régime non-équilibré a 1, 2 et 4 capteurs.

Figure 4. 2. 1. Figure 4. 2. 2. Figure 4. 2. 3.

on: U - source stabilisée de courant continu, U = 10 V; V - voltmètre numérique a courant contrnu; R0 - résistance électrique des capteurs, dans les conditions du pont équilibré;

R0 =I 0000Q.

35

3. 2. 1. Pour determiner la caractéristique statique du pont a 1 capteur en régime non-equilibré on va utiliser le schema de la figure 4. 2. 1., en reglant la valeur des resistances R0 = 1 00002, et pour des variations ARJR 0= I %, 2%, 3% ... 10% on va lire les valeurs de la tension de sortie AU a i'aide du voltmètre numérique.

Les données expérimentales seront inscrites dans le tableau 4. 2. Calculer la valeur théorique de la tension de sortie (AU.,,) de même que

I' erreur de non-linéarité (1 'erreur expérimentale): - non-linéarité mesurée et l'erreur théorique; - non-Iinéarité calculée; les formules de calcul sont celles du tableau 4. 1.

et les résultats obtenus seront inscrits aussi dans le tableau 4. 2.

Tracer la caractéristique statique du pont AU -j- JAR =

3. 2. 2. Pour determiner les erreurs de mesure du pont a I capteur, en régime non-équilibré provoquées par la variation de temperature, on considère le schema de la figure 4. 2. 1. oü les resistances R 1 , R2, R4, sont en manganine (le coefficient de

variation de la résistivité en fonction de la temperature est a =+10 5/°C et le capteur résistif R3 présente a = + 1,75. 1 0/°C,

Pour I'équiibre, R 1 = R2 = R3 R4 = 10. 000 92. On va considérer le capteur situé dans un champ de temperature, dont la

variation pendant le mesurage est de A8 = 20°C, en simulant l'influence de la temperature sur les erreurs de mesure.

Afm de simplifier on va considérer que les valeurs R 1 , R2, 4 sont constantes pour des variations de la temperature.

Done la variation relative de la résistance du capteur R 3 , due a la variation de temperature sera:

AR0 a.R0 AO = aAO = 1,75.1 02O = 0,35% (4. 10) R0 R0

La variation totale de la résistance du capteur R 3 sera:

AR + AR0 (4. 11)

oü: AR - la variation de lá résistance du capteur due a la variation de la grandeur a

mesurer; AR0 - la variation de la résistance du capteur provoquée par la variation de

temperature pendant le mesurage.

AU J'AR

) AO=20'C

On Va tracer Ia courbe =

sur le méme graphique avec la

AU IzR caractéristique j = obtenue au point 3. 2. 1.

3. 2. 1 Pour determiner la caractéristique statique et les erreurs de non-linéarité du pont a deux capteurs on va considérer le schema de la figure 4. 2. 2.

Procéder de la méme manière que pour le point 3. 2. 1. et tracer le t\UJ' AR

graphique de la caractéristique statique =

3. 2, 4. La determination de la caractéristique statique et des erreurs de non-linéarité du pont a quatre capteurs seront réalisées en utiisant le schema de la figure 4. 2. 3.

ProcCder de la même manière que pour le point 3. 2. 1. et tracer le AU JAR

graphique de la caractéristique statlque = I ^ R ) -

3. 1 5. La determination des erreurs de mesure dupont a qualre capteurs, due a la variation de la temperature sera réalisée en considérant que toutes les resistances du pont ont la même valeur R0 (R0 =10. 000 ) a la temperature de rCférence 8 20°C et qu'elles sont conféctionnées dans des matériaux identiques ayant

comme coefficient de variation de la résistivité par rapport a la temperature c=+ 10 5/°C.

On va simuler I'influence de la variation de temperature 08 = 20°C) sur les erreurs de mesure du pont a quatre capteurs en regime non-équiibre, en traçant la

AU1AR .

courbe = sur le meme graphique de la caractéristique statique 'Lo=2O ° C

AU IAR' —j-- = tI,,---) que l'on a obtenu au point 3. 2. 6.

37

Tableau 4. 1.

Type de a i capteur a 2 capteurs a 4 capteurs

pont

AR UR0 UAR AR

— 4 AR UR0 AUca i c V 1+ 2R0

8non-Iinearité UAR L\U5ncs AUme - ______ ______ R0

—_4R0100 2R0 100

UAR AUmes -

UAR

100 mésuree UAR UAR

% U-

8non-linéadté AUcaic

UAR UAR AU

UARAU,- 2R0 100

ca le -

cacuiée ° -

100 _ ______ ___ UAR

R0 100

U-

Tableau 4.2.

AR/Bo IT r r - - - -i-- i— - j— 10-

AR

AUmesurée V

AUca icuiée V

8non-lin.

mesurée

6non-lin.

calculée

38

-

4. Questions, problèrnes

4. 1 Quel type de pont est utilisé afin d'obtenir tine sensibilité maximale?

4. 2. Quels sont les principaux avantages de l'utilisation du pont en régime non équilibré a quatre capteurs?

4. 3. Quels sont les principales sources d'erreurs pour le pont de courant continu en régime non-équilibre et queue est la modalité d'être compensées ?

4. 4. Queue est la variation relative extreme, AR/F, pour laquelle on a des erreurs de non-linéarité inférieures a 1%?

ETUDE LF-5

OSCILLOSCOPE CATHODIQUE

1. Objet de Jtétude

Ltoscilloscope cathodique est un appareil a affichage graphique servant a rendre visible les variations périodiques des tensions électriques Cu des autres

grandeurs électriques cu non-électriques qui sont converties en tension au moyen

des capteurs et a mesurer leurs différents pararnètres.

Cet ouvrage a pour but: - dapprofondir les connaissances pratiques nécessaires pour utiliser

correcternent loscil1oscope, - de connaltre les méthodes de mesure les plus usuefl.es au rnoyen de

loscilioscope.

2Métiiodesetajareiis deniesure

2.1.Les iT1 4_n1enrs de regla ge de l'osciioscope

Loscilloscope permet de visualiser sur son écran desensicn S périodiqus

appliuées aux entrées des canaux verticaux de lOSCi1IOSCOpC.

Losciioscope cathodique utilisé pour cette étude est Foscilioscope

PHILLIPS - PM 3050, 60 MHz, Single TIMEBASE et le texte se réfère a cc type

do sciloscope. Pour visualiser correcternent les signaux et pour mesurer certains paramètres

de ces signaux, I'oscilloscope est prévu d'une série déléments de réglage. Du point

de vue fonctionnel, les éléments se groupent comme suit:

- réglages de la trace sur l'écran; - réglages des canaux verticaux (deviation Y); - reglages de la base de temps et du bloc TRIGGER.

2.1 .1. Réglage de la trace - Secteur de commande tube cathodique POWER Commutateur MARCHE/ARRET tension secteur; IINTENS Commande variable en continu pour la brillance de la trace sur itécran

du tube cathodique;

40

TRACE - Commande a toumevis pour aligner la trace;

ROTATION - parallélement aux lignes horisontales du réticule;

FOCUS - Commande variable en continu pour la focalisation du faisceau

délectrons du tube cathodique; ILLUM - Commande a variation continue pour ltillumination du réticule.

Une trace a finesse optimale sobtient par le réglage des deux paramètres:

intensité et focalisation,

2.1.2. Reglages des canaux verticaux

En général u.n oscilloscope et prévu d'un ou de deux canaux identiques.

L'osdiloscope utilise' a deux canaux notes A et B. Le canal vertical assure une deviation verticale du faisceau dé1ectrons proportionnellement a la grandeur du signal dentrée. Chaque canal est prévu des réglages suivants:

Commutateur HAUT-BAS Secteur du commande haut-bas,

- Selection des coefficients de deviation du canal A entre 2 mV/D-R' et 10 V/DIV, scion l'ordre 1 -2-5.

- Selection des coefficients de deviation du canal B entire 2 mV/DIV et 10

V,/DIV, selon l'ordre 1-2-5.

Les coefficients sont présentés a Faffichage a cristaux liquides. IJamplitude d'un signal qui produit une dCviaon de y divisions sur lecran,

Ic coefficient de deviation Ctant c est:

V=c13,y (5:1)

- 'ouch de cornmande VAR pour le canal A qui permet une variation continue des coefficients de deviation du canal A. La position CAL est sélectionnée lorsque la commande est tournée a fond dans le sens des aiguilles. Si la touche n'est pas en position CAL sur l'affichage a cristaux liquides apparalt un clignotement>. Cette touche assure la flexibilité pour le cadrage initial de la trace sur Pécran.

- Touche de commande Y POS du canal A qui pennet une variation continue du décalage de la trace du canal A sur Pécran, operation réalisée sans modification des coefficients de deviation.

- Deux touches aux mêmes fonctions pour le canal B.

ru

- Touche douce a interrompre Ic signal dtentrée du canal A et a connecter le

canal A a la terre. Sur ltécran apparaIt une trace horizontale et sa position indique

le niveau de 0 V. - Touche douce identique pour le canal B. - Le commutateur AC/DC pour chaque canal. Lorsque ce commutateur se

trouve sur la position DC, on visualise sur l'écran le signal d'entrée

complet (la composante de courant continuu en même temps que celle de courant altematif). Lorsque le commutateur se trouve en position AC, on visualise

seulement la composante alternative du signal. Ii faut utiliser soigneusement la fonction AC lorsqu'on visualise des signaux non sinusoïdaux afm de ne pas visualiser le signal déformé.

2.1.3. Reglages de la base de temps et du bloc TRIGGER

La base de temps et le circuit TRIGGER sont des circuits intemes de Poscilloscope qui assurent le contrôle de la deviation horizontale du faisceau

d'électrons et de Ia stabilité de Pimage sur lécran.

- Commutateur pour la selection des coefficients de deviation de base de temps principale entre 50 ms/DIV et 0,5 s/DIV, selon un ordre de 1-2-5. Les coefficients en sont présentés sur laffichage a cristaux liquides.

- Touche de commande pour une variation continue des coefficients de

temps. La base de temps est en position CAL lorsque la commande correspondante est tournée a fond clans le sens des aiguilles. Si la touche nest pas en position CAL sur laffichage a cristaux liquides apparait un clignotement.

- Touche de commande a variation continue pour le décalage horizontal des traces sur l'écran.

- Touche douce qui permet daugmenter dun facteur de 10 le coefficient de deviation horizontale. Ainsi le signal visualisé sur lécran représentera seulement la dixième partie du signal initial. A laide de la touche XPOS une certaine partie du signal initial peut être sélectionnée.

- Le commutateur de la deviation horizontale - celui-ci débranche le circuit de la base de temps et permet de réaliser la deviation horizontale par un signal externe introduit par la prise Ext. Lorsque la base de temps est branchée, l'image sur PCcran est une representation en fonction du temps (y-t) du signal appliqué au

42

canal vertical. Lorsque la base de temps est débranchée, l'image sur l'écran représente la correlation des deux fonctions périodiques (la representation x-y).

2.2. Les méthodes de mesure

2.2.1. Mesure de l'amplitude et de Ia phase

Ce sont les mesures les plus fréquentes en representation y-t. Un exemple de

mesure de l'amplitude et de la phase est présenté dans la figure 5.1.

Cay 2 V/div ; Cby l V/div ; Cx= I ms/div

Fig.5.1. Representation y-t

La valeur crete a crete du signal "a" est:

Vvva = nay Cay =62l2V (5.2)

L'amplitude (la valeur de crete) du signal "a" est:nay

Aa C ay 26V (5.3)

Si l'amplitude est déterminée en utilisant la relation (5.3), la mesure n'est pas

irifluencée par la composante de courant continu du signal (si celle-ci existe). L'amplitude du signal °b" est:

43

Ab=nby.Cby=2'1=2V (5.4)

La relation (5.4) peut être utilisée seulement dans le cas oü le signal n'a pas la composante de courant continu et le niveau de 0 V sur l'écran est déjà connu (cela suppose le réglage du niveau de 0 V avant la mesure, en utilisant le

commutateur de mise a terre). La phase des signaux "a" et "b" est. -

Ta Tb=flax Cx flbx Cx =8i=8mS (5,5)

Le coefficient de la base de temps C, est le même pour les deux canaux.

2.2.2. Mesure du déphasage

A utiliser la representation y-t

La valeur du déphasage p entre les signaux "a" et "b" de la figure 5.1.,

ayant la méme phase, est. -

rad (5.6)

Pour determiner le déphasage, on effectue deux niesures du temps: At et T. At peut être mesuré enfre les valeurs de crete des signaux ou entre les points d'intersection entre les signaux et Ic niveau de 0 V. a condition que tous les deux traces aient le même niveau de 0 V sur l'écran.

A utiliser la representation x-y Les deux signaux sinusoldaux qui sont déphasés Fun par rapport a l'autre

déterminent en representation x-y une trace sous forme d'ellipse sur l'écran (figure 5.2). Pour mesurer le déphasage, l'ellipse est positionnée au centre de l'écran (en utiisant les touches de décalage horizontal et vertical). Dans ce cas, le déphasage est:

t\p = arcsin

(5.7)

oü a, b ont la signification de la figure 5.2.

Fig. 5.2. Méthode de Fellipse (representation x-y)

2.2.3. Mesure de la fréquenee des tensions sinusoldales

JJosciloscope peut être utilise' a mesurer la fréquence des tensions sinusoldales en utilisant uric méthode de comparaison, la méthode des figures

Lissajoux. Si les valeurs des fréquences fx et f des deux tensions sinusoldales sont en

sorte que le rapport soit un nombre rationnel,

f m = - , oü m, n EN (5. 8)

alors Ja trace visualisée sur Pécran est stable et elle décrit une courbe fermée, appeiée figure Lissajoux. Une figure Lissajoux est présentée pour Ic rapport 1/2 dans la figure 5.3.

nx = 2 = 1

Fig.5.3. Figure Lissajoux

45

Si fix et fly sont les nombres de points de tangence de la figure Lissajoux

avec une ligne horizontale et une ligne verticale, alors

nx fn

(5.9)

Prenant fx comme fréquence de référence, f devient:

f nx

y

3. Déroulement de I'étude

(5.10)

3.1. Themes cUétude envjgeab1es

3.1.1. Réglage de losciloscope afin de visualiser correctement un signal sur Fécran.

3.1.2. Mesure des tensions au moyen de l* osc illoscope:

- la valeur crete a Crete; - Pamplitude; - la composante alternative d'un signal.

3,1.3. Mesure du déphasage de deux signaux sinusoldaux: - utiliser la representation x-t; - utiliser la representation x-y.

3.1.4. Mesure des fréquences en utilisant la méthode des figures Lissajoux.

3.2. Appareils utilisés:

• Oscilloscope a deux canaux; • Générateur de fréquence variable; • Resistance; .1 sonde 1:1 et2sondes 1:10.

3, Manipulation

3.3.1. 11 existe un ensemble de réglages qui permet une visualisation optimale de

chaque signal affiché séparérnent. Dans ce but les recommandations suivantes sont

A conseiller

- Ii faut que la trace ne soit pas trop brillante mais qu'elle soit très fine.

- II faut que le canal qui est utiisé pour les mesures soit calibre.

- Ii ne faut pas faire des mesures aux abords de Pécran, parce que les erreurs

y s'accroisseflt.

On va réaliser le montage de la figure 5.4. gen osC

/ 000

f.:OOO 000 00 000 00

000 00

chA chB®

Fig.5.4.

33.2.Utiliser le montage de la figure 5.4.

On mesure Pamplitude et la phase de deux signaux sinusoldaux et de d.eux

signaux rectangulaires, ayant les paramètres situés dans les intervalles suivants:

1,0<f<500Hz , 5V<A<IOV; 2. lOOkHz<f<l MHz, O<A<5V.

On note les valeurs dans le tableau 5.1.

Tableau 5.1.

type f . y Cy A x Cx T donde Hz div V/div - div div ms/div ms

Sm.

sin.

rect.

rect.

47

Id

3.3.3.Réaliser le montage de la figure 5,5.

Choisir une combmaison RC et une fréquence en vue dobtenir un dephasage bien défini entre Ue et U (par exemple, R10.000 Q, C2 nF, f10 kHz). Régler

les deux canaux pour avoir le même niveaux de 0 V sur l'écran. Pour la mesure z

t, ii est a conseiller d'utiliser Pextension de la base de temps selon un facteur de 10 (TB Magn), en vue de diminuer Ferreur de mesure.

On note les valeurs dans le tableau 5.2.

gen OEE

000

osc

1 fb0 00 flDO 00

UE 00

Sg rp__ jfli

Fig.5.5.

Pour la méthode de Vellipse (representation xy) ii faut procéder comme suit: - on sélectionne le canal A; - on sélectionne la representation x-y; - On sélectionne la source X sur la position B (la touche TRIG or X source); - on règle le décalage vertical sur le canal A et le décalage horizontal

jusquau moment oü Vellipse coupe les deux réticules principaux symétriques par rapport au centre du carroyage;

- on mesure les dimensions a, b pour deux valeurs différentes de la fréquence. On note les valeurs dans le tableau 5.2.

M.

Tableau 5.2,

f R C Representation x-t Representation x-y No. At T a b

Hz n nF ms ms rad div div rad = 2

3.3.4. On refait le montage de Ia figure 5.4. et on sélectionne la representation x-y. On sélectionne la source X sur la position Hlineu. La deviation horizontale sera produite par une tension sinusoidale ayant la fréquence du réseau (5 0Hz).

On régle les constantes des canaux A et B pour obtenir un bon cadrage de I'image sur I'Ceran.

On fait varier lenternent Ia fréquence errb'e 10 et 200 Hz. On note Ia valeur de Ia fréquence indiquée par le génCrateur et les valeurs n, n y,. pour ICS cas O1

limage est stable sur FCcran. On calcule la fréquence darns ces points conformement a 1 a reIaion (5 10), en considerant Ia frequence du reseau pour valeur de reference. On complete le tableau 5.3.

Tableau 5.3.

'réseau fg6n nx fly res2u

_ fly

Hz Hz - - Hz

4. Questions, exercices

4.1. Décrire la procedure pour la mesure de l'amplitude de la composante alternative du signal:

u0,OSsin3l4t+ IOV

4.2. Calculer la valeur moyenne et la valeur efficace du signal du problème 1.

4.3. Ecrire ltexpression analytique du signal b de la figure 5.1., si la trace est

déplacée en haut d' une division.

4.4. Determiner l'expression analytique de la courbe de Fécran si

Foscilloscope est positionné sur la representation x-y et les deux tensions d'entrée

sont des sinusoIdes de la même fréquence et déphasées de z\p. Determiner les solutions particulières pour:

Ap = it/2, amplitudes égales.

50 1

ETUDE LF-6

MESURES DE PUISSANCE ET D'ENERGIE ACTIVE EN COURANT ALTERNATIF MONOPHASE

1. Objet de V étude

Cette étude présente le mode d'emploi correct du wattmètre

éiectrodynamique et du compteur a induction pour la mesure de la puissance, respectivement de l'energie électrique active dans des circuits monophasés.

2. Méthodes et appareils de mesure

2.1 .Wattmètre électrodynarnio.ue

On considêre une charge branchée dans un réseau monophasé fig 6.1.

Fig. 6, !.Puissance consoinrnée dans une charge.

Soit u= UJcost (6.1)

la tension aux bomes de la charge est:

I = I'Jcos(c)t—(p) (6.2)

le courant qui traverse cette charge, ayant U et I pour valeurs efficaces de Ia tension et du courant.

La puissance instantanée p dissipée dans la charge a pour expression

P = ui = Ul Cos qH- Ulcos(2wt (6.3)

51

La valeur moyenne de p est la puissance active

P=Ulcosq

(6,4)

Cette puissance active a pour unite le watt et se mesure au moyen dun

wattmètre. Le wattrnètre électodynamique est réalisé a partir de Finstrument

électrodynamique. L'équation de fonctionnement de Vinstrument électrodynamique dont le couple actif est le résultat dune force électrodynamique exercée entre les bobines parcourues par les courants I1.,12,est en courant altematif.

a = k1 1 1 2 coIi I2J (6. 5)

Si la bobine fixe de Jinsurnent éiectrodynarnique est parcourue par le courant I qui traverse Ia charge (i1k11) et si a Ia bobine mobile, qui est en sCrie

avee uric résistance additionelle on applique la tension U aux bomes de la charge (12 = k2U) on obtient alors le watmietre Clectrodynamique.

LCquation de fbnctionnernent devient:

(A '

a=kUicoU,I,)= kUlcosp= kP (66)

De l'équation (6.2) ii résulte que si

[7c7c1 la deviation a>

(6. 7) Htitl

,ladeviationa<O

Dans un circuit monophasé, le déphasage entre U et I est situe dans

Vm [itirl

tervalle , mais si le sens de Fun de ces phaseurs est inverse alors ( est

situé dans les cadrans II, III.

Par consequent, ii faut respecter le sens correct de passage du courant dans les deux bobmes de Fappareil. Dans ce but ii y a un marquage sur les bomes dentrée de tension et de courant. Si dans Fune de ces bobines le sens n'est pas

respecté, l'aiguille de Pappareil tend a se déplacer en sens antihoraire, ce qui peut

engendrer la détérioration de Pinstrument. Le symbole et le mode de connexion

dans le circuit sont présentés dans la fig 6.2

40 1j.1 z ijol

Syrnboie Montage amont

Montage aval

Fig 6.2 Wattinètre, Symbole et schémas de brarichement.

Corrine on voit dans la fig 6.2 Ic branchement correct est réalisé conformément a Ia fig 6,1.

La puissance active mesurCe par le wattmètre est:

P=Cct

(6.8)

C w amax (6.9)

est la constante du wattmètre. U et In sont les valeurs nominales des circuits de tension et de courant du

wattmètre. On ne peut pas dépasser ces valeurs puisqu'on risque de détériorer les circuits (les bobines).

53

Pour la protection du wattmètre on branche touj ours un ampèremètre et un

voltmêtre en veillant a ce que les valeurs nominales (u < U,i :!-̂ ne soient

dépassées.

2.2 Compteur a induction

Le compteur a induction est un appareil qui mesure l'énergie électrique active définie par Vintégrale de puissance dans 1intervalle de temps t2-t1:

W=IPdt (6.10)

Le compteur comporte deux éléments fonctionnels différents: 4instrument de mesure qui engendre une vitesse de rotation du dispositif

mobile, proportionnelle a la puissance active; Un compteur mécanique a des roues dentées, entrainé par Pinstrument cite

ci-dessus et qui realise iintégration de la puissance dans Ic temps. L'instrurnent de mesure est du type A induction, qui est essenteiiment

constitué par deux bobines B1 et B2 parcourues par des courants il et i2 qui induisent des courants de Foucault dans tin disque d'alurninium. Le courant i1 est proportionnel au courant i qui traverse la charge (B 1 bobine de courant) et le courant i2 est proportionnel a Ia tension aux bomes de la charge (B2 bobine de

tension).Les forces resultant de Paction de Pinduction produite par la bobine I sur les courants de Foucault induits par la bob' 2 et de Paction de l'induction produite par la bobine 2 sur les courants de Foucault induits par la bobine 1 donnent un couple moteur proportionnel a p = ui.En régime stabilisé, la vitesse de

rotation du disque est proportionnnelle a la puissance active dans le circuit.Le nombre de rotations effectuées darts tin intervalle de temps est proportionnel a l'énergie:

oil

n cW

n rot C = exprimée en

kWh

(6.11)

(6.12)

54

I

Bien que I'unité S.I. de puissance soit J = W S. on accepte conime unite hors-système l'unité kilowattheure (kWh) en tant qu'unité de mesure de lénergie electrique pour ne pas opérer avec des nombres trop grands:

lkWh = 103W 3.6.103 Ws = 3.6 106Ws = 3.6 106 J

Le schema et le branchement du compteur clans le circuit sont présentés clans la fig 6.3.

ECompteur

1

[i;1

z

Fig 6.3 Branchement du compteur clans le circuit.

La disposition des bomes présentée clans cette figure est demandée par des raisons pratiques, clans le but d'assurer la connexion du compteur a travers le circuit d1 alimentation et de sceller les bornes de connexion.

3.Déroulement de t'étude

3.1 Themes détude envisageables

• Mesurer la puissance active a laide du wattmètre électrodynamyque, pour des charges a différents déphasages. Verification du fonctionnement des schémas du branchement du wattmètre.

• Mesurer rénergie active moyennant le compteur a induction.

55

3.2 Appareils utilisés

- ampèremètre fenomagnétique 5A; 2.5A;

- voltmètre ferromagnétique 220V;

- wattmètre electrodynamique 240V; 5A; - compteur a induction U120V; I=2.5A;

- rheostat au curseur 3A (5A),

- bob ine reglable 5A.

3.3 Manipulation

Réaliser le montage de la fig 6.4.

WE

Fig 6.4. Schema du montage.

Avant dappliquer la tension, verifier si la resistance maximale du rheostat est introduite dans le circuit de méme que tout le noyau de la bobine. Choisir les calibres suivants sur les appareils:

A-2.5 A; V - 120 V; W- 120 V; 2,5 A. On passe C 2 sur la position I et C 3 ouvert.

56

1.-i

On applique la tension et on regle moyennant le rheostat un courant de 2A.

On relève A, V. W. On passe C 2 sur la position 2 et on reprend la lecture. On

chronomètre un nombre de rotations et on inscrit Pintervalle de temps et le nombre

des rotations. Pour diminuer Perreur de mesure il est recommandé que le temps de

chronométrage soit denviron 60 secondes. On détermme le nombre des rotations qui sera chronométré en respectarit la condition énoncée, en employant la relation

ci-dessus: 60 c P

n= 3,6- 106 (6.13)

Etant donne' qu'on peut chronométrer seulement un nombre entier de

rotations (il y a un seul repère sur le disque), le nombre calculé a Paide de (6.13) est arrondi a un nombre entier.

On passe I'ampèrernètre et le watthiètre sur les domaines: A-5A;W-5A, 120V.

On ferme C 3 et on régle la bobine jusqutau moment oü le courant clans le circuit soit de 4A. On reprend les mesures avee C 2 sur la position 1, respectivemerit la position 2.

On introduit les données dars le tableau 6.1. Tableau 6. 1,

_____ __ • _RU N --Rt_ ml N

Outre les valeurs mesurées, on note clans le tableau les grandeurs suiva.ntes: - la puissance apparente:

S=U•I (6.14) P

cosq=- - (6.15)

57

- Pénergie enregistrée par le compteur:

w = e c oü: c - la constante du compteur.

- Pénergie calculée W:

(6.16)

w=t.P

(6.17)

- représente l'erreur du compteur définie par les relations ci-dessus: W —Pt T—t e

Pt •ioo=

t •100 (6.18)

oü: T est le temps théorique pour les n rotations chronométrées

We 3,6IO6 n T= —

--=---- (6.19)

parce que Ia constante du compteur c s'exprime en rotikWn et la puissance P en WI

Questions, exercices

4.1. Dans un circuit aliment-6 a 220 V et 4 A on a la possibilité de rnesu.rer Ia puissance a Faide dun watthiètre avec ltécheile de 120 div, sur les domaines 240 V

et 5 A et ensuite 120 V et 5 A. Quel domaine doit être utilise'? Justifier. 42. Calculer la valeur exacte de la puissance du circuit de la figure 6.4 d'ot

Pon a supprimé le compteur. Pour Papplication numérique utiiisez les valeurs mesurées et les valeurs suivantes:

Rv = 100 M - la résistance interne du voltmètre; = 10 M - la résistance interne du circuit de tension de wattmètre;

rw = 0,02 Q - la resistance mteme du circuit de courant du wattmètre stir le

domaine 2.5 A; rw= 0,01 Q - la résistance interne du wattmètre sur le domame 2.5A

4.3. IJerreur de mesure du compteur est la suivante: we — W

ou :We - lténergie mesurée et W - la valeur vraie d'énergie.

W.

Déterminez une expression pour E dans laquelle intervient seulement les grandeurs mesurées dans cette étude. Considérez Pw comme valeur vraie de Ia puissance dans le circuit. Application numérique avec les valeurs mesurées par cette étude.

4.4. Comment faut-11 procéder clans le cas ou Paiguille dun wattmètre branché clans le circuit tend a se déplacer de 0 vers la gauche?

4.5. Quest-ce qu'il arrive si VOUS inversez les bomes de courant dun wattrnètre avec celles de tension?

4.6. Comment faut-11 procéder pour établir clans le montage de la, figure 6.4. un courant de 2. 33A, déphasé a 300 par rapport a la tension

WE

ETUDE LF 7

MESURE DE TEMPERATURE AVEC THERMOCOUPLE ET THERMORESISTANCE

1. Objet de I'étude

Le but de cette étude est de bien faire connaItre les méthodes les plus répandues pour la mesure de la temperature en utilisant des thermocouples et des thermorésistances, de pair avec Pappareilage requis par ces mesurages.

2. Méthodes et appareils de inesure

11. Thermocouples

Le thermocouple est un eapteur générateür et son fonctionnement est base sur Feffet Seebeck (effet therrnoélectrique). II est constitué de deux conducteurs différents a et b formant entre eux deux jonctions (jonetion de mesure, jonction de référence) aux temperatures B et 0. II délivre une force électromotrice (fe.m.) qui depend de la nature des conducteurs a et b, et des temperatures B et 00, étant

proportionnelle a la difference des temperatures des deux jonctions. Pour former la chaIne de mesure de temperature, la jonction de référence

(jonction froide) doit étre maintenue a une temperature connue, par exemple, 0°C. La référence 0°C correspond a la temperature d'équilibre du mélange eau - glace a pression atmosphérique normale. La mesure de la f.e.m. permet clans ce cas de connaltre immédiatement la temperature 0 a Paide de la table du thermocouple utilisé. Lorsque la jonction de référence n'est pas a 0°C ii est nécessaire d'utiliser un circuit de compensation de soudure froide.

Le schema de principe pour Pétude du thermocouple est présenté clans la fig. 7. 1.

Fig. 7.1.

I

ii

La force électromotrice a l 'expression: E= s(e—o0 )

(7.1)

o S est la sensibilité du thermocouple;

o - la temperature de lajonction chaude; - la temperature de lajonction froide.

Dans le tableau 7.1. sont présentés les principaux types de thermocouples

tout aussi que leurs caractéristiques, en execution standard. Tableau 7.1.

Thermocouples Plage de E Exactitude

temperature mV

Cuivre I Constantan -2700C -6,258 ±2% de - 100°C a -40°C

(diamètre 1,63 mm) a a ±0,8% de -40 ° C a 100°C

3700C 19,027 ±0,75% de 100°C a 3500C

Fer I Constantan -2100 C -8,096 ±3% de 0 °C a 400°C

(diamètre 3,25 mm) a a ±0,75% de 400 °C a 800°C - 8000 C 45,498

Chrome! / Alumel -2700C -5,354 ±3% de 0 ° C a 400°C (diamètre 3,25 mm) a a ±0,75% de 400°C a 800°C

1250° C 50,633

Chrome! / Constantan -270°C 9,835 ±3% de 0 °C a 400°C (diamètre 3,25 mm) a a ±0,75% de 400 °C a 1250° C

870°C 66,473

Platine - Rhodium (10%)! -50°C -0,236 ±2,5% de 0 °C a 600°C Platine a a ±0,4% de 600°C a 1600° C (diamètre 0,51 mm) 1500°C 15,576

Platme - Rhodium (13%)! -50°C -0,226 ±1,4% de 0°C a 538°C Platine a a ±0,25% de 538°C a 1500° C (diametre 0,51 mm) 1500°C 17,445

Platine - Rhodium (30%) I 0°C -0 Platine- Rhodium (6%) a a ±0,5 % de 870°C a 1700°C

L(d iam6tre 0,51 mm) 1700°C 12,426 1

Chrome!: 90 % Ni; 10% Cr.

Alumel: 14% Si; 2% Al; 0,17 % Fe; 2% Mn; reste Ni.

61

Les domaines d1utilisation des thermocouples sont: a) Cuivre - Constantan - on Putilise dans des atmospheres oxydantes,

réductrices, inertes et aussi dans le vide. Ii a une très bonne résistance a la

corrosion due a fliumidité et a la condensation atmosphérique. Ce type de thermocouple présente une très bonne stabilité aux temperatures basses.

b) Fer / Constantan on l'utilise protégé ou non, spécialement dans des atmospheres réductrices. On peut l'utiliser aussi dans les atmospheres inertes et oxydantes, mais ii faut retenir que le fer s'oxyde rapidement a des temperatures supérieures a 500°C et Pon recommande de le réaliser a des dimensions agrandies pour des temperatures plus élevées.

c) Chromel / Alumel - on l'utilise protégé ou non dans des milieux oxydants, inertes ou réducteurs. L'exposition dans le vide doit être limitée a de brefs intervalles de temps très courts. Ii faut protéger ce type de thermocouple contre les atmospheres suWureuses. Ii a me très bonne exactitude a des temperatures u-es élevées.

d) 1atme Rhodium / PIatin ces thermocouples sont faits de métaux "nobles" et sont très resistants a I'oxvdation et a la corrosion.

e) Chromel / Constant - présente des caractéristiques sirnilaires au thermocouple Ch.romei / Alum el. U produit Ia plus grande force électrornotrice par degrC de temperature et II a la plus grande sensibiité.

2.2._Thermor6sistance

Les thermorésistances sont des capteurs paramétriques reposant sur la variation thermique de la valeur d'une résistance.

La resistance électrique vane avec la temperature conformément a la relation:

R=Ro (1+c.tAO+13A02 +...) (7.2)

oü: R est la résistance électrique a la temperature 0; R0 est la résistance électnique a la temperature de référence 0; AG = 0 -

a,3 sont les coefficients de variation de la résistance avec la temperature.

WA

Pour de petites variations AO de temperature autour dune valeur 0 la relation (7.2) peut être écrite:

R=R0 (1+cLAO) (7.3)

done la caractéristique statique devient linéaire. Le schema de principe pour l'étude de la thermorésistance est présenté dans

la fig. 7.2.

Appareil lectronique de mesure

b

Fig. 7.2. Les matCriaux utilisés pour les thermorésistances sont: a) cuivre pour des temperatures inférieures A 150°C, parce que a des

temperatures plus élevCes que cette valeur le cuivre soxyde très rapidement; b) nickel - jusquà des temperatures de 300°C, parce que a des temperatures

plus Clevées les variations de la résistance du nickel so-Tit irréversibles; c) pne - pour des temperatures comprises dans Vintervalle -200. ,.+700°°C. Les thermorésistances sont d'habitude protégées contre itaction des agents

chimiques et mécaniques, en tubes de protection, ce qui augmente leur inertie thermique (5 a 7 minutes).

3.Déroulement de rétude

3.1 .Thèmes d'étude envisageables

3.1.1. Determiner la caractéristique statique R = f(0 - 00), pour la

thermorésistance, dans un mtervalle de temperature de 20'C. 3.1.2. Determiner la caractéristique statique E = f(0 - Bü), pour le thermocouple, dans un intervalle de temperature de 20°C.

63

U

3. 1 .3. Calculer la sensibilité et les erreurs de non-linéarité pour les deux capteurs de temperature. 3.1.4. Determiner la caractéristique dynamique R = f(t) pour la thermorésistarice. 3.1.5. Determiner la caractéristique dynamique E = f(t) pour le thermocouple. 3.1.6. Calculer les constantes de temps des deux capteurs de temperature.

3.2. Manipulation

3.2.1. Les caractéristiques statiques pour la thermorésistance tout aussi que pour le thermocouple sont déterminées simultanément, lors du chauffage d'un four experimental.

La caractéristique statique pour la thermorésistance sera détenninée en mesurant la résistance du capteur avec le multimètre (ohmmètre) numérique METRIX ITT-MX-579, tous les deux degrés Celsius, clans un intervalle de 20°C. La temperature sera mesurée sur le thermométre numérique.

Les valeurs mesurées seront inscrites clans le tableau 7.2.

Tableau 7.2.

- tracer la caractéristique statique R = f(0 - 00);

- sur le même graphique tracer la droite qui approxime la caractéristique statique;

- calculer la sensibilité de la thermorésistance, a l'aide de la relation:

AR s = Aomax (7.4)

KII

- calculer Ferreur de non-linéarité en utilisant la relation:

=AR,

.100 ARinax

oü AR est la difference maximale entre la caractéristique réelle et celle

idéale; AR., = Rinam - R0

3.2.2. La caractéristique statique pour le thermocouple sera détenninée en mesurant la tension thermoélectromotrice du capteur a l'aide du multimètre

numérique HP 34401 A, tous les deux degrés Celsius, dans un mtervalle de 20 ° C.

Les valeurs mesurées seront inscrites dans le tableau 7.3.

Tableau 7.3.

- tracer la caractéristique statique F = f(0 -

- la sensibilité et Ferreur de non-iinéarité on les determine pareillement au point 3.2.1.

3.2.3. La caractéristique dynamique dun capteur représente la réponse du capteur a une excitation en echelon. En utilisant la caractéristique dynamique du capteur, on peut determiner la constante de temps, en tracant une parallèle a Faxe du temps par le point qui correspond a Ay = 0,632. LYm, jusqu'au point dintersection de la caractéristique dynamique. A partir de ce point, la perpendiculaire a ltaxe de temps determine le temps seion lequel la grandeur de

sortie atteint la valeur, I- = 0,632 AR max I

fig. 73, c'est-à-dire la e)

constante de temps du capteur.

65

(7.5)

o,632e

Fig. 7.3

Pour tracer la caractéristique dynamique R = f(t) de la thermorésistance, on utilise le même montage qu'au point 3.2.1.

L'échelon de temperature, égal a la temperature du four, est réalisé en introduisant le capteur dans le recipient oü se trouve le mélange d'eau et de glace et puis brusquement clans le four. On mesure la résistance du capteur de 10 en 10 secondes, 10 fois et puis toutes les vingt secondes jusquau moment on I'on obtient 2 ou 3 valeurs identiques. On écrit les résuitats des mesures clans Ic tableau 7.4.

- on trace la caractéristique AR = f(t), oü AR = R - R0 et R0 est la valeur de

la résistance de la therrnorésistance au moment de temps t = 0; - on determine la constante de temps du capteur.

3.2.4. Pour determiner la caractéristique dynamique E = f(t) du thermocouple on utilise le mêrne montage que pour Ic point 12,2. de même que Ia mthode présentée au point 3.2.3.

Les données expérimentales seront inscrites clans le tableau 7.4. - on trace la caractéristique E - on determine la constante de temps du capteur.

Tableau 7.4.

A.Duestions, exercices

4. 1. Quel est le principe de fonctionnement d'un capteur de temperature thermorésistance? La même question pour le thermocouple.

4.2. Comment détermine-t-on la sensibilité d'un capteur de temperature?

4.3. Comment détermme-t-on expérimentalement la constante de temps de la thermorésistance et comment peut-on Futiliser?

ETUDE LF-8

ETUDE DES CAPTEURS RESISTIFS

1. Objet de I'étude

Le but de Pétude est de connaitre les principaux types de capteurs résistifs, ainsi que les principes physiques qui assurent le fonctionnement et de determiner leurs caractéristiques de conversion.

2. Notions théorigues 2.1. Classification des capteurs résistifs

On calcule la resistance électrique dun élément de circuit par la relation déjà connue:

1 (8.1)

oü :p est la résistivité du rnatériau; - longueur du conducteur;

A aire de la section transversale du conducteur. La variation de la résistance éiectrique R peut être engendrée par la

modification de Pun de ces paramètres et par consequent les capteurs résistifs sont utilisés pour la mesure des grandeurs non-électriques qui produisent Ia variation de Pun de ces trois paramètres:

capteurs résistifs dont la variation de la résistance électrique est déterminée par la variation de la longueur, 1:

- capteurs potentiométriques; - capteurs résistifs a contacts; - capteurs extensométriques, etc.

- capteurs résistifs auxquels on obtient la variation de la résistance par la variation de la résistivité, p:

- capteurs thermorésistifs; - capteurs photorésistifs; - capteurs dhumidité; - capteurs de pression, etc.

- capteurs résistifs auxquels on obtient la variation de la résistance par la variation de l'aire de la section transversale dun conducteur on dun semiconducteur.

r4 re

2.2.Capteurs résistifs utiisés dans cette étude

2.2.1. Capteurs potentiornétriques de déplacement angulaire

Les capteurs potentiométriques peuvent étre réalisés comme capteurs de déplacement linéaire ou capteurs de déplacement angulaire.

us sont formés dun flu électrique isolé, enroulé en spires serrées sur un

cylindre pour les capteurs de déplacement linéaire ou sur un tore pour les capteurs

de déplacement angulaire. Le fil électrique est réalisé avec une section transversale u.niforme et le

matériau utilisé présente tine variation entiêrement réduite avec la temperature.

Le capteur de déplacement angulaire peut être présenté en variante H normale" aussi bien qtf en variante multitours - dans ce cas le conducteur est bobiné non-inductif sur un support hélicoIdal avec n spires ( d'hahitude niO).

La earactéristique de conversion du eapteur est définie par Ia relation:

Umax

En variante bobinée" i'erreur de discontrnuité est la suivante:

R max

2n (8.3)

Ed Umax

100 a•2n

oü: - n - nombre de spires du eapteur - a - angle courant - Umax - angle maximal

(8.4)

rd

R max

CLI Rmax amax

a I Rmax Umax

a 1 amax a

Fig. S. 1. Caractéristique réelie de conversion dun capteur résistif de déplacement angulaire

2.2,2. Capteurs thermorésistifs

Les capteurs thermorésistifs reposent sur les propriétés des matériaux conducteurs et semiconducteurs de modifier leur résistivité électrique avec la variation de la temperature. II y a deux types de capteurs thexmorésistifs:

- thermorésistances - thermistances Les thermorésistances sont des resistances réalisées en métaux purs (Pt, Cu,

Ni ) qui ont, en general, des caractéristiques do conversion linéaires sur larges intervalles de temperature. La caractéristique de conversion de la thermo-résistance est la suivante:

R=R 0 (1+atO+3z\O 2 ) (8.5)

ou dans la variante simplifiée:

R=R 0 (1+a.AO) (8.6) Les thermistances sont confectionnées en matériaux semiconducteurs, la

dépendance de la résistance avec la temperature étant exprimée par la relation:

(b b

R = R oe T

(8.7)

on :R0 - résistance du capteur a la temperature T. b - constante de matériau.

70

La sensibilité d'une thermistance est:

dRb S = dT __RT2 Ma

On observe que celle-ci diminue avec le carré de la temperature et cest la raison pour laquelle Fintervalle de temperature de sensibilité élevée est celle des

temperatures relativement faibles.

2.2.3. Capteurs extensométriques

Les capteurs extensométriques sont des capteurs résistifs dont la variation de la résistance électrique se produit par la variation de la longueur comme effet des

deformations longitudinales ou transversales si le capteur est collé sur la structure

a étudier elle subira des deformations longitudinales selon la direction de son

orientation. Selon le mode de réalisation et de montage du capteur résistif on distingue

les types suivants: capteurs extensométriques a flis tendus

- capteurs extensomCtriques collés a fil - capteur.s extensométriques a trame pelliculaire

capteurs extensométriques semiconducteurs collés. Les capteurs étudiés sont des capteurs extensométriques collés a fil.

3. Déroulement de I'étude

3.1. Themes d'études envisageables

3.1.1. Tracer les earactéristiques de conversion pour deux capteurs résistifs de déplacements angulaires et comparer les sensibilités et les erreurs de non-linéarité. 3.1.2. Tracer les caractéristiques de conversion pour trois capteurs résistifs de

temperature (une thermorésistance et deux thermistances une a coefficient positif

de temperature et Vautre a coefficient négatif). Determiner la sensibilité de la thermorésistance et la caractéristique de sensibilité S = f (8) de la thermistance a coefficient négatif de temperature.

71

3.1.3. Tracer la caractéristique de conversion dun capteur extensométrique collé a fil . Determiner la sensibiité, Perreur totale et tracer les caractéristiques de conversion Re, Rmed = 1(F) et, respectivement celle de l'erreur totale I E I = f(F).

3. 2. Manipulation

3.2.1. Mesurer les valeurs des resistances électriques pour les deux capteurs résistifs de déplacement angulaire, correspondant aux angles précisés dans le tableau 9.1 . Employer le multimètre HP - 34401 A.

Tableau 8.1

Dterrniner pour les deux capteurs

la sensibiit

(AR) max /

\ max

(8.9)

- lerreur de non - linéarité

O ) Max

100 (8.10) D

- Ferreur d'hystéresis

Rm(0) - R.

D (0)d

100

010 = ( ARt)max - le domaine maximal de mesure.

72

3.2.2. Mesurer les valeurs des resistances électriques, en utiisant le multimètre HP - 34401 A, pour une thermorésistance Pt - 50 et pour deux thermistances (Pune au coefficient positif de temperature et I'autre au coefficient négatif), correspondant aux valeurs de temperature présentées dans le tableau 8.2.

Tableau 8.2

IO

I

Tracer les frois caractéristiques de conversion et calculer la sensibilité et lerreur de non-Iinéarité de la thermorésistance pour le domaine de mesure precise' dans le tableau en utilisant les relations:

(ARj S \ 100

\ zsa max

(8. 12)

(R —R) Max -100 D

3.2.3. Mesurer la résistance dun capteur extensométrique collé a fil appliqué sur u.n dispositif déformable, monte a son tour sur une machine de force, correspondant aux valeurs dentrée du tableau 8.3 . Utiliser le multimètre HP- 34401 A.

Tableau 8.3

-

La force est obtenue par calcul en fonction de Ia" flèche" (x ) du ressort,

F=k 1 x (8. 14)

oü k1=35,32N/m

4. Questions

4.1 Queue est la cause de Perreur d'hystérésis pour les capteurs résistifs de déplacement angulaire?

4.2 Queues sont les principales applications des thermorésistances ? Mais celles des thermistances?

4.3 Queues sont les modalités de linéarisation de la caractéristique de conversion pour les thermorésistances et pour les thermistances?

4.4 Quelles sont les principaux critères pour choisir les capteurs extenso-métriques?

74

ETUDE LF-9

ETUDE DES CAPTEURS INDUCTIFS

1. Objet de l'étude

Le but de cette étude est de presenter quelques types de capteurs inductifs

fréquemment utilisés dans les applications industrielles,

2 Notions théorigues

2.1. Capteurs mductifs a noyau mobile.

Ce capteur est constitué dune bobine et un noyau ferromagnétique ayant la

possibilité de se dépiacer a Yintérieur de la bobine -fig. 9. 1.

Fig. 9. 1 Capteur inductifâ noyau mobile.

L'inductance depend du déplacement x du noyau:

L=(L mx _L o )eT+L o (9.1)

avec:

Lrnax - la valeur maximale de l'inductance, correspondant a la situation øü le noyau est complètement introduit dans la bobine

- L0 - la valeur minimale de Finductance, correspondant a la position oü le

noyau est a l'extérieur de la bobine

75

La caractéristique de conversion - eq. 1 - normalement non-linéaire est corrigée par une distribution non-lméaire des spires.

2. 2. Capteurs inductifs a bobines différentielles.

Ce capteur consiste en deux bobines identiques placées sur le méme support. A Pintérieur se trouve un noyau ferromagnetique mobile - fig. 9. 2.

1 1

=

Fig. 9. 2 Capteur inductif a bobines différentielles

La position du noyau mobile par rapport aux bobines fixes determine Pinductance de chaque enroulement existant une relation entre les inductances et le déplacement. Pour un domaine limité des d61acements et pour me construction appropriée, la relation est linéaire, Pour avoir une information de dépiacement, le capteur est connecté a un pont. Les deux bobines reprCsentent deux branches, Ic pont étant complété par deux resistances - fig. 9. 3.

Fig. 9. 3 Pont non-equilibré.

76

2. _Capteur inductif type transformateur différentiel,

Ce capteur consiste en deux transformateurs ayant le méme circuit primaire

et les secondaires connectés en opposition -fig. 9. 4.

U U2

I I*

I I I ---------

Fig. 9. 4 Structure et configuration électrique.

Le noyau ferromagnétique peut être deplacé darts l'interieur des enroulements. Le déplacement résuité produit un changement des inductances mutuelies entre le primaire et les deux secondaires. Ainsi, la tension résultée entre

les deux secondaires connectés en opposition changera en fonction de la position du noyau. Cee tension sera la difference des deux tensions induites et sera en même temps une fonction du déplacement du noyau. La polarité de cette tension

de sortie depend de la direction du déplacement du noyau par rapport a la position centrale.Ainsi Ia valeur et le sens du déplacement seront détectés.

3. Déroulement de I'étude

3.1. Themes d'étude envisageables

3. 1.1 Determination des caractéristiques de conversion d'un capteur inductif a noyau mobile.

3.1.2 Determination des caractéristiques de conversion dun capteur a bobines différentiel.

3.1.2 Determination des caractéristiques de conversion dun capteur type transformateur différentiel.

77

12 .Manjpulatjpn

3.2.1 La caracténstique de conversion dun capteur inductif a noyau mobile sera

déterrninée pour un des enroulements dun capteur a bobmes différentielles. Le

schema 9. 5 sera utilisé, avec le commutateur K en position 1. Pour la mesure de

Finductance on utilisera un LCR-mètre.

Fig.9. 5 Arrangement experimental

La position du noyau correspondant a une inductance minimale sera la position

zero de Paiguille. A partir de ce point là le noyau sera introduit dais la bobine avec un pas de 1 mm en utilisant ,me vis micrométrique, jusqutà un déplacement total de 10 mm,

Le tableau 9. 1 est utilise7 pour rnarquer les données.

Tableau 9. 1.

x mm 0 IL 2 3 ... 10

L ml!

Si mHIm

Tracer la caractéristique de la conversion. 3.2.2 La caractéristique de conversion pour un capteur a bobines différentielles sera déterminée en utilisant le schema 9. 5. Pour chaque valeur du déplacement, Pinductance de chaque bobine sera mesurée, en commutant K de la position 1 a 2. La position de debut du noyau est la même que celie définie en haut. Le déplacement sera cette fois de 15 mm avec un pas de 1 mm. Le tableau 9. 2 sera utilisé pour y marquer les données,

Tableau 9, 2

Sur le même graphique tracer les caractéristiques L 1 (x), L2(x), L 1 -L2=f(x).

3.2.3 Pour la caracténstique du capteur type iransfonnateur différentiel utiliser le sch6ma9. 6.

oü: - G - générateur des ondes sinusoIdales, - T - capteur inductif type transformateur différentiel, - V2 - voltmètre avec une grande impedance dentrée

Fig. 9. 6 Arrangement du capteur type transformateur différentiel.

Deux sets de mesures seront effectuées, pour des sources de tension de 20 V et 40 V. Le noyau sera déplacé en utilisant la vis micrométrique jusqu'au moment oü la tension U 2 sera nulle. Ce point est considéré comme origine pour les mesures des

déplacements. Le noyau sera déplacé en haut et en bas avec 0,4 mm dans toute leehel1e du capteur. La tension de sortie sera mesurée aussi pour l'accroissement que pour de décroissement du déplacement et une valeur de base sera calculée pour chaque déplacement, dans Ic tableau 9. 3.

79

Tableau 9. 3

x mm 0 0,5 1 ... 10 U 1 U V

2c

20V U2d V

U 1 U2 V

40V U2d V

Tracer la caractéristique de conversion, U 2 = U2(x).

4. Questions

4. 1. Quels sont les principaux types de capteurs inductifs utilisés dans les applications industrielles?

4. 2. Quel est l'algorithme de determination des caracteristiques de conversion

d'un capteur type transformateur différentiel?

ETUDELF - 10

ETUDE DES CAPTEURS CAPACITIFS

I Objet de I'étude

1. 1. Connaissance des principaux types de capteurs capacitifs et de leur

principe de fonctionnement. 1. 2. Connaissance des schémas électriques de mesure les plus répandues,

associées aux capteurs capacitifs ainsi que Vétude des mesures decranage

spécifiques. 1. 3. Evaluation de l'éxactitude de mesure pour les capteurs utilisés.

2 Notionsthéorige

2.1

Les capteurs capacitifs appartiennent a la classe des capteurs param&iques et convertissent une grandeur non-électrique a mesurer en une variation de capacité électrique.

Du point de vue géomtrique et constructif, les capteurs capacitifs peuvent être plans Cu cylrndriques. On distingue les types suivants de capteurs capacitifs:

2.1 .1 Capteurs capacitifs dont le fonctionnement est déterminé par la variation de la distance entre les armatures:

a) Le capteur de type condensateur plan avec une armature fIxe et une autre mobile a pour 1d =0,

C=ErF A q

et pour Ad#0, A

CErEodd

(10.1)

(10.2)

d'oñ l'on obtient:

AC=CCO_Codd (10.3)

b) Le capteur capacitif différentiel est construit d'habitude avec deux armatures fixes ( extérieures ) et une armature mobile (intérieure).

Dans ce cas, pour Ad =0,

et pour Ad # 0,

C l = C2= SO5rd

= 50r d - Ad

A C 2 = S0a. d + Ad

(10.4)

(10.5)

(10.6)

A U

a)

Fig. 10.1 a) Capteur capacitifdifférentiel; b) Caractéristique de conversion pour Pemploi du

capteur dans un pont de mesure non-équiibre avec deux capteurs"

Ces capteurs sont utilisés dans la mesure des petits déplacements (micromètres) , la mesure des pressions, etc.

2.1.2 Capteurs capacitifs avec variation de la surface commune des deux armatures

Sauf la remarque que ce type de capteur est employé égalernent dans ses deux variantes, linéaire et angulaire, le plus répandu reste, toutefois, le capteur avec déplacement angulaire qui est constitué dun condensateur rotatif avec

plusieurs armatures équidistantes ayant la forme de secteurs circulaires. La capacité du capteur est. -

21 7rin— C=ErC0 drn360 I

(10.7)

C

cc 0 cc b)

Fig. 10. 2. Capteur capacitifde déplacement angulaire.

2.1.3 Capteurs capacitifs avec variation du diéiectrique

Les capteurs ont les armatures fixes et le diélectrique est modiflé soit par l'insertion dun matériau isolant homogéne (dont on connaIt le .r) soit par un

changement de son état physique .Applications possibles : mesure de niveau, d'humidité, etc.

2.2 Sehémas de mesure pour capteurs capacitifs

Les principaux schémas sont: a) les ponts de c.a. b) les schémas avec A.O. en c.a.

83

Deux schémas, correspondant a chaque type mentionné, seront présentés par la suite, comme étant les plus usuels et qui peuvent être utilisés tout aussi bien pour un capteur a condensateur unique que pour les capteurs différentiels. Evidernment, dans le cas du capteur différentiel, les condensateurs C 1 et C2 représentant ses deux capacités et pour un capteur simple, C 1 est un condensateur fixe ou partiellement variable (pour equilibrer le schema ) et C 2 est le capacité du

capteur. Dans le cas du pont de c.a. , les impedances Z 1 et Z2 sont représentées, soit

par deux resistances, soit par deux autres condensateurs, soit par un diviseur inductif.

La schema comprend: GF - générateur de fréquence et amplitude variables mais stables P - pontde c.a. C 15 C 2 - capteurs

A - amplificateur et adapteur d'impCdanee R - redresseur FTJ - filtre passe - has mV - millivoltmètre de c.c.

G.F.

cc

aj

C l C 2

AO mV

G.F. +E —tJ--c -E b)

Fig. 10. 3.

a) Schema de mesure avec pont de ca.; b) Schema de mesure avec A.O. en c.a

23 Determination de la capacité de mesure pour un capteur ou système de mesure

L'exaetitude de mesure est la caractéristique métrologique décrite du point de vue quantitatif par I'erreur instrumentale totale:

tjjHr (10.8)

[liii

=±Jf+c

(10.9)

- erreur de justesse ( erreur systématique ), représente la deviation de la valeur

moyenne mesurée par rapport a la valeur théorique et donne l'effet cumulé des

erreurs systématiques commune suit:

Si +Cp +6 +C h +Gd (10.10)

Lerreur de justesse est calculée selon la formule:

Si !fliiØ0

(10. 11)

Sf erreur de fidélité ( erreur aléatoire ) représente la deviation des rnesures

individuelles par rapport a la moyenne des résultats et peut être évaluée par la relation:

= ta_1 100

(10.12)

oii: t( n, P ) - constante de correction de la repartition Student - deviation moyenne carrée (pour n < 50)

85

3. Déroulement de I'étude

3.1 Themes d'étude envisageables

3.1.1 Determination des caractéristiques de conversion C = f (a) du capteur avec déplacement angulaire.

3.1.2 Determination des caractéristiques de conversion C = f (a) du capteur de niveau et evaluation de Féxactitude de mesure pour n = 6 determinations par repère (trois groupes dans les sens "croissant - décroissant°)

3.2 Manipulation

3.2.1 Algorithme (general) pour l'étalonnage, ou la verification de 1'exactitude de mesure d'un capteur ou système de mesure

a) la connaissance et le maintien, tout au long de 1'Ctalonnage, des pararnètres de fonctionnement (tension d'alimentation, temperature de l'environnement, fréquence, temps de mesure, la connaissance du régime dynamique , etc.);

b) i'étude de la derive avec la temperature (erreur 4 ) se fait aux extrémits du domaine de déplacement aprCs la mise en fonctionnement du système de rnesure. La determination se fait en 30 minutes clans les conditions oü les autres paramètres sont maintenus invaria'oles;

c) l'étude de i'hystérésis; ii faut decider si ce demier est "déplaçabie" (il derive) ou "stable" a la suite de 1'analyse d'au moms 3 groupes de mesure du type "croissant - décroissant" dans le domaine de mesure (aj;

d) l'étude des erreurs de zero, de pente et de non - linéarité par comparaison de la moyenne des valeurs obtenues pour chaque repère et la valeur théorique,

e) l'estimation de l'erreur totale de justesse avec specification de l'importance des erreurs survenues (de zero, de pente, etc.);

f) la determination de l'erreur de fidélité (ej) pour im nombre de n données

par repère et une probabiité (P) acceptée; g) determination de la caractéristique de conversion C = f (a) du capteur

capacitifâ déplacement angulaire;

M.

A l'aide d'un pont semiautomate RLC, on obtient la caractéristique de conversion du capteur eapacitif a déplacement angulaire conformément au tableau 10. 1.

Tableau 10. 1

a[°] 0 10 ... 170 180

C [pF]

C[pFl

ej [%J

oü: C e =C 0 +ka

(10.13)

El = C m Ce100

(10.14)

les caractéristiques suivantes seront représentées: C, C. = f(a), = f(a).

3.2.2. Determination de la caractéristique de conversion AU = f((X) pour le capteur capacitif a dépiacement angulaire

On utilise clans ce but, le schema électrique de principe dans la figure 10. 4 dans sa variante écranée:

C I

C 2 (capteur)

Fig. 10. 4. Schema de mesure en Pont ROUT le capteur capacitifà déplacement angulaire

87

oii: G - générateur de fréquence sinusoIdal DI diviseur inductif V f - voitmétre écrané de c.a. (valeur effective)

C 1 , C2 - capteurs

* - écrans Etapes a suivre dans la manipulation: - réalisation du schema électrique de mesure; - connexion du générateur et établissement de la fréquence (f= 10 kHz)

et de la valeur effective de la tension (Uef = 27 V) a l'aide d'un voltmètre de

- les determinations expérimentales seront faites conformément au tableau 10. 2.

Tableau 10. 2 a[°] 0 10 j 180

LU[V] c

d

Um

oü: AU=ka. k0,1 V!0 (10.15)

2

- AU m — tU D 100

(10.16)

(10.17)

W.

A représenter les caractéristiques suivantes AU = f ( a) ; AU rn f ( a);

s 1 f( a).

3.2.3 Determination de la caractéristique de conversion C = f ( x ) du capteur de

niveau En faisant usage d'un pont semiautomate RLC, on obtient trois groupes de

données du type" croissant - décroissant conformément au tableau 10.3

Tableau 10. 3

x mm 0 20 40 60 ... 200

Ic

Id

C pF 2c

2d

3d ______

Ensuite, a Paide des données obtenues, on remplit ( après des calcules) le tableau 10.4.

Tableau 10.4 Ce Cf

mm pF pF pF_ 0

20

200

4. Questions 4.1. Quels sont les principaux types de capteurs capacitifs et quels sont les schémas électriques les plus répandus oü ces capteurs sont employés? 4.2. Quel est le role des écrans dans le schema de la figure 3.4 et queue est la principale condition concemant leur interconnexion? 4.3. Identifiez par voie graphique les composantes de I'erreur de justesse pour le capteur de niveau et précisez queue est la classe d'exactité de celui - ci.

89

ETUDE LF-11

ETUDE DES CAPTEURS A FIBRES OPTIQUES

1. Objet de Pétude

Le but de létude est de connaltre les principaux types de fibres optiques et de cables a fibres optiques, ainsi que les méthodes utilisées pour determiner leurs propriétés de base et la qualité de leur faconnage.

2. Notions théorigues

2.1 La fibre optigue

La fibre optique est un guide d'onde pour la radiation optique, obéissant aux lois de la refraction (les lois Snell-Decartes). Elle est composée d'un matériau diélectrique transparent, avec un mdice de refraction n, dénommé H coeuf , oü se produit la propagation de la lumière, et aussi dun deuxième matériau diélectrique transparent, avec Findice de refraction n2<n1, qui entoure le coeur et qui est dénommé 'gaine'. La refraction de la luinière se produit a la surface de separation entre le coeur et la game, selon la relation:

n1 sin(p1 = 2 S1fl(2

Pour une certaine valeur de i'angle dincidence supérieure a Pangle Brewster,

Slfl(PB =

la refraction est nulie, la iumière Ctant complètement reflétée.

(ii. 1)

(11.2)

n< n i

Fig. 11. 1. Lois de réflexion et refraction

La transmission de la lumiêre par la fibre peut être considérée coinme une réflexion totale successive des rayons lumineux qui ont un angle d'mcidence a la surface de separation plus grand ou égal a Pangle Brewster. Les rayons qui ne satisfont pas a cette condition sont réfractés vers la game et puis absorbés, done us ne contribuent pas a la transmission de la lumière.

a.J1J

coeur

Fig, 11. 2. Transmission de la lumière par la fibre

2.2 Ty j2es de fibres optiques

La majorité des fibres ont une symétrie cylindrique. La structure de la fibre et Ia variation de ltindice de refraction dans le coeur sont iiustrées clans la figure 11.3.

iIiiii iii7 ty

--------

--- --------

nn '

Fig. 11. 3. Structure de la fibre et variation de l'indice des coeur

Ltindice de refraction dans le eoeur peut étre constant pour les fibres a saut dindice, ou peut obéir a des lois de variation parabolique pour les fibres a gradient thndice.

Les matériaux utilisés pour le coeur sont les polymères, le verre-Silicium et le verre doppé.On a comme combmaisons possibles:

- le coeur et la game en polyméres - le coeur en Silicium et la game en polymères

91

- le coeur et la game en Silicium; cc type a un game en polymères supple-mentaire pour améliorer les propriétés mécaniques de la fibre; des fibres spéciales avec le coeur doppé, avec une géométrie asymétrique du coeur ou avec des trous cylindriques dans le coeur.

Le diamêtre de la fibre Dm joue un role important dans le couplage de la lumière et de la fibre. En fonction de Dm on a les types suivants de fibre:

- les fibres monomodes, avec D M = - les fibres multimodes, avec D M 25. ..600 gm pour le Silicium etjusqu'ã

1 mm pour les polymères. Le mode représente une solution de l'équation de propagation de l'onde

(obtenue de Péquation de Maxwell pour les milieux dielectrique avec les conditions aux frontières données pour la géométrie du coeur), qui définit les possibilités d'oscillation des vecteurs E et H a l'intérieur du guide donde.

Les fibres monomodes permettent la transmission dun seul mode et elles sont efficacement couplées seulement avec les sources laser.

Les fibres multimodes permettent la transmission dun grand nombre de modes et cues peuvent être efficacement couplées avec des sources de lumiêre incohérente (LED, diode superluminescente).

Le diarnétre de la game D c est impose par des raisons technologiques pour permettre l'accouplernent des fibres et des coñnecteurs terminaux. Les valeurs usuelies pour Dc sont: 100, 125, 400 jim.

Les connecteurs optiques sont des dispositifs standardisCs qui assurent un raccord mécanique rapide et efficace, a pertes réduites .et stables.

23 Pertesdans l es

La transmission de la lumière dans los fibres est accompagnée par des pertes de puissance optique, survenues clans les connexions et même dans la fibre.

Les pertes dans les connexions sont en général constantes si on utilise des connecteurs spécialisés et si les têtes de la fibre sont soigneusement préparées. La tête de la fibre doit être rectangulaire, en respeetant les axes de la fibre, et très bien polie. La surface du coeur dolt être sans fissures et sans aspérités.

Les pertes dans la fibre sont dues a plusieurs mécanismes: - los pertes inlrinsèques, dues a labsorbtion, a la dispersion et a la rétro -

réflexion. - les pertes supplémentaires dues aux influences externes (la temperature, le

stress mécanique, les courbures). Les pertes dues a ltabsorbtion sont Ic résultat du transfert de lénergie

lumineuse vers le matériau do la fibre et dies dependent de la longueur donde. Les composants chimiques de la fibre influencent l'amplitude de Pabsorbtion.

Les pertes dues a la rétro - réflexion sont Ic résultat des imperfections du coeur, inclusions, distorsions de la symetrie, le stress permanent.

92

Dans les catalogues on precise les valeurs des pertes intrinsèques pour les diverses longeurs d'onde de travail. Pour les fibres avec les applications spéciales on donne des graphiques complets.

Les pertes supplémentaires sont le résultat de l'augmentation de certains mécarnsmes des pertes intrinsèques provoquées par des influences externes ou a des autres mécanismes comme la radiation de la lumière clans les zones de courbure. Ce comportement est utilisé dans la mesure des effets dans un certain nombre des capteurs a fibres optiques.

2.4 Les cables a fibres optigues

Les cables a fibres optiques sont très utilisés pour la transmission des données. Ces types de cables doivent accomplir des conditions supplémentaires par rappport aux cables électriques. D'abord, le design dun cable optique dolt assurer l'absence totale du stress mécanique de la fibre. Pour cette raison, les fibres sont placées librement dans un support avec des canaux ou dans un tube relativement rigide, rempli avec du gel, comme dans la figure 12. 4.

fibre fibre

support a canaux gel en

gain extérleur tube

Fig. 11. 4. Structures des cables optiques

3. Déroulement de I'étude

3.1 Themes détude envisageables

- examen des principaux types des fibres optiques - examen de la structure d'un cable optique - méthodes pour l'inspection de la tête de la fibre - mesure des pertes intrinsèques dans une connexion a fibres

optiques - mesure des pertes supplémentaires dans les courbures

93

3.2 Manipulation

Pour l'examen des fibres et des cables on utilise des posters avec des pièces simples et avec des flis a specifications techniques.

Pour l'inspection de la tête de la fibre on utilise la méthode de linspection clans la lumière transmise. Une tête de la fibre est connectée a une source optique réglable et 1autre tête est contrôlée avec des loupes qui agrandissent 5 ou 10 fois, comme dans la figure 11. 5.

1 +5V I source 1

optique

I.

Fig. 11. 5 Inspection de la tête de la fibre

Uintensité de Ia source It êe réglée jusqu'au moment oi la tête de la fibre ne brille plus, Les écorchures ou les fissures de la fibre vont êe vues comme des ombres sur la surface. Une tête polie correctement ne doit avoir aucune ombre dans la region du coeur (figure II. 6).

a) b) correct incorrect

Fig. 11. 6 Têtes de fibre

Pour la mesure des pertes intrinsèques clans les connexions ou dolt utiliser la méthode "cut back". Le principe, illustré clans la figure 11. 7, consiste clans la mesure de la puissance optique reçue par dew fibres identiques a longueurs différentes, connectées a une source a puissance continue.

Eli

P 1 1 Pr si

source optique 1 2

---

Fig. 11. 7 Principe de la methode cut back.

Si la perte clans la connexion est constante pour les deux fibres, la perte intrinsèque par unite de longueur, calculée comme tine attenuation, est:

A=1 10

1 1og10-- '1 '2 PSI

La méthode a une incertitude de ± 0,2 dB/km

Ill , tII. 3

c.c. source 5 0 -15 0 +15

5V

: r'- ioc :Js LED

4 —H . source • aetecL1 ptique

fibre optique

Fig. 11. 8 Montage experimental

La dispositif illustré dans la figure 11. 8 est utilisé dans l'expérienee. Pour le dispositif utilise':

- la puissance de la source optique est proportionnelle a la valeur moyenne du courant LED et done a la valeur moyenne de la tension développée stir une résistance de 10 Q, tension U indiquée par le voltmètre qui sera réglée en sorte qu'elle ait la même puissance optique a la sortie de la fibre pour les deux fibres.

- la puissance optique qui sort de la fibre est proportionnelle a la tension du détecteur.

95

KI

Donc la relation (11. 3) devient:

10 Us2

USI (11.4)

Mesurer l'atténuation pour une fibre polymère au diamètre du coeur = 1 mm en utilisant une source de 560 rim (lumière verte). Les pièces identiques de la fibre ont la longueur:1 1 = 2,156 m;1 2 = 0,533 m.

est sélecté pour avoir U 1 et U dans la region linéaire de la caractéristique Ud = f(U 5).

Pour les valeurs mesurées et calculées utiliser le tableau 11. 1

Tableau 11. 1

I U U, U A

d u

s, s2

m V V V dB/km

Pour les pertes dans les eourbures utiliser la dispositif de Ia figure ii. 7 et un dispositif mécanique pour contrôier Ia courbure de la fibre.

La fibre la plus longue sera inifoduite dans le dispositif des courbures, permettant au moms 1 m entre le point de courbure de la tête et Ia fibre connectée au détecteur. Le processus de mesure est le même que cellui du point precedent ('d et U5 - valeurs constantes dans la region linéaire). Faire 2 groupes de mesures pour les formes avec un diamétre de 15 ou de 20 mm,

L'atténuation due a la courbure est:

A a = 101ogJ-dB

(11.5)

oii U5 est la valeur moyenne de la tension pour un angle de courbure a. Pour ce point utiiser le tableau 11. 2

Tableau 11. 2

courbures a U A mm degrés V dB 7,5 0

10

Tracer le graphique de Patténuation en fonction de Pangle de courbures.

4. Questions

4. 1. Quels sont les principaux types de fibres optiques utiisées pour les capteurs? 4. 2. Queue est la condition nécessaire pour assurer la transmission de la lumiere

par la fibre? 4. 3. Quels sont les mécanismes qui détenninent les pertes dans la fibre?

97

ETUDELF - 12

EMPLOI DES APPAREILS DE MESURE A INTERFACE SERIELLE RS 232C POUR

ACQUISITION AUTOMATIQUE DES DONNEES

1. Objet de l'étude On présente une modalité d'acquérir automatiquement et d'interpréter les

données de mesure, tant pour des signaux lentement variables que pour des grandeurs dynanilques.

2. Notions théorkiues L'acquisition automatique des données suppose un ensemble fonctionnel

contenant un moyen de mesure numérique (plaque d'acquisition, multimètre numérique, etc.) dont aussi bien qu'un moyen de calcul (ordinateur numerique).

Afm d'assurer la compatibilité des éléments composants de la chalne d'acquisition et d'interprétation, les moyens sont dotes d'interfaces standard.

Une interface est un ensemble de specifications mécaniques, électriques et fonctionnelles.

Les équipements a interface contiennent tous les éléments et circuits qui assurent des specifications du standard d'interface. Actuellement, la plus utilisée, est i'interface sCrielle RS 232C, introduite par EIA (Electronics Industries Association) en 1969. Les specifications de cette interface sont présentées dans i'annexe.

Pour que deux équipements puissent communiquer par l'interface sCrielle, ele doit avoir séleetés les mêmes paramCtres de definition de i'interface:

le type de transmission des données (XON/XOFF, DTR); la rate de transmission des données (baud);

- le contrôle de la parité: -paire

impaire - sans contrOle de la parité

- la structure du mot transmis: - numéro de bits des données - numéro de bits de stop.

Le processus d'acquisition se déroule sous le contrôle du moyen de calcul, qui execute un programme d'acquisition. Le programme d'acquisition assure la commande du moyen de mesure, 1e transfert des données et la creation d'un fichier qui contient les données transférées. Quand l'acquisition se fait par l'interface sérielle, l'ordinateur ne peut plus accomplir d'autres tâches lors de l'acquisition. L'interprétation des données acquises se fera utlérieurement par l'exécution d'un programme approprié qui utilisera le fichier crée par le programme d'acquisition.

M.

3. Déroulement de l'étude

3. 1. Themes d'études envisigeables

3. 1. 1. Connexion et initialisation des équipements couples au moyen d'interface sérielle: multimètre HP - ordinateur et oscilloscope numérique - ordinateur. 3. 1. 2. Exemple d'acquisition automatique des grandeurs electriques lenternent variables, utilisant le multimètre HP 34401. 3. 1. 3. Exemple d'acquisition automatique des grandeurs dynamiques utilisant l'oscilloscope numériciue HP 54609. 3. 1. 4. Inspection des fichiers des données, créés avec les programmes d'acquisition. 3. 1. 5. Exemples d'interprétation des données acquises.

3. 2. Manipulation

Réaliser le montage de la Fig. 12. 1.

Cable Plaque interface montage RS 232C

Fig. 12. 1. Montage experimental pour la mesure automatique utilisant le multimètre HP.

La résistance de haute puissance R alimentée a la source stabilisée est projetée a fonctionner a haute temperature. La modification de la résistance a cause de l'échauffement par effet Joule determine la diminution lente du courant clans le circtuit réalisé jusqu'à ce que Pon obtienne l'équilibre thermique dans la resistance.

3. 2. 1. Initialisation de l'interface au multimètre. Avec le multimètre et l'ordinateur non-alimentés, on branche le cable a 5 fils

et connecteurs D9 qui assurent la communication sérielle aux connecteurs correspondants de l'ordinateur et du multimètre.

On fait l'alimentation du multimètre et l'on initialise I'interface au multimètre en utilisant les boutons de commande dans la sequence suivante:

OTE

But Commande Fonction Affichage 1. Shift < Activation du menu A; Meas MENU

2. < < Déplacement i l'option E: I/O MENU I/O MENU

3. V > Descend un niveau dans 2: INTERFACE

Selection le menu E et sdlectionne type I'interface interface RS-232

4. V (> <) Descend an niveau les paramtres interface

5.AutoiMan Sauvegarde la selection de I'interface RS-232

(ENTER) Répête les 3. BAUD RATE pas 1, 2

3. V >> Descend un njveau dans le menu E et sélectionne la vitesse de transmission

Selection de la vitesse de transmission 4. V (> <) Descend an niveau du 9600 bands en bands paramêtre "Ia vitesse

aceuise"

5.AutofMan Sélectionne entree 300 a 9600 Sékctionne 9600 bands, bauds. valeur sdlectionnde

aussi pour l'ordinateur dans le programme ACHIZHP. EXE.

(ENTER) Sauvegarde la selection RCpéte les 4. PARITY pas l,2

3. V >> Descend un niveau et se place sur la fonction parité.

Selection de la parité 4. V (> <) Descend an niveau les EVEN: 7 bits paramètres "parité".

5.AutolMan Sélectionne 7 bits de donn&s paires.

(ENTER) Sauvegarde la selection

Note: L ' initialisation de l ' interface est gardee en mémoire automatiquement dans la

mémoire non-volatile de ] ' instrument, donc elle West pas affectée par l ' interruption de l ' alimentation. On met en marehe 1' ordinateur.

100

3. 2. 2. Mesure en régime automatique avec le multimètre HP

Le processus de selection des fonctions du multimètre, de mesure et de transfert des données a l'ordinateur se fait sous la cominande du programme d'aequisition ACHIZMHP. EXE.

Le programme d'acquisition avec multimètre ACHIZMHP. EYE. oscilloscope ACHIZOHP. EXE. se trouve dans le directeur MATLAB, directeur BIN-oü l'on sauve aussi le fichier de données, "nom ASC".

Pour le lancement du programme on execute les conimandes en validées par ENTER:

[ Commande Action MATLAB Lance le paquet de programmes MATLAB ACHIZMHP Lance le programme d'acguisition

On sélectionne, par programme, le port de l'ordinateur auquel on a branché physiquement le cable de connexion de l'appareil a interface et l'ordinateur (PORT I ou 2), la fonction du multimètre (AMPERMETRE pour le point 3. 2), le nom du flchier oü l'on va sauver les données (au choix, sans extension) le nombre des mesures (environ 50 ... 60) l'intervalle entre deux mesures successives (10...

On règie le courant par Ia résistance, a 0,5.. .0,6 A et l'on commence I'acquistion par appuyer le bouton ENTER de l'oruinateur.

L'instrument affiche l'état de fonctionnement commandC ci-dessus externe (Rmt-remote), la valeur acquise et 1 e moment d'accustion par le cllgnotement de la petite Ctoile M.

On note ies valeurs affichées par i'appareii dans le tableau 12. 1.

Tableau 12. 1.

-

Note: Pendant l'acquisition on n'appuie pas les boutons du multimètre.

3. 2. 3. Acquisition des signaux dynamiques avec l'oscilloscope numérique a memoire HP 54600.

On realise le montage de la fig. 12. 2.

et avec le sous-

dessous,

101

interface RS 232C

Fig. 12. 2. Montage pour l'acquisition des signaux dynamiques.

La connexion de l'oscilloscope numérique a l'ordinateur se fait dans les mémes conditions que la connexion du multimètre (point 3. 2. 1.).

On fait l'alinientation de l'ordinateur et de l'oscilloscope et I'on initialise l'interface a l'oscilloscope en utilisant les touches de selection du paneau de I commande dans la succession suivante:

Touche Fonction 1. PRINT/UTILITY Activation du "setting" de l'interface 2. RS-232 Selection l'interface RS-232 3. Computer 1 Selection l'équipement auquel on fait la connexion 4. High Selection la resolution 5. 9600 Sélectionlavitesse de transmission 6. DIR Selection le protocole de transmission

Note: Les commandes 26 sont sélectionnées par ies touches du bas de l'écran, leurs

fonctions étant aftichées sur l'écran de l'oscilloscope. On choisit une forme d'onde quelconque du générateur et i'on règle la position

du signal sur l'écran de l'oscilloscope en utilisant ses commandes. Si Ic signal du générateur a au moms une fréquence de 50 Hz, on peut utiliser, pour régler l'image sur l'écran de l'oscilloscope Ic bouton AUTO-SCALE.

On peut aussi utiliser les réglages individuels du canal de I'oscilloscope oil le signal est branché.

Pour la relance en execution du programme, on execute les commandes suivantes, validées par ENTER.

L Commande Action MATLAB Lance le paquet de programmes MATLAB ACHIZOHP Lance le programme d'acquisition

Note: Le programme ACHIZOHP. EXE. ne modifie pas les réglages de

l'oscilloscope obtenus par l'utilisation de ces touches, pour que le signal acquis soit identique a celui de I'écran de l'oscilloscope.

102

On lance le pogramme d'acquisition par Ia commande ACHIZOHP. EXE. et l'on suit les indications affichées.

On séllectione le port auquel on . a branché le cable de connexion de l'oscilloscope et de l'ordinateur (PORT I ou 2).

On fait deux acquisitions du méme signal, le premier avec un nombre réduit de points (par exemple: 100) et le second avec un grand nombre de points (au maximum 4000), la selection étant réalisée par le programme.

3. 1. 4. Visualisation des fichiers et exemples d'interprétation des données acquises.

Pour visualiser on écrit la sequence suivante des instrumentations MATLAB:

Instruction format long

charge "nom" ASC

"nom" ASC

Action - affiche Ic fichier avec un nombre maximum de chiffres significatifs

- charge le fichier "nom fichier.ASC"

affiche sur l'écran Ic contenu du fichier "nom fichier.ASC"

Note: Sur les deux colonnes du fichier "nom.ASC" sont represéntés en unites

physiques, le temps en coionne 1 et Ic courant en colonne 2 si ie fichier comporte plus de 25 lignes i'affichage peut étre interrompu par !a touche "PAUSE".

plot (nom fichier) I reprCsente le granhique de la grandeur mesurée, obtenu par I Pinteroolation linéaire des valeurs acuises.

En utilisant les valeurs lues lors de l'aequisition, on trace, pour un nombre plus réduit de valeurs obtenues par la decimation des données du tableau 1 (par exemple, en retenant que la cinquiènlme valeur notée) les graphiques du méme type que ceux créés par la fonction "plot".

Essayez de donner une interpretation aux données contenues par le graphique.

5. Questions

1. Quels sont les éléments défmissant l'interface RS 232 qui doivent être sélectionnés indépendamment pour chacun des équipements branches par l'interface. 2. Essayez de proposer une esquisse de réalisation dun cable de connexions a connecteurs Dl 325 pour la connexion d'un oscilloscope, a pa r du schema general.

IDJ RD R15]

osc GNQ ordinateur QSR SR DTR TTZI DIRJ

103

ANNEXE

Specifications de I'interface RS 232C

Specifications mécaniques:

Connecteur D 25 ou D 9

Bien que soient définies 25 lignes pour transmission asynchrone on n'utilise que 9 ou 12 au maximum. Les connecteurs peuvent être mere ou père. Un cable standard lie un connecteur-mère D 25 monte sur DCE (Data Circuit Terminating Equipement), par exemple l'instrument de mesure a un connecteur-père D 25 monte sur DTE (Data Terminal Equipement), par exemple l'ordinateur. Ii existe fréquemment des variations aux specifications standard. D'habitude le cable pour l'interface RS-232C est réalisé par l'utilisateur.

Specifications électriques: On spécifie les suivants niveaux électriques de tension:

25V de donnCes signal côntrole

tlo lf "on ,,

0 zone de transition

-3 H1 It "off'

IRM

104

Specifications fonctionnelles: Les signaux définis et Ia connexion standard aux "pins" sont présentés dans la

figure ci-dessous.

RS-232 PIN-OUT REFERENCE (DB-25)

2 TRANSMITTED DATA

DEE TRANSMITTER SIGNAL ELEMENT TIMING 15 RECEIVED DATA SECONDARY RECEIVED DATA It

RECEIVER SIGNAL ELEMENT TIMING 17 4 REQUEST To SENT) 5 CLEAR TO SEND

Is 6 DATA SET READY

SECONDARY REQUEST TO SEND 19 7 SIGNAL GROUND COMMON RETURN

SECONDARY TRANSMI DATA 14 1 PROTECTIVE GROUND

T

DATA TERMINAL READY 20 8 RECEIVE LINE SIGNAL DETECTOR

SIGNAL QUALITY DETECTOR 21 9+ VOLTAGE

RING INDICATOR 22 10- VOLTAGE DATA SIGNAL RATE SELECTOR 23

DTE TRANSMITTER SIGNAL ELEMENT TIMING 24 12 SECONDARY RECEIVED LINE SIGNAL DETECTOR I) SECONDARY CLEAR TO SEND

RS-232 PIN-OUT REFERENCE (DB-9)

DATA SET READY 6 REQUEST TO SENT) 7

CLEAR TO SEND 8 RING TNDICAIOR 9

IRECEIVE LINE SIGNAL DETECTOR 2 RECEIVED DATA 3 TRANSMITTED DATA 4 DATA TERMINAL READY S GROUND COMMON RETURN

Transmited Data (TXD) et Received Data (RXD) sont des lignes de données transmises, respectivement recues.

Le mode de transmission le plus simple utilise les "pins" 2,3 et 7 (ground), pour la transmission en sens unique sans contrôle hard.

Les paires des signaux : Request to send (RTS)/Clear to send (CTS) et Data set ready (DSR) / Data terminal ready (DIR) perm. ettent la réalisation d'un protocole de transmission DTE et DCE.

Un exemple pour un tel protocole est le suivant: DTE - met DTR sur ON et attend la réponse; - DCE - en cas de preparation répond en passant DSR sur ON; DTE - met RTS sur ON et attend; DCE - met CTS sur ON; DTE - transmet les données a TXD; DCE - accepte les données a RXD.

Un format standard du mot de données transmis synchroniquement serait:

2 bits de

1 bit

7 bits de 1 bit start

données parité

105

ETUDE LF-13

MESURE DES DISTANCES AVEC DES CAPTEURS ULTRASONORES

1.Objetdel'étude

Le but de l'étude est de connaItre le principe de la méthode de mesure dune distance avec les capteurs ultrasonores.

2. Principe de la méthode de mesure

Les oscillations sonores ou ultrasonores se propagent dans un milieu fluide avec une vitesse constante, dépandant de la nature du fluide et de la temperature.

Emettant un train d'ondes ultrasonores, en utilisant un émetteur "E" (fig. 13. 1 et fig. 13. 2), les ondes se propagent dans Pair et si a une distance 'id" on rencontre une cible, les ondes se reflètent, en revenant au récepteur 'SR", qui se trouve près de l'émetteur,

Cible

Fig.13. 1.

1 train d'ondes émises

train t

d'ondes reçues

t

Fig. 13. 2.

106

F I Si "v" est Ia vitesse des ondes ultrasonores dans l'air et "t" l'intervalle de temps

que le train d'ondes met pourparcourir la distance H2du de l'émetteur "E" a la cible au récepteur "R", on a:

Vt d=1 (13.1)

3. Déroutement de Iétude

3.1 .Thèmes d'étude envisageables

3.1.1. Concevoir un schema pour assurer la mesure d'une distance de 0-70 cm avec des capteurs ultrasonores.

3.1.2. Concevoir Pelectronique associée au capteur émetteur. 3.1.3. Concevoir l'electronique associée au capteur récepteur. 3.1.4. Réaliser les dispositifs associés aux points 3.1.1, 3.1.2, 3.1.3. 3.1.5. Mettre en oeuvre une procedure détalonnage. 3.1.6. Effectuer les mesures des distances.

Determiner la resolution de l'instalation réalisée.

3.2.Matioii

3.2.1. RCalisation du schema de montage experimental - fig. 13. 3.

Fig. 13. 3.

B - émetteur ultrasonore piézoélectrique type SCM-401T 91.33 (tension maximale d'entrée 20 V, impedance approxiniative 500 fl, frequence d'accord

40 kHz) G - genérateur d'impulsions qui excitent périodiquement l'émetteur ultra-

sonore piézoélectrique. R - récepteur ultrasonore piézoélectrique type SCM-401R 91.33 (impedance

approximative 30 kfl, frequence d'accord 40 kHz). OSC - oscilloscope électronique a deux spots; a l'entrée A on applique le

signal émis par le générateur G; a l'entrée B on applique le signal émis par le récepteur ultrasonore R.

107

Sur l'écran de l'oscilloscope, la distance entre les deux signaux représente (a une échelle correspondante) la distance entre Uémtteur et la cible.

Admettant que la vitesse du son et de I'ultrason dans Pair est u = 340 m/s (a une temperature de 25°C) et que la distance a mesurer est de 0,7 m, la période T de la répétition des trains d'ondes doit être supérieure a la valeur:

T===O,0058s (13.2)

pour éviter les faux signaux sur l'écran. La frequence des impulsions émises par le générateur doit être supérieure a:

f = =0,O58 = 178Hz (13.3)

3.2.2. Electronique associée au capteur émetteur

Le générateur d'impulsions (fig. 13. 3) est réalisé en utilisant le circuit intégré OE 555 dans un montage qui realise un oscillateur a relaxation, dont le signal de sortie est de forme carrée (fig. 13. 4).

AUc oscillation a de relaxation

_ rvc u ot

I 1':

Fig. 13. 4.

Les oscillations a relaxation sont conditionnées par les valeurs du condensateur C et les resistances R 1 et R2. En tenant compte des diodes D 1 et D2 le condensateur C est chargé l'entremise du circuit R 1 D1 et la décharge du condensateur C est produite par le circuit R 2 D2 .

t 1 =O,7(R I +R D )CO,7R I C (13.4)

t 2 =O,7(R 2 +R DjCO 37R 2 C (13.5)

T=t 1 +t 2 0,7(R 1 +R 2 )C (13.6)

IN

0,7R 1 C - R1

F T - 0,7(R, +R 2 )C R. +R 2 (13.7)

Fu est le facteur de remplissage. Pour changer plus facilement le facteur de remplissage F, les deux

resistances R 1 et R2 sont réalisées avec un potentiomètre. Le constructeur de j3E555 recomande:

C 1 10 nF et C2 500 pF.

Avec ces observations on adopte le schema final présenté dans la figure 13. 5.

? +Va t5OfloF

5

4

6

3

7

1

if) nF 8 1

ii& '- iC TC1

.

P potentiomètre ( 2O0k)

C"=25 nF C"'-10 rF C"'=5 nF

Fig. 13. 5.

On mesure R 1 + R2 = 340kn et R imi!, = 2,5kQ et R2m = 337,5kQ. Par les relations (13. 4), (13. 5), (13. 6) on calcule t, t 2 et 1 pour les trois

valeurs de C (en commutant k sur les positions 1, 2, 3), voir le tableau 13. 1.

Tableau 13. 1.

k C tic t2C Tct1+t2c fc l/Tc [nF] [ms] [ms} [ms] - Hz

pos. 1 C=C'=25 0,04375 5,90625 5,95 168 pos. 2 C=C"=lO 0,0175 2,3625 2,38 420 p05. 3 C=C111=5 - 0,00875 1,18125 1,190 840

Le montage assure la condition (13. 3). On assure la mesure de la distance d=Im sur la position 1 du k, et des

distances plus petites sur la position 2 du k.

109

3.2.3. Electronique associée au capteur récepteur

C'est l'oscilloscope électronique qui assure la possibilité damplifier ou d'atténuer le signal émis par le capteur récepteur.

3.2.4. On mesure la période Tm et les temps tim et t2m pour quelques valeurs du condensateur C et on les compare aux valeurs T , t, et t2 , calculées.

3.2.5 .Procédure d'étalonnage

a) On place les deux capteurs face a face a une distance de t'2d" connue et réglable et on determine:

D=f(d) (13.8) oü D est la distance mesu.rée en ms ou en mm sur l'écran de l'oscilloscope entre le signal éniis par le capteur émetteur (canal A) et le signal émis par le capteur récepteur (canal B), fig. 13. 6.

Signal canal A

-.----- ñíI A • J_PPr_!______- -

/ Signal / canal B

Fig. 13. 6.

b) On place les deux capteurs Pun près de l'autre a une distance "do connue et réglable en face dune cible, fig. 13. 7 et on determine Df(d).

Fig.13. 7.

3,2.6. Mesurer les différentes distances 'ed" en utilisant la relation D=f(d). On mesure la distance "D" surl'écran de I'oscilloscope et on determine la distance"d" pour quelques positions de la cible. On compare les distances mesurées aux distances indiquées par le dispositif d'étalonnage. On détennine le plus petit déplacement de la cible (la resolution du montage utilise').

110

4. Questions 4. 1. Quel est le principe de fonctionnement des capteurs ultrasonores? 4. 2. Quel est le procédé pour determiner la vitesse et la période des ondes

ultrasonores? 4.3. Expliquer le principe de mesure des distances avec des capteurs ultrasonores. 4. 4. Comment on determine la resolution du montage utilisé?

Ill

Problèmes

1) On considère un circuit ayant branché en série une résistance R, une

inductance L et tine capacité C et on établit aux bomes une force électromotrice

e = Eh sin ax. Vérifiez l'homogénéité de la formule qui exprime la fréquence de

resonance en fonction des elements du circuit.

2) On considère un circuit ayant branchées en série une résistance R=40

et une inductance L = 3 H et on établit aux bornes une tension électrique 107t

U = 50-ñ'sin lOOitt .Déterminez la valeur efficace de l'intensité du courant

engendré dans le circuit.

3) A l'équilibre d'un pont de Wheatstone on obtient: a = 100 Q b = 1000 Q

R=2058 c. Exprimez la vaieur de la résistance R X , avec:

a)trois décimales;

b) deux décirnales.

4) Le capteur thermorésistif d'un thermométre électrique est introduit

rapidement dans u.n bain ayant la temperature constante 00=80 °C. Aprés u.n

interval de temps t=3s, le thermomCtre indique 0=27 0C. Calcuiez la constante de

temps -z- du thermomètre. Exprimez le résultat avec deux décixnales.

5) On utilise un ampèremètre analogique de courant continu ayant les calibres 1; 5; 25; 100 mA; 1; 5 A pour mesurer un courant continu avec l'intesité: 1= 0.7 A. L'indice de classe de 1' ampèremètre est c1. Considérez la temperature du laboratoire 0=20 0C.

Déterminez: 1) le calibre utilise' 2) l'incertitude de mesure 3) l'incertitude relative de mesure 4) le résultat.

Exprimez les nombres avec deux décimales.

112

6) Pour un des voltmètres numériques utilisés dans le cadre des travaux de laboratoire l'erreur de mesure est exprimée par la relation:

(% de la mesure + % de la gamme)

gamme

1.000000 V

0.0020+0.0006

10.000000 V

0.0015+0.0004

100.000000 V

0,0020+0.0006

Utilisez ce voitmètre pour mesurer une tension: U1OV. Détenninez: 1) la gamme de mesure 2) l'erreur de me sure 3) I'erreur relative de mesure 4) le résultat de la inesure.

7) On utilise un voltmèire analogique de tension alternative ayant les calibres 2.5; 10; 50; 250; 500;I000V pour mesurer une tension alternative avec la valeur: U= 35 V. L'indice de ciasse du voltmètre est c=1 ,5. Considérez Ia temperature du laboratoire 0=20 °C.

Déterminez: I) le calibre utilisé 2) i'incertitude de mesure 3) l'incertitude relative de mesure 5) le résultat.

Exprimez les nombres avec deux décimales.

8) Pour mesurer une tension continue U, = 2 V on utilise un voltmètre numérique a simple rampe caractérisé par:

Umax = 1 OV, le calibre; - k = 0.5 V/ms, la constante de la ram pe; - f0 = 500 kHz, la fréquence du générateur d'irnpulsions.

On demande: 1) le temps T pendant que le circuit porte est ouvert; 2) le nombre d'impulsions N comptés par le compteur; 3) le nombre minimal de chiffres de l'affichage; 4) l'affichage avec un dépassement de 10%.

113

9) Le multimètre numérique utilisé pour mesurer des resistances électriques peut presenter en affichage des valeur entre 0 et 19999 et l'erreur de mesure

(I'mcertitude de mesure) et exprimee par ER =+ mUR ou

- UR - la valeur d'unité du dernier rang decimal - m,n— sont obtenues pour chaque calibre:

200Q 0.2%R r +5UR

2k-Q 0.2%R + 2UR

20kQ 0.1%R+3UR

200kg 0.1%R+3UR

Utilisez le multimètre pour mesurer une résistance: R = 141

Determinez: - la gamme de mesure - l'incertitude de mesure - l'incertitude relative de mesure.

10) Pour la mesure d'une impedance inductive on utilise le pont alimenté en courant alternatif:

A l'équilibre du pont on obtient:

R1 =R3 =200 E2 R2 =1200.Q C2= 0 . 6 !.tF On demande:

1) les valeurs pour la resistance R et l'inductance L 2) la valeur de l'impédance Z pour f= 1000 H 3) le facteur de qualité pour f = 1000 Hz.

114

11) Pour la mesure d'une impedance capacitive a faibles pertes on utilise

le pont Sauty-Wien: C

A

U— A l'équilibre du pont on obtient:

R1 200Q R2 =100I) C0.2pF RI, 5 n P0.7 On demande:

- les valeurs pour la capacité C la vaieur de la résistance des pertes R la valeur de la tangente de l'angie des pertes 6,, pour f= 1000Hz la valeur de l'angle des pertes 6,, pour f = 1000Hz

• 12) On realise un miliampèremètre de courant continu avec deux calibres: 0.03 A et 0.075 A en utilisant un instrument magn6to6lectrique avec le calibre I=10 mA et la resistance: R0=4.5Q.

On demande: - le schema du miliampèremèire

• - les valeurs des resistances des shunts; -les puissances consommées pour chaque calibre.

Exprimez les valeurs obtenues avec trois décimales.

115

Exemple Pour mesurer la resistance d'un radiateure électrique on utilise la methode

indirecte de l'ampènnètre et du voltmeter.

La méthode consiste a faire passer un courant éleetrique par la résistance R

et a messurer l'intensité du courant 'R et la tension aux bomes de la résistance UR

et on obtient par calcul la valeur de la résistance R = UR IR

Deux montages sont possibles: le montage amonte et le montage aval.

(.7 rf

ru

a) le montage amont b) le montage aval Si on calcule Ic rapport des indications des appareils on obtient

.L vaieur qui nest pas égaie a R done on introduit une erreur relative de I

methode s = R. —R

R

L'erreur de méthode peut être éliminée en introduisant des corrections qui dependent de valeurs des resistances propue des appareils.

- = U -

R=

pour le montage amont IR I I

R = UR pour le montage aval. J

UR 2

rv

L'incertitude de mesure est calculée en fonction de classe d'exactitude des appareils analogiquee utilisés.

116

AR AU M , = (- + —)(l + -) pour le montage amont R U I R

ER AU M R + —)(1 + -) pour le montage aval

R U I rv

ofj AU U = est 1' incertitude de me sure pour la tension U, Cv- indice de U 100 U

classe du voltmètre , Urn - calibre du voltmètre.

C ,. . - = -.- est 1 incertitude de mesure pour 1 , intensite I, c1 - indice de I 100 I

classe de l'ampèrmètre, I rn –calibre de l'ampènnètre. Pour le probleme a résoudre les caracteristique des appareils sont:

- ampèrmètre: calibre 'm, indice de classe d'exactitude c1, réssistance propose rA=O,l 3)

- volttnètre : calibre U= 24V, indice de classe d'exactitude cvJ, resistance propose r7=500)

Solution pour le montage amont: Les appareils rndiquent 11= 0,76 A; U 1 = 150 V

U 3 R= —-=20i3 1 0,76

R={=U1 –RAII15.3-0.130.76201301320

IR '1 0.76

13-20 R Erreur de mesure e1 = Rm = 20.

100=0.65% R 20

AU = --- = 0.016% U 100 15,3

I 100 I 100 0.76 Incertitude de me sure

AR e = = ( Yi + 4)(1 +-) = (0.016 + 0.013)(1 +2-) = 0.029% R U I R 20

Resultant R=20Q±0,029% R=20±0,58Q

117

Solution pour le montage aval: Les appareils indiquent 12-0.78 A U 2=15 V

Rm L.T 15

'2 0.78 U2 15 15 15

R2-- = =--=20^

I, 0.78----- 0.78-0.03 0.75

ry 500

Erreur de mesure = R,, - R 19.23 20 = _21Z.ioo = —3.85% 2 R 20 20 AU = -f_. 24 = 0.016% U 10015

AI = !_. J . _±... = 0.012% I 100 I 100 0.78

Incertitude de mesure

e = = + =(0.016+0.012)(1 +---) = 0,029% R U i ry 500

Resultant R:=20Q ±0.029% R=20± 0,58Q

Observation:

La methode indirecte de l'arnpèrmètre et du voltrnètre est indiquee pour la mesure des resistances non linéaires dont la valeur dépande du courant. Caracteristiques des lampes a incadescentes, des tubes radio, des thermistances, des redresseurs.

118

Annexes - Appareils utilisés

1. Multimètre HP 34401A (HEWLETIT PACKARD)

2. Multimètre PM 2525/3 (PHILIPS)

3.L.C.R. -rnètre42l0 (WAYNE KERR)

4. Oscilloscope HP 54600A (HEWLEU PACKARD)

5, Générateur de fonction PM 5132 (PHILIPS)

6. Universal Counter CDC 250 -175 MHz (TEKTRONIX)

120

HP 34401A Multimeter

121

Mesures de tension

Mesures de tension

Gainmes: 100 mV, 1 V, 10 V, 100 V, 1000 V (750 Vca) Resolution maximale: 100 nV (sur la gamme 100 mV) Mesures en CA: Valeur efficace (RMS) vraie, couplage ca

LOIJcr.

Mesures de resistance

Gammes: 100 Q, 1 kl, 10 k2, 100 kfl, 1 M, 10 MCI, 100 MCI Resolution maximale: 100 jt (sur la gamme 100 ohms)

P$It I44A

PASWXU

I I * 0

-

a. }- d a __

4fi.(I.0)

OM

122

Mesures de courant

Mesures de courant Gammes: 10 mA (cc uniquement), 100 mA (cc urxiquement), 1 A, 3 A Resolution maximale : 10 nA (sw- la gainrne 10 mA) Mesures en CA: Valeur efficace (RMS) vraie, couplage ca

I $44A

MATN I a - 4• V tIJ t I, Courvt CA ou CC + —

________

cc I AC I

DC v

Mesures de fréquence (ou de période) Etendue de mesure : 3 Hz a 300 kHz (0.33 a a 3.3 p.$) Amplitude du signal d'entrée: 10 mVca a 750 Vea Technique: Comptage réciproque

123

Tests de continulté

Tests de continuité

Source de courant detest: 1 mA Rsolution maximale : 0.10 (gamme fixée a 1 kohm) Seuil d'avertissement sonore : 1 fl to 1000 Q (avec l'avertisseur sonore lorsqu'une valeur inferieure au seuil est détectée)

Couwt

In Iv,II, 4461A

cou,nuf.m

F VUTI

L r 1fi=ai?l

:IEI EllJ

Test de diode

Source de courant de test: 1 mA Resolution inaxirnale : 100 .tV (garnme fixée a 1 Vcc) Seuil d'avertissement sonore : 0.3 volts a Vmesurée a 0,8 volts (non ajusthble

deW

$_ ftw

Poisond

MI IA?IIa I'1

—

0

ro

El

A

MIX

124

Tension CC

RéIance 4}

100.0000 mY 1.000000 V 10.00000 V 100.0000 V 1000.000_V

100.0000 ci

10.O0000kci

1.00000Mci 1 0,000 Ma 100.0000 MCi

Cownf CC 10.00000 mA 100.0000 m 1.000000 A 3D00000A

Cortinuitá 1000.0

Test de diode 1.0000 V

Rappo rt CC: CC 100 mV A

1000 V

CaractéristiqueS CC

Caracteristiques CC

Specifications de precision ± (% de la mesure + % de la gasnrne) [11

Temperature do coefficient

0 ,c-18 .c 28'C - 55C

0.0005 + 0.0005 0.0005 + 0.0001 0.0005 + 0.0001 0,0005 + 0.0001 0.0005 + 0.0001

0.0006 + 0.0005 0.0006 + 0.C*1 0.0006 + 0.0001 0.0006 + 0.0001 0.0010 + 0.0002 0.0030i' 0.0304 0.1500 + 0.0002

0,002 + 0.000s 0.002 + 0.0006 0,005+0.0010 0,005 + 0.0020

0.001 + 0.002

0.001 + 0.002

Precision denirée = pCdslon øCne pour le signal d'entrée Hi-LO Precision do référenca = precision définie pour le signal d'ertrée do référence HI -LO

Courant detest ou 24 Heures 12] 90 ]ours

I an

Fonction

Gamm.3] chute detension 23'C±1C 23C±5'C

23'C ± 5'C

0.0030 + 0.0030

0.0040 + 0.0035

0,0050 + 0,0035

0.0020 + 0.0006

0.0030 + 0.0007

0.0040 + 0.0007

0.0015 +0.0004

0.0020 + 0.0005

0.0035 + 0.0005

0.0020 + 0.0006

0.0035 + 0.0006

0.0045 + 0.0005

0.0020 + 0.0006

0.0035 0.0010

0.0045 + 0.0010

I mA

0.0030 + 0.0030

0.008+0.004

0.010 -'0.004 I mA

0.0020 + 0.0(05

0.002 + 0.001

0.0i 0 0.001 100A

0.0020 + 0.0005

0.008 + 0.001

0010+0.001 10 A

0.0020 + 0.0005

0.008+0.001

0.010 0.001 5LA

0,302 + 0.001

0.008+0.001

0,010 + 0.001 500 nA

0.016 + 0.001

0,020 + 0.001

0.020 + 0.001

500 nA//IC MCI

0.300 +0.010

0.800 0.010

0.800 + 0.010

<0: V

0.0050.00 0.0300.020 0.050+0.020 <0.6 V

0.01 +0.304 0.030+0.005 8.050-^ 0.005 <I V

0.05+0.006 0.060+0.010 0.100+0.010 <2V

0.10+0.020 0.120 0.020 0,120+0,020

1 mA

0.002+0.010 0.03S0.020 0.010+0.020

1 mA

0,002+0i0 0.020 1 0.010+0.020

(Précion d'emrée) + (Precision do référence)

Pracislon de trensi art (typique)

Lerreur en % de la gamme sur 24 heures) 2

Conditions: Sur 10 minutes et± 0.5'C. A ±10% do la valeur initiate. Après 2 heures do stab4isaton. Gamma fixe entre 10% et 1 000% do Ia pleine éthelle. Avoc une resolu tion do 61/2 chilires, mode lent (100 PLC) Los mesures sent efftuées svant l es praiiques aceeptees en métithgie.

125

CaracteristiqUes CC

Caractéristiques de mesure Tension CC Méthode do mesure: Convertisseur AN/II multi-pa nte

A int6grgon continue. UnéaiitéAlN: 0.0002%delamesure+0.0001%deIa

gamma Réststanca d'enée:

gammesC.1 V.1 V, IOV ChoixantrelOMflet>lOGfl gammas lo0V,1000V 10Mcl±1%

Courant depolansarion..enée: <30pAà25C Bomes d'entrée: Alilage di cre Protectiondentrée: l000V pour toutestesgammas

Résistance Méthode do mesure: Choix enu'e las chins 4 fits at 2 Ills

Source do courant référerée é entrée 1.0. Résisnce max. des fits: Par SI, 10% de la gamma sur las gammas (ohms 4 fits) 100 flat I kfl, I kfl par SI sur toutes les

autres gammas. Protection d'entrée: 1000 V pour toutes Ies autresgarrmes.

Courant CC Résistancede derivation : 0.1 fi pour lA et3A. 5Q pour lO mAet

100 mA Protection d'enu'ée: Fusible accessible do 3A 250 V

Fusible intorne ae lÀ, 250 V

Ted di dlod.Jcordlraifth Temps do réponsa: 300 échantillons/s avec signal sonora Seuildecontinuité: Fl6glableda1flà100011

Rapport MCC Méthode di mesure: Entrée HI-LO / Référence Hi-LO

Entr6eHl-L0 Gammas lOOmVIl000V Rétérence HI- 10 Gammas 100 mY 110 V (selection

aumatique) Entrée-Référanca Tension Référence 10-Entr6e 1.0<2 V

Tension Référenca HI-Entrée 10<1 2V

Rejection du bruit 0. mesur. 60Hz (50 Hz) [5) CMRRCC 140d8

Temps d'IntCgratlon Rejection de mode comnsnt 161 100 PLC I1.61s(2s) 700B17] IO PLO /167ms(200ms) 60dB[7] 1 PLC /16.lms(2Oms) 6OOB(7] <1 PLC /3ms(800i.$) 0dB

Caractéristigues de fonctlonnement [81

Erreurde brult Fonction Chitf roe Mesures)a sUpplémentalre Tension CC, courant 6½ 0.6(0.5) 01% do ta gamma CCetrésistance 6 11/2 6(5) 0%delagamma

5 1/t 60(50) 0.001%dolagamme 5 1/2 300 0.001%dolagamrne 4½ 1000 0.01%delagamma

Vitessos du système [9) Changement do fonction 26 Changement do gamma 501s Selection automatique do gamma <30 ms Mesures ASCII vers RS-232 Mesures ASCII vers HP-lB 100015 Vitesse de déclenchement miami maximata 1 000/s Vassadedaxhemed exietne maximale varsmemare 1 000/s

te5se do dedarmchement exieme maxmmale vets HP-S 900/s

Fonctionnemant sans réglage automatique 0, zero Apès stabuiisauon do lappareil ala temperature détalonnage as 1C et <10 minutes, ajouter une erreur supplérnentaire do 0,0002 0/. Cola gamma + 5 mY.

Considerations stir Is stabilisation La tempo do stabilisation des mesures est affecté par l'impédance di a socelescaractéristicuasdas cdbles et Is variations dusinal d'enuée.

Considerations stir lee masures Pour ces mesures, HP recommaride dutiuiser comme isotant pour les fits di TéfiOni ou tin autre isolant a haute impedance eta faiblo absorption diéiactrique.

(1] Specifications correspondent a 1 hours do stabilisation a 81,t dilifres. (2) Relativaux normesdOtalonnage. [3] 201%de dssamet do gamma pour ts los gammas saul lO Vc2. 3 A. [4) Specifications pour les ohms 4 fits, ou 2 fits an mesure relative. Pour

las mnesures on ohms 2 fits sans la rnesure relative, ajoutar une erreur supplémentaire de 0,2i2.

[5) Pour tin déséquilibre del kQ dans Is flu 10. [6) Pour une Iréquence secteur lit 0,1%. [7) Pour une frequence secteur à± 1%, retranoher 20dB. Pour± 3%,

reirancher 30dB. (8] Vilesses de mesure an 60Hz (50 Hz) sans réglage automatique do zero. [9] Vitesses pour 4½ chilfres, délai 0, sans réglage autornalique do zero,

atficheur désactivé. Comprend les mesures at leur transf art sum HP-lB. (10) Ajouter 20 j.tV pour los tensions cc, 4 pA pour les courants cc at 20

mfl pour les resistances.

Teflon esf une marque désée do E.I. duPont aeNemours and Co.

126

Caractéiistiques CA

Caracteristiques CA

Specifications de precision ± (% de la mesure + % do Ia gamme) [1

Coefficient de 24 heuree [2) 90 lours I an tenpórature

23C± 1C 23'C± 5C 23'C±5'C O'C-18C 28'C- 55'C

1.00+0.03 1.00+0.04 1.00+0.04 0.100+0.004 0.36+0.03 0.35+0.04 0.35+0.04 0.035+0.004 0.04+0.03 0.05+0.04 0.06 + ON 0.005+0.004 0.10+0.05 0.1,1+0.05 0.12+0.05 0.011 +0.005 0.55+0.08 0.60+0.08 0.60+0.08 0.060+0.008 4.00+0.50 4.00+0.50 4.00+0.60 0,20+0.02

1.0040.02 1.00+0,03 1.00+0.03 0.100+0.003 0.35+0.02 0,35+0.03 0.35 + 0.03 0,035 +0.003 0.04 + 0.02 0,05+0.03 0,06+0.03 0.005+0.003 0.10+0.04 0.11.+ 0.12+0.05 0.011+0.005 0.55+0.08 0.60+0,08 0.6040.08 0.060 +0.008 4.00+0.50 4.00+0.50 4,00+0.50 020+0.02

1.00+0.04 j 1.00+0.04 1.00+0.04 0.100+0.006 0.30+0.04 0,30 + 0.04 0.30+0.04 0.035 + 0.036 0.10+0.04 0.10+0.04 0.10 +0.04 0.015+0.006

1.10+0.06 1.10+0.06 1,10+0.06 0.100+0.006 0.35 +0 * 06 0.35 + 0.06 0.35 + 0.06 0.035 +0.006 0.15 + 0.06 0.15 + 0.06 0.16+0.06 0.015 + 0.006

I Ereur suppiêmentair. di facteurde crite (sinaux non sinusoldaux)

Rapids

Facteur 6. crite Erreur(% dais m.sure)

1-2 0.05%

2-3 0.15% 0.73

3-4 0.30% 022

4-5 0.40% 0.18

0

Conditions: Entrée sinusoidao. Sur 10 minutes et ± 0,5C. A ± 10% de [a tension inilWe at ± 1% de la ir4quenoe initiale. Ap'ès 2 heures do stabilisation. Gamma txe. entre 10 0/6 at 100% de [a pierne échet]e (t 120 %4 Avec une réso[ution do 6112 chiffres. Los mosures sent elf ectuées suivani [as pratçues aeptées on métrologie.

Fonction Gamma 131 Fróquence

Tension 100.0000rnV 3Hz-5Hz efficaceCA 5 Hz- lOHz, vrale 1014z-2OkHz

[ 4 1 20 kHz -50kHz 50 kHz -100 kHz lOO kHz -300kHz 161

1.000000V 3Hz-5Hz A 5Hz-iOHz

750.000V lOHz-2OkHz 2OkHz-5OkHz SOkHz - lOOkHz 15 100 kHz-300 kHz [6]

Courant 1.000000A 3Hz-5Hz efficaceCA 5Hz-10Hz vaJ 1OHz-5kHz 141

3.00000A 3Hz-5Hz 5 Hz- 10 Hz 10Hz -.5 kHz

Eursupplêmentilre an bass. frëquence (S do Is muwe)

FIILreCA Fréquence Lent Moyen 10Hz-20Hz 0 0.74 2OHz-4OHz 0 0.22 40Hz-100Hz 0 0,06 lOOHz-200Hz 0 0.01 200Hz-lkHz 0 0 >1kHz 0 0

Pricislon 6o translert on sinusoidal (typiqu.) Frequ.nce Emur(%delagame) lOHz-5OkHz 0.0020/9

50 kHz - 300 kHz 0.005%

127

Caractéristiques CA

Caracteristiques de mesure Rejection du bruit do mesur. 8 CMRRCA 70dB

Tension elticace CA vraie Méthode do mesure Efficace vraie acouplage CA: mesure la

composante cade entrée avec 400 Vec de polarisation maximale sur toutes les gammas

Facteur do crite 5:1 maximum a ploine echelle

Bande passante du filtre CA: lent 3Hz-300kHz moyen 2OHz-300kHz rapde 200Hz-300kHz

Impedance dentrée I MCI ± 2% an paral101e avec 100 pF Protection dentrée 750 V off sur toutes los gammas

Courint off Icace CA Yral Méthoce do mesure Coupiage direct au fusible at ala dénvation:

mecure efficace vraie âcouolage CA (no mesure quo la cemposante ca)

Résistance do derivation 0,1 fl pour los gammas I A at 3 A Chute do tension Gamma 1 A:<1 Veff

Gamma 3A:2Voff Protection d'entrée Fusible accessible do 3& 250 V : fusible

inteme do 7A. 260 V

Cons idératlons sur Is stabilisation On signal >300 V elf (ou> 1 A off) provoque un échauffement des composants do cortditionnement du signal. Ces erreurs sent comprises dans les spéciftcations do rappareil. Pour los gammes de tension ca falble, los variations do temperature intemo dues a l'échauffement peuvent provoquer une erreur supplémentaire. Cette erreur supplémentaire est inférleure a 0,020/6 do la mesure et so dissipe généralement on quelques minutes.

Caractéristiquesde tonctionnement ji Fonction Chiltres Mesures/s Filtro CA Tension CC, courant 51/t 7 slrnesure lent CC at résistance 6 11/2 1 moyen

6 1/t 1.6 1101 rapide 61/2 10 rapide 6 1/2 501111 rapide

Vitessesdusysteme[11 1112) Changement de fonction ou do gamma 5/s Selection automatique do gam me <0.8 S

Mesures ASCII vers RS-232 50/s Mesures ASCII vers Hp-IS 50/s Vitesso do déclenchement intarne maximalo 50/s Vdessede d&londementexne maximale vers mai:are 50/s

FlS-2Y- 50/s

[1] Specifications correspondant a I heure do stabilisation a 61,t dirifiros, filtre CA lent, entrée sinusoidale.

[2) Rolatif aux normes détalonnage. [3) 20% do dépassement do gamma pour toutes los gammas saul 750

Vca. 3k (4) Specifications pour une entrée sinusodale >5% data gamma. Pour

urle entree comprise entre 1% at 5% do Ia gamma at <50 kHz, a(outar une erreur supplémentaire do 0,1% do la gamma. Entre 50kHz at 100 kHz, ajouter 0,13% do Iia gamma.

(5) Gamma 750 Vca Iimitée a 100 kHz ou a 8x107 Volt.Hz. [6) Généralement 30%de lerreur do mesure a 1 MHz.

[71 Pour los fréquencas inléneuras a 100 Hz, fihtre CA lent spéciflé seulement pour une entrée sinusoldale.

[8) Pour un dese uilibre del kcl dens to flu LO. [9) Vitasses do mesure maximales pour uno erreur supplémentaire do pea

ca de 0,01%. Un délai do stabilisation supplementaire est nécessaire orsqua a niveau code entrée vane.

1101 Pour un déclenchement externe ou un fonctionnernent a distance avec Ia délai do stabilisation par défaut (délai autornatique),

(11) Limite utile maximale avec les délais de stabilisation par défaut désactivés.

[12) Vitesses pour 4½ chill res, délal 0, afficheur dOsactivé, filtre CA rapide.

128

Caracteristiques de trequence et de pérlode

Caractéristiques de frequence et de période

Specifications de precision ±(% do Ia mesure ) [1

I Co&tticlent d. 24 ttaures [2] 9010w2 Ian tempáratur.

Fortctlon Gamm8[3] Fréquence 23C ±1C 23C± 5C 23C±5C 0C-18C I 28C-55'C

Fróqu.nce lOOmV 3Hz-5Hz P6rlod.141 4 5 Hz- lOHz

750V lOHz-4OHz 40 Hz - 300 kHz

Err; suppámerdaIre in baui fséqu.nci (% di a n*sur) 141

0.10 0.10 0.05 0.05 0.03 0.03 0.006 0.01

0.10 0.005 0.06 0.005 0.03 0.001 0,01 1 0,001

4½ 012 0.17 0.2

0.21 0.21 0.07 002

Conditions; Su* 10 minutes el±05'C. A± 10% do Is valour initiate. Aprés 2 heures de stabilisation. Pour des an'ées1 kHzet>lOOmV. Avec une resolution do 6 1.42 diffres, mode lent (1 seconde do tamps dopone). Las mesures sont etfectuées suivwl les pratiques acceptéss en métrologie.

Fróqunc. 3 pa- 5Hz 5 Hz- *Hz 10Fa-AO Hz 4OHz-lOOHz 100 Hz-300Hz 300 NZ -I kHz

I kHz Pr4clalon di t anofirt (typlque)

0,0005% do Is mosura

6½ 0 0 0 0 0 0 0

Resolution 5½ 0.12 0.17 U.2 0.06 0.03 0.01

0

Caracteristiques de mesure

Méthode de mesure Technique do comptage redproque: couplage CA do I'entrée p& Ia ionction do mesure de tension ca

Gammas do tension De 100 mV elf plains échee 4750 V eti: selection automatue ou manuelle

Temps lO ms, lOOmsouls

Considiratlons our Is stabUsatlon line ersur se produit an cas do mesure do fruence cu de périocle juste aprés urte variation do la composante code Ientrée. Pour obtenir la meitleure precision possible, it est nécessaire do laissor to circuit RC do blocage d'entrée so stabiliser (jusqu'à 1 seconde).

ConsldratIons our tie natures Tous lee compteurs de tréquence sent suiets 4 erreur laraquits mesurent des paths signaux bases fruence. Pour minimiser las arraurs de mesure, il est indispensable de blinder tee enées afin d'éviter las bruits extemes.

Caractéristiques de fonctlonnement Is Fonctton Chittras M.sures/s Nuance at pérode 6½ 1

5½ 9.8 4½ 80

Vttesses do système 15 Vitesse do configuration 141s Selection aumatique do gamma <0.6s Mesures ASCII vers RS-232 55/s Mesures ASCII vers HP-8 80/s Vitesse do déclenchernent inteme maximate 80/s Wasse do Mm maximals ws m6mare 80/s Vitessededéclenthementexteme maximala vers 80/s HP•IB ouRS-232

[1] Specifications correspondarit 41 heure do st.abiilsation 46½ chires. [21 Ralatifaux normes d'étalonnage.

1] 2fJ do dépossement do gamma pour toutes los gammas sauf 750 Vca. [] Entrée > 100 mV.

Pour une entrée do 10 mV, multiplier I'orreur en % do la mesure par 10. 51 Vitesses pour 4½chiftres, délai 0, afuicteur désactivé, fihireCA raplde

129

Selection de gamme

Selection de gamme Vous pouvez opter, soit pour la selection automatique de garnme, et dans ce cas le multimétre choisit automatiquement la gamme de mesure, soit pour la selection manuelle et choisir alors vous-même la gamme.

F- RAuI j

rrrrr 4-wwrzPwR'

^

Passagede Iasectn aubma1kue ä la éectc manuele, etinversernari

L'kideur Wn est a&mé en cas de séedbn amuel le

• La selection automatique de garnrne est active ala mise sans tension ou après une re-initialisation effectuée par l'intermédi airs de l'interface distante.

• Seuils de selection autornatique: Gamme inférieure a 10% de la gamme Gamine supérieure a 120% de la gamme

• Si l'amplitude du signal d'entrée est supérieure a ce que la gamme courante peut mesurer, le multimètre affiche une indication de surcharge ("OVLD").

• Lors des mesures de fréquence et de période a partir de la face avant, la selection de gamme est fonction de la tension d'entrée du signal, et non de la fréquence.

• La gamme correspondant aux tests de continuité (1 k12) et de diode (1 Vcc) est fIxe.

Le mode de selection de gamme ne s'applique qu'd la fonction choisie. Vous pouvez done choisir la méthode de selection de gamme (automatique ou manuelle) independamment pour chaque fonct ion. En cas de selection manuelle, Ia gamrne sélectionnée pour une forzction donnée ne s'applique qu'd cette fonction ; lorsque vous changez de fonet ion, le multirnètre conserve Ia gamme choisie pour chacune des fonctions.

130

Calcul de I'erreur de mesure totale

Cakul de l'erreur de mesure totale Chaque specification comprend des facteurs de correction qui tiennent compte des erreurs dues aux limitations fonctionnelles du multimétre. Cette section décrit ces erreurs et montre comment en tenir compte darts vos mesures. Pour mieux comprendre la terminologie utilisée et pour savoir comment interpreter les caractéristiques du multimètre, reportez-vous a la section "Interpretation des caractéristiques du multimètre" a la page 219.

Les specifications de precision du multimètre sont exprimées sous la forme : (% de la mesure + % de la gamme ). En plus de l'erreur de mesure et de l'erreur de gamme, vous aurez peut-ëtre a ajouter des erreurs supplémentaires correspondant a certaines conditions d'utilisation. Pour vous assurer que vous tenez bien compte de toutes les erreurs de mesure pour tine fonction donnée, reportez-vous a la liste ci-dessous. Par ailleurs, assurez-vous de bien respecter les conditions décrites en bas des pages de caractéristiques.

• Si vous utilisez le multimètre en dehors de la plage de temperature 23C±5C spècifiée, vous devez appliquer tine erreur supplémentaire de coefficient de temperature.

• Pour les mesures de tension cc, de courant cc et de résistance, vous aurez peut-être a appliquer une erreur supplémentaire de vitesse de lecture on de regiage automatique de zero desactivé.

• Pour les mesures de tension ca et de courant Ca, vous aurez peut-être a appliquer une erreur supplémentaire de ba.sse fréquelw2 ou de flicteur de crete.

L'erreur "% de la mesure" L'erreur de mesure sert a compenser les incertitudes provoquées par la fonction et la gamme sélectionnées, ainsi que par le niveau du signal d'entrée. Elle vane suivant le nivean d'entrée darts la gainme choisie. Cette erreur s'exprime en pourcentage de la valeur mesurée. Le tableau suivant fournit l'erreur de rnesure a partir des specifications de precision sur 24 heures pour les mesures de tension cc.

Errour de mesure Erreur de =sure

Gamme Niveau d'entrée (% de la mesure) on volts

lOVdc lOVcc 0.0015 :5150iV lOVdc lVcc 0.0015 :515jiV lOVdc 0.1Vcc 0.0015 :51.5 lxV

131

Calcul de rerreur de mesure totale

L'erreur "% de La gamme" L'erreur de gamme sert a compenser les incertitudes provoquées par la fonction et la gamme sélectionnées. II s'agit d'une erreur constante qui s'exprime sous la forme d'im pourcentage de la gamme ; elle est indépendante du niveau du signal d'entrée. Le tableau su.ivant fournit l'erreur de gainme a partir des specifications de precision sur 24 heures pour les mesures de tension cc.

Erreur de gamrne Erreur de gamma

Gamma Niveau d'entrée (% de la gamma) an volts

lOVdc lOVcc 0.0004 540jiV 10 Vdc 1 Vcc 0.0004 540 l.LV lOVdc 0.1 Vcc 0.0004 :540iV

Erreur de mesure totale Pour caiculer l'erreur de rnesure totale, ajoutez simpiement l'erreur de mesure et l'erreur de gamme. Vous pouvez ensuite convertir la valeur obtenue en wi "pourcentage du signal d'entrée" ou en "ppm (parties par million) du signal d'entrCe", comme indiqué ci-dessous.

Erreur de mesure tot.ale Erreur en % de l'entrée = x 100 Nivesu du signal d'entree

Erreur en ppm de l Erreur de mesure totale'entrée = x 1 000 000 Niveau du signal dentree

Exene deneur Supposons qu'un signal de 5 Vcc soit appliqué a l'entrée du multimètre sur la gamme 10 Vec. Calculons l'erreur de mesure totale a l'aide des specifications de precision sur 90 jours: ±(0,0020% de la mesure + 0,0005% de la, gamme).

Erreur de mesure = 0.0020% x 5Vdc = 1000

Erreur de gamme = 0.0005% x lOVdc = 50p.V

Erreur totale = 100 l.LV + 50 l.LV = ± 150 iv = ± 0.0030% de 5 Vdc = ±30ppmde5Vdc

132

Interpretation des caracteristiqueS du muitimètre

Interpretation des caractéristiques du multimètre Cette section est destinée a vous permettre de mieux comprendre Ia terininologie utilisée et vous aidera a interpreter les caractéristiques du multimètre.

Nombre de cbiffres et dépassement de gamme Le "nombre de chiffres" est la caractéristique la plus fondamentale et parfois la moms bien comprise d'un multimètre. Ii correspond au nombre maximum de "9" que le muitimètre peut inesurer ou afflcher. Ces chiffres sont les chiffres pleins. La plupart des muitimètres ont la possibilité d'effectuer un dépassement de gamme et d'ajouter tin chiffre partiel ou "½" chiffre supplémentaire.

Par exemple, le HP 14401A est capable de mesurer, sur la gamme 10 V, 9,99999 Vcc, ce gui correspond a une resolution de six chiffres pleins. II peut egalement, sur la méme gamme, effectuer tin dépassement de gamme et mesurer jusqu'à 12,00000 Vcc. fl s'agit alors d'une mesure a 61/2 chiffres avec 20% de dépassement de garnme.

La sensibilité est le niveau minimum que le multimètre eat capable de détecter pour une mesure donnée. Elle correspond a la capacité qu'à le muitimètre de répondre aux petites variations du niveau d'entrée. Par exempie, supposez que vous soyez en train d'examiner tin signal de 1 mVcc et que vous vouliez régler son niveau a ±1 'iV. Pour pouvoir détecter tin réglage aussi fin, le multimétre devra avoir une sensibilité d'au moms I j.V. Vous pourriez utiliser tin multimétre a 6 3/2 chiffres, a condition qu'il possède une gamme de 1 Vcc ou inférieure. Vous pourriez egalement utiliser tin multimètre a 4½ chiffres muni dune gamme de 10 mVcc.

Pour les mesures de tension ca et de courant ca, notez que la plus petite valeur mesurable difThre de la sensibilité. Sur le HP 34401A, ces fonctions sont conçues pour pouvoir effectuer des mesures a partir de 1% de la gamme sélectionnée. Par exemple, sur la gamme 100 mV, le multimètre peut effectuer des mesures a partir de 1 mV.

133

Interpretation des caracterisfiques du multimétre

Resolution

La resolution, pour une gamme donnée, est le rapport de Ia plus grande valeur affichable a la plus petite valeur affichable. Elle s'exprime souvent sous forme de pourcentage, de ppm (parties par million), de nombre d'unités ou de bits. Par exemple, un muitimètre a 6½ chiffres supportant 20% de dépassement de gamme dispose de 1200 000 unites de resolution pour afficher les niesures. Ceci correspond a environ 0,0001% (1 ppm) de la pleine échelle ou. 21 bits (en incluant le bit de signe) de resolution. Ces quatre caractéristiques sont équivalentes.

Precision La precision est une mesure de I" 4exactitude" avec iaquelle l'incertitude de mesure du multimètre peut être déterminee, relativement a la référence d'etalonnage utilisée. La precision absolue comprend la precision relative du muitimètre plus l'erreur connue de 1a référence d'etalonnage par rapport aux étalons en vigueur (tefles que ceux du U.S. National Institute of Standards and Technology). Pour avoir du sens, les specifications de precision doivent être accompagriées des conditions dans lesquelles efles s'appliquent. Ces conditions doivent inclure la temperature, l'humidité et la durée. II n'existe pas de convention standard parmi les constructeurs de multimètres en ce qui concerne la fiabilitd des specifications fournies. Le tableau ci-dessous montre la probabilité de non respect d'une spécificat ion donnée suivant différents critCres.

Critère de Pro babilité de specification non respect

Moyenne ± 2 sigma 4.5% Moyenne ±3 sigma 0.3% Moyenne ± 4 sigma 0.006%

Pour une specification donnée, les variations de performance d'une mesure a l'autre et d'un appareil a Fautre diminuent lorsque le nombre de sigma (écart type) augmente. Cela signifie qua, pour une specification de precision donnée, ii est possible d'obtenir une precision réelle plus ou moms grande. Le HP 34401A est conçu et testC pour fournir des performances supérieures a la moyenne ± 4 sigma des specifications de precision annoncées.

134

nterprétatIOfl des caracteriSuqUeS du multimétre

Precision de transfert La precision de transfert caractérise l'erreur qu'introduit le inultimètre par le bruit et la derive a court terme. Cette erreur fait son apparition lorsque vous comparez deux signaux presque égaux pour pouvoir "transférer" la precision connue dun circuit vers un autre circuit.

Precision sur 24 heures La precision stir 24 heures traduit la precision relative du multimètre sur l'ensemble d'une gamme pendant une courte durée at dans tin environnement stable. La precision a court terme est generalement spéciflée pour tine periode de 24 heures et pour une plage de temperature de ±1C.

Precision sur 90 jours et sur 1 an

Ces précisions a long terme sont définies pour une plage de temperature de 23C ± 5'C. Elles comprennent les erreurs d'etalonnage initiales et les erreurs de derive a long terme du multimètre.

Coefficients de temperature La precision est generalement spCcifiée pour une plage de temperature de 23C ± 5C, qui correspond a de nombreux environnements de fonctionnement. Si vous utilisez Ic multimètre en dehors de cette plage, vous devez ajou.ter a la precision de base tine erreur supplementaire de coefficient de temperature.

Configuration des mesures pour la meilleure precision possible

Les configurations de rnesure présentées ci-dessous supposent qua le rnultimètre est dans son état de mise sous tension ou de r6-initialisation.. Elles supposent également que la selection de gainme s'effectue manueliernent afln d'assurer au mieux la pleine écheiie.

Mesures de tension CC, de courant CC et de résistance:

• Fixez la resolution a 6 chiffres (pour mieu.x éliminer le bruit, vous pouvez utiliser le mode lent a 6 chiffres).

• Pour obtenir la meilleure precision possible sur les rnesures "le tension cc, réglez la résistance d'entrée stir 10 G (pour les gammas 100 mV, iVet 1O V).

• Pour obtenir la meilleure precision possible sur les rnesures de résistance, utilisez la mesure en 4 fils.

• Pour les mesures de résistance en 2 flls et lea mesures de tension cc, utilisez la fonction mathématique de mesure relative: elle perrnet d'annuler la résistance des fils dana las mesures de résistance et de supprimer le décalage d'interconnexion dana las mesures de tension cc.

Mesures de tension CA et de courant CA:

• Fixez la resolution a 6 chiffres. • Sélectionnez le filtre ca lent (3 Hz a 300 kHz).

Mesures de frequence et de période:

Fixez la resolution a 6 chiffres. 135

PHILIPS M ultimeter S PM2525/.3/...

PI1IL$p

•

2.1

INTRODUCTION

Le PM2525 présente une DMM complete avec les fonctians standard de mesure que on doit attencr appareit de mesure dusage gériéral. Lappareil pourvu dune série de forctions uniques supplémentaires e tout a fait indiqué pour la mesure des circuits riumériques de microprocesseur.

EXEMPLE: Queue mesure peut-on rCaUser sur Is signal suivant sans interchanger le branchement aes cordons de rnesure.

0 ST5226

Vr = +5V dBV - = +16.2dB Remarques: LesfonctionsV — elHz V-. elf = 2.5 V dB V-. = + 10.1 dB permettent également de V elf = 5.5 V dB V = + 17.0 dB travailter en mode haute Vc+ = +7.5 V s s ç = I ms resolution Vcc = 5 V s ..r -t. = 0.5 ms - La fonction ZERO permet

s - s = 0.5 ms dutiliser des dônnées Hz = 1 kHz s i.. L = 1 ms mesurées comme référence

relative.

kHz -

0 +5V = +16.2dB

V- = 2.5V = +10.1dB

1ms, ST5236 V = 5.5 V = + 17.0 dB

Les fonctions de mesure qua lion pout réahser avec le PM2525 sont les suivantes:

Fonction Resolution Gamme maximate Precision maximale

V (HI-res. HI-speed) I UV 1000 V 0.02%

V— aft 10 ,UV 1000 V 0.2%

V (couplage CC) eft lOiN 1000 V 0.2%

Vcréte 1 mV 1000 V 1.0 % 100 p 10A 0.1%

I— 100 p 1OA 0.4%

A (2-fUs) 10 mohm 200 Mohm 0.1 %

A (4-fils) 10 mohm 2 Mohm 0,1 %

Hz (HI-res.) 0.1 Hz 20 MHz 0.01 %

Capacité 1 pF 200 pF 1.0 % 2000/iF 10°/a

Temps 10 Ps 105 s 0.01 % Temperature 0.1°C —100...+850°C 0.3 % Diode 100 PVCC 2 V — dB (V 0.1 dB —77... +62 dB comma V dB (V—) 0.1 dB —51... +59 dB comma V- Référence relative

La selection des cammes seffectue de façon soit manueUe soit automaique. L'affichage des grandeurs mesurées est réalisé stir le PM2525 par toute uric sCrie de possibUtCs. Ce sont: - tin grand nombre de messages dincicaion

- indication do mesure par "bargraph' pour évakiatior orése do a variation.

2,2 CHAAACThRiSTIQUES

Rernerquos gCéra!es:

1. Points do specification indques par so rCfèrert sux PM25251?5.. et -/61 seuement. 2. Ces caracteristiqucs décrivent les points do spéciflcaion cc chevauchnt ccc versions PM2525/0 -12.

15. -IS... -17...

2.2.1 Caractéristiques de sécurité

Get appareil a été concu at testé conformCment aux normes do sCcurité classe 2 des publications GEl 346, "Régles de sécurité pour las appareils de mesure Clectroriiques", at CSA 556B, at a été Iivré an état de fonctionner an toute sécurité.

REMARQUE: P14252510-12.. classe de sécurité 2 PM252515. .16. .17.. classe de sécurifé 1

La present manuel contient des informations at des avertissemerits quil faut respecter pour assurer Ia sécurité de fonctionnement at maintenir linstrument an bon état.

Get instrument: • satisfait aux exigences de la Directive du Conseil de la C.E.E. no.73/23 GEE du fait qu'il est conforme a Ia

publication GEl 348. - est homologué par la Canadian Standards Association. - est homologué par rinstitut Indépendant Allemarid de Test at dRomologation VDE (at a été testa

conformément a la norma VDE 0411, partie 1).

2.22 Performances

- Las caractéristiques exprimées an valeurs numériques, ainsi qua las tolerances sont garanties par Philips. Les valeurs numériques spécifiées sans tolerances sont [as valeurs nominales qua Ion petit attendre dune gamme d'instruments identiques.

- Les présentes specifications soot valables des 1 heure aprés mise art circuit.

137

2.2.3 Mesure des tensions continues (Vrr)

GAMMES RESOLUTION PRECISION COEFF. DE TEMP. IMPEDANCE ENTREE

HAUTE NORMALE HAUTE j%mes %gamme j%mesl°C D'ENTREE MAX RESOLUTION VITESSE

200 mV I av 10 pV 100 pV Vitesse I + 2 20 M0//50 pF

2 V 10 tV 100 pV I mV 0.02 0.01 20 MQ/I50 pF HILO 1000 VeIl

20 V lOOpy i mV 10 mV 0.002 11 MQ/180 pF HI-Earth 1000 VeIl

200 V 1 mV 10 mV 100 mV Vitesse 3 10 M)1190 pF LO.Earth 250 VeIl

2000 V 10 mV 100 mV 1 V 0.15 0.1 10 MczI190 pF

* Tension max dentrée 1000 V

Valeur max produit VHz 101 Tension CM max 250 Veff 350 V cete

Capacité daffichage : an mode normal 21000 Temps de réponse

haute resolution . 210000 (seconds) rvjtesse

haute vitesse 2100 L i 1 2 1 3 Courant d'oflset entrée : <20pA

0.2 0.8J 5 sans changement de gammel Taux de r6j3cti0n an : >80 dB pour signaux do _____________________________________ mode Serb (SMRR) 50 Hz ± 0,1 [1.5 6 avec changement de gamme1

>60 dB pour signaux de 50 Hz ± i O/o Régiage du zero : automatique

Signal SMAR max 2x gamme saul Derive du zero :0... +35°C 2pV/°C

gamma de2000V +35... +450 C10uV/°C

Taux de rejection an >120 dB pour signaux an cc Tension dentrée max : Haut-Bas 1000 Veff

mode commun (CMRR) >120 dB pour signaux Haut-terra 1000 Veff

50 i-Ia ± 0.1 0/0 1 Bas-terre 250 Veff

2.2.4 Mesure de dB en position tension continue (V)

GAMMESI RESOLUTION PRECSION COEFF.DE TEMP. IMPEDANCE REFERENCE R.

± dB!°C O'ENTREE

-77.. 0.1 dB >1 mV >SmVVitosse Vitesse 1+2 ±0.ldi >5mV 0.02 0..1.8V 2OMC^l/5OpF Initial 600cl + 82.2 1 dB <1 mV >0.5 mV;<5 mV Vitesse 1+2 jI dB 1.8.18 V 11 MQJ/80 pF programmable

<5 mV Vitesse 3 ± 0.4 d 28 V.800 V 10 MOII9O pF entre

F______ 1 0.0001 and 9999

Rétérence 0dB Nombre de chiflres Significatifs Charge trop faible (UL) Charge trop forte (OL)

1 mW Rref 600 Cl 999 >1 mV 99<1 mV

<0.1 mV

>1000 V

Taux de rejection an : >120 dB an continu mode commun (CMRR) >120 dB pour 50 Hz 0.1 % Temps de réponse : 1.5 S

139

.2.5 Mesure de tensions alternatives (V n", V'')

GAMMES RESOLUTION PRECISION (entre 3 %-100 %) Precision suppl. composante Impedance d'entrée

NORMAL ± % mes ± % garnme Fréquences ± % rnes ± % gamme continue

200 mV lOpV 0.6 02 20 Hz - 40 Hz 200 mV 20 MCV/50 pF

0.2 0.1 40 HZ 100 HZ

2 V 100 PV 0.8 0.2 100 Hz 20 kHz 0.2 0.1 2 V 20 M01/50 pF

20 V I mV 2.5 0.5 20 kHz 50 kHz 20 V 11 MOJ180 pF

200 V 10 my 4.0 0.5 50 kHz - 100 (Hz 200 V 10 MQJI90 pF

2000 V100 mV 0.6 0.2 20 Hz 40 Hz 2000 V 10 MfI190 pF

0.2 0.1 40 Hz 70 Hz

* <1 % correspond a I'affichage zero. Resolution en mode haute vitesse est 100 MV & la gamme 200 mV.

Coefficient de temperature Taux de rejection an mode commun Composante continue tolérée sur signal alt. saris erreur Tension d'entrée max.

(±0,025% mes

Temps de réponse

1.5 s sans changement de + 0,005 % gamme)/°C

gamme

>120 dB en continu

3 $ avec changement de >60 dB on alternatif 50 Hz

gamma Dètecteur de signal

valeur eh. vraie altematif

25 x gamma Facteur de crete 2.pleine échelle augmentant au Haut-bas 750 Veff. bas de l'échefle par 2 x pleine Haut-terre 750 Veff. échelle/Iecture Bas-terre 250 Vefl. Valeur max produitVHz: 10

Valeur affichable max en mode normal 21000 - * haute vitesse 2100

6 Mesure de dB dans les gammas de tension alternatives (V, V')

---------- _ GAMME RESOLUTION PRECISION PRECISION SUPPLEMENTAIRE

CONTINUE

-51.7... 0.1 dB -42.2 dB... -32.6dB 20 Hz ... 20 kHz ±0.8 cis + 59.7dB - 32.6 dB... + 48.2 dB 20 Hz... 20 kHz 0.4 dB ± 0.2 dB F -32.6 dB.,. +48.2 dB 20 kHz...100 kHz ± I dB

impedance d'entrée

Charge trop faible (UL)

Résistance de référence

Taux de rejection an mode commun (CMRR) RCférence 0dB

O..1.8 V 20 Mca//50 pF 1.8 V...18 V 11 MW180 pF >18V I0MQ/190pF valeur mesurée <2 mV

Initial 600 Q Programmable entre 0,0001 at 9999 >120 dB en continu >60 dB an aiternatif 50 Hz ± 1 % 1 mW, R ref 600 Q mit

Coefficient de temperature Temps de réponse Détecteur en aiternatit Facteur de crete Tension entrée max voltage

Valeur affichable max Valour max produit VHz

± 0.02 dB/°C 3s Valeur efficace vraie

:2 Haut-Bas 750 Veff Haut-terre 750 Vet f Bas-terre 250 Veff 999 10

139

2.2.7 Mesure des pointes de tension Vp + (Vcréte +), Vp - (Vcrête-), Vpp(Vcrête-créte)

GAMMES RESOLUTION PRECISION COEFF. DE TEMP. MAXIMUM IMPEDANCE TEMPS DE RESPONSE

j% mes ± chitfres ±% gamme/C dV/dt O'ENTREE

2 V I mV 1 10 < 2VIs 20 MW/SO pF sans changement de gamma

20 V 10 my (CC + 20 Hz ... 20 kHz) 0.15 < 20VIs 11 MW/80 pF Vpp 1.5 sVp +1— is

200 V 100 mV 5 10 <200V0s 10 MW/90 pF avec changement de gamma

(20Hz... 100KHZ) Vpp5sVp +1— 2.5s

2000 V 1 V I I <0.5V/pS 10 MW190 pF

(CC + 20 Hz ... 60 Hz)

* Entrée max 850 Vcrête

Nombre do chiffres significatifs Composante continue relêvée sur signal crete sans erreur

2100 pour Vp+Np— I Tension dentrée max Haut-Bas 600 Veff 850 Vcc Haut-terre 600 Veff Bas-terre 250 Vet >120 dB en contirtu > 60 dB en alternatif 50Hz 10 500ms

• Vpp: 25x gamme •Vp+etVp—:Vs <2x gamme Taux de rejection

an mode commun (CMRA) Vaeur max produit VHz Temps de mesure

2.2.8 Mesure des courants continua (Am)

GMES RESOLUTION PRECISION COEFF. DE TEMPS. CHUTE DE 1 PROTECTION TEMPS DE

NORMAL ±%mes % gamma (±% moo j% gamme)/*C TENSION MESURE

1 uA 0.1 nA <2.5 mV 250 Volt

10 A 1 nA <2.5 mV 2.5 $ avec change-

AM

pA 10 nA Vitesse 2 <40 mV ____________ ment do to gamma

I mA 100 nA 0.1 0.05 0.01 0.005 <400 mV 0.8 S sans change-

10 mA I pA Vitessa 3" • <40 mV Fusible 630 mAF mOnt do Ia gamme

100 mA 10 pA 0.2 0.2 <400 mV 250 Veft

1A lOOpA <40mV NON PROTEGE

bA imA <400mV I j " Resolution en mode haute vitesse est 1 nA a la gamme 1 pA * Vitesse 3 programmable avec interface.

Tension dentree max

Nombre do chiffres signi.. ficatifs en mode normal haute vitesse

Haut•bas 250 Volt Haut-terre 250 Veff Bas-terre 250 Veff

11000 1100

Taux de rejection en mode: 250 Veff commun (CMRR) 350 Vcréte

140

2.2.9 Mesure des courants alternatits (Au)

GAMMES RESOLUTION PRECISION' COEFF,DE TEMPS. CHUTE DE PROTECTION

NORMAL ±% mes ± % garnme (± % mes ± /c gamme)/°C TENSION

1 jiA 0,1 nA 20Hz- 40Hz 0.6 0.2 <2.5 mV 250 VeIl

lOpA 1 nA 40Hz-200Hz 0.4 0.15 <2.5 mV

100 pA 10 nA 200Hz.50OHz 0.5 0.2 <40 mV

1 mA 100 nA <400 my

10 mA 1 pA 0.04 0.015 <40 mV Fusible 630 mAF

100 mA 10 pA <400 mV 250 Vefl

1 A 100 pA 20Hz- 40Hz 0.6 0.2 <40 mVNON PROTEGE

10 A 1 mA 40Hz-200Hz 0.4 0.15 <400 mV

200Hz-500Hz 2.0 1.0

* Entre 5 % et 100 % de la gamme La vaeur mesureé <2 % de la gamme correspond a 'affichage zero

* Resolution en mode haute vitesse est 1 nA a la gamme 1 jA

Facteur de crete 4 pleine échelle Tension max CM

Détecteur ca convertisseur eff couple en

alternatit Tension d'entrée max

Temps de réponse 1.5 S (sans changement de la

gamme) 3 s (avec changement de la

gamme)

Nombre de chiffres en mode normal 11000

significatifs ''haute vitesse 1100

2,2.10 Mesure de resistances (2W, 04W)

250 Veff

350 v crate

Haut-Bas 250 Vefi

Haut-terre 250 Veff

Bas-terre 250 Veff

GAMMES RESOLUTION PRECISION COEFF. DE TEMP. COURANT DE POI.RITE

02W 04W NORMAL % mss °b gamme (±% mes ±°° gamme)14 C MESURE BORNES D'ENTREE

200 0 200 0 10 MO Vilesse 2 1 mA

2 kG 2 kG 100 mO 0.1 0,05 0.01 0.005 1 mA

20 kG 20 kG 1 0 Vitesse 3'' 100 pA - sur haul

200 KG 200 k 100 0.15 0.15 lOpA + sur Sac

2 MG 2 MG 1000 Vitasse 2 1 pA

20 MO 1 kG 0.5 0.05 0.05 0.01 100 nA

Vitesse 3'

0.5 0.15

200 Mn 100 kG Vitesse 2 + 3' 10 nA

3 1 0.5 0.1

* Par 'entrée sonde (PROBE) * Resolution en mode haute vitesse est 100 mc2 a Ia gamme 200 Q. * * *Vitesse 3 programmable avec interface

normal ''vitesse Protection 250 Vefl

Nombre de chiffres 200 ..20 MO 21000 2100 Tension dentrée max Haut-Bas 250 Veff

Significatits 200 MO 2100 210 Haut-terre 250 Veff

Tension dentree : 4V max. Bas-terre 250 Veff

Resistance maximum d.s'. 20

Temps de réponse Gamme Changement de gamme

sans avec

200 0

2 k 0.8s 2.5s

20 kG

200 kG

2 M 2s 3.5s

20 MG

200MG 9s 10$

conducteurs en configuration

Quadrifilaire

2.2.11 Mesure de diodes (*-)

GAMME COURANT DE RESOLUTION POLARITE A TEMPS DE TENSION CAPACITE

MESURE L'ENTREE REPONSE D'ENTREE MAX. DAFFICHAGE MAX

2000.0 mV 1 mA 0.1 mV - sur niveau haut 0.8 s sans Haul-Gas 250 Veff 20000 points

+ sur niveau baa changement Maul-terre 250 VeIl

de gamme Gas-terre 250 Volt

CONITROLE DE CONTINUITE (CONT i)

F

RONFLEURCOURANT GE COURT CIRCUIT ISOLATION TEMPS DE

MESURE REPONSE

ImA son émis >100 silence <0.15 s . 0...100

2.2.12 Mesure des capacites (F)

GAMMES RESOLUTION PRECISION COEFF. GE TEMP. COURANT DE POLARITE

NORMAL ±/a mes ±% gamme (±% mes ±% gamme)/C MESURE BORNES DENTREE

20 nF 1 pF 1 0.1 0.1 0.01 100 nA

200 nF 10 pP 1 0,1 0.1 0.01 1/LA

2 pF 100 pF 1 01 0.1 0.01 10/IA - sw haul

20/IF I nF 1 0.1 0.1 0.01 100/IA + sur baa

200/IF 10 nF 1 0,1 0.1 0.01 1 mA

2000/IF 1/IF 10 0.1 1 0.1

Resolution en mode haute vitesse est 10 pF gamme 20 nF.

Capacité daffichage : Gamme 20 nF/200 iF 2000 iF Protection 250 VeIl

Mode normal 21000 2100 Tension dentrée max: Haut-Bas 250 Veff

* Haute vitesse 2100 - Haut-terro 250 VeIl

Tension dentrée max : <2,5 V Bas-terre 250 Veff

Temps de reponse : 1 a sans changement do gamme

1.5 a avec changement de gamme

142

MAX 20 MHz

Impedance dentrCc Mode Tension dentrée max

Sensibilité 10Hz .100Hz

100Hz ... 10MHz 10MHz,.. 20MHz

Affichage de mesure

1 0MW/5OpF alternatif Haut-Bas 250 Vet Haut-Terre 250 Veff Bas-Terre 250 Veff

1 Vcrète 250 rnVcrête 500 mVcréte

ry

.2.13 Mesure de temperatures (°C)

FGAMMES RESOLUTION PRECISION COURANT DE LINEARISATION TENSION MAX

NORMAL" ±%mes ± *C MESURE - SONDE

- 100... +850 C 0.1 OC 0.3 0.3 1 mA Caracteristique do Is Fonction de

sonde Iinéarisée selon sonde

DIN 43760

Sans sonde de temperature Pt-100 (PM9249) * * Resolution en mode haute vitesse 2 est 1 °C

CapacitO daffichage en mode normal 8500 Temps de réponse

0.5s haute vitesse 2 850 sans sonde

Coefficient de

(+0,03 % mes temperature + 0.03 0C)/0C

L2.14 Mesure de comptages de fréquence (Hz)

----- GAMMES RESOLUTION PRECISION COEFF. TEMP. CONVERSION CAPACITE DAFFICHAGE

HIe.PES NORMALE ±% mes ±garnmne ±°/o rnes/*C DECOMPTAGE MAX (POINTS)

Hte.RES NORMALE

10 kHz 0.1 Hz 1 Hz

100 kHz 1HZ 10 H_

1 MHz 10 Hz 100 Hz 0.01 2 0.001 1 001W/s. 100000 10000

10 MHz 100 Hz 1 kHz

100 MHz 1 kHz 10 kHz 20000 2000

Vaieur max produit 10 VHz >5V

Temps de réponse mode normal sans changemerit de gamma

1.5s gamme 10 kHz 0.3 s gamme >10 kHz

avec changement de gamme 0.5 s gamma >10 kHz

mode resolution haute sans changement de gamme

2.5 $ gamme >10 kHz avec changement de gamme

3 S gamme >10 kHz 13 s gamme 10 kHz

143

2.2.15 Mesure intervalles do temps (s)

FGAMMES RESOLUTION PRECISION TEMPS ENTRE SEUIL DE PRODUIT

± % mes 2 MESURES DECL. V. Hz MAX

is lOps

lOs lOOpz

100 S 1 ms 0.01 30 as <+ 1 V lO

l000s lOms

l0000s lOOms

100000s is

Général

Capacité affichable max Déclenchement

Arrét

Coefficient do temperature

99999 points sur front montant ou descendant du seuil de déclenchernerit. Selection par touche s sur front moritant ou descendant du seuU déclenchement. Selection par touche s +0.001% de mesuref°C

haut-bas 250 V haut-terre 250 V bas-terre 250 V - par touche avec sonde

PM9267 t stockage de résultats

- par impulsion de stop - es mesures précédentes

restent affichées au moms 500 miUlsecondos

- afficheur rCactualisé au passage du stop rafficheur fonctionne 10 secondes apres un debut do comptaçje juscu'au Stop

Lorsque l'irteralle de temps est supériour a 10 secondes le bip intermittent so dOclenche au moment du stop. L'iridax du bargraph so dCplace pour signaler a mesure en cours

Tension d'eritrée maximum

Remise a zero

c. Minimum/Maximum

d. dBm

s'obtient a 'aide do la touche ZERO. Les valeurs de référence relatives sortt entrées manuellement ou au moyen dun signal de mesure. La touche RCL permet de rappeler les valeurs de référence relatives, stockées en mémoire. La fonction référence relative est valable pour toutes los fonctions de mesure sauf le contrôle de continuité (CONT iJ). Los mesures los plus élevées et les plus basses sont mémorisées et peuVent être affichées pour une tonction. La fonction min/max est valable sur toutes les fonctions principales.

afflchage = 20 log Vx Vx = valeur mesurée -

Vr Vr = valeur de référence

La fonction dBm est valable dans toutes les lonctions de tensions continues, alternatives ou mixtes Vr-, V'\', V

2.2.16 Fonctions de calcul

a. RCférence spéciale

144

?.2.17 Caractéristiques de conversion

Nature de la lin6aire conversion Principe de modulation delta fonctionnement Mode de fonction. declenchement a répétitiOn nement de base Selection de gamme : manuelle avec touche UP et

DOWN Gamme automatique en montant en descendant (100 % éch.) (9.5 % éch.) 2000 190 10000 950 20000 1900 200000 19000

Selection de la polarité : Automatique pour courants et tensions continues, pointes de tension, degrCs C, decibels, références spéciales

Affich age: nombre de chiffres : 5,5 - 4,5 4 - 3,5 salon la

fcnction et Is gamme choisie Capacité d'affichage 2100 salon la fonction en points : 11000 et la gamma

21000 choisie 210000

Types d'atfichage de la affichage a cristaux liquides mesure

En miroir Representation analogique simultanée par bargraph.

Affichage de la polarité

+ ou - ou sans polarité selon la quantité mesurée

Type d'affichage de la

Automatique virgule Aft ichage de la fonction

La fonction sélectionnée est indiquée sur lécran

Atfichage surcharge

OL s'affiche a I'écran Aftichage du dépasse- I a lécran ment facteur de crOte Affichage du mode : haute vitesse vitesse 3 mesure; normal vitesse 2

haute resolution vitesse 1

Remarque: Vitesse 3 seulement pour V versions -15. -/6.. aussi pour V", Q, F, Ar.,-,-, A. Vitesse 1 seulement pour V,- at Hz; versions -15.. -16. aussi pour ec.

Maintien de oarnme Par touche ALT /MAN Maintien de résultats : par sonde PM9267 DATA

HOLD PROBE

2.2.18 Décfertchement externe (seulement pour versions -/5.. et 46. -)

Temps de rCportse en secondes (dCclenchement simple, sans changernent de gamme).

FONCTIOF4

Vc+, Vc-

Vcc

A—.. r

oC

Hz

Hz

(

F

HSM (VITESSE 3) NM (V1TESSE 2) FIRM (VITESSE 1)

0,1 0.4 4

0.25 0.55 -

- 0,5 -

- 1.0 -

0.1 0.4 -

0.25 0.55 -

- 0.5 4.5

- 0.3 1.2 (Gamme 100 kHz ... 20 MHz)

- 1.5 11. (Gamrne 10 kHz)

0.1 - -

0.1 0.5 -.

0.2 0.5 -

145

2.3

2.3.1

2.3.2

CONDITIONS AMBIANTES

Généralités

Les caractéristiques de 'environnement dont II est question clans ce manuel ont pour source los résultats des

procedures de test du constructeur. Les details de ces procedures et Ies critères de défaut peuvent être fournis sur simple demande a la filiale nationale

Philips ou a PHILIPS, INDUSTRIAL AND ELECTRO ACOUSTICAL EQUIPMENT DIVISION, EINDHOVEN, Pays

Bas.

Los conditions d'utilisation tiennent compte de la norme IEC 359.

Conditions de fonctionnernent

Conditions climatiques

Conditions do temperature Temperature do référence Plage dutUisation Temperature limite de fonctionnement Temperature de stockage et de transport Plage de réglage

Humidité Référence

Plage de stockage et de transport Point de rosée max

Groupe 1 avec extension des limites de temperature

+23°C ±5°C 0°C... +40°C 0°C... +55°C

—40°C... +70°C

+ 21 ° C... + 25°C (seulemont a l'usine)

de 20 a 80 % HR sans condensation do 5 a 95 % HR

26°C

Conditions mecaniques

EMC emission Radiations electromagnétiques

Temps déchauffement

selon UN-D1639/03 elasse: sub classe 1

CISPR publ. 11 et 14 VDE871-B et 875-k solon VFG 1046/84

I heure pour atteindre Ia precision spécifiée

2.3.3 Conditons de Ialimentation secteur

S2 230 V + I % 230V + 12% —15%

lappareil peut étre modifié pour one tension secteur de 115 V

Tension secteur Groupe Valeur de référence Valour hmite tolérée

Remarque 1

Frequence secteur Référence Plage d'utilisatiori

Remarque I

Remarque 2

Interruption dalimentation secteur

Interruption <30 ms Interruption >30<500 ms

Interruption >500 ms

sans effet lappareit peut soit recommencer une mesure soit continuer lappareil recommence la mesure clans des conditions identiques lors du retour de l'atimentation secteur

JO.. 12VA 12. .15. .16. /7. 20VA

50 Hz ± 1 % 50 Hz ± 5 %

Le PM2525 peut Stre modifié pour une fréquence Puissance consommée secteur do 60 Hz La frequence du secteur peut influencer Ic taux de rejection en mode série Pour obtenir les mémes caractéristiques pour signaux de 60 Hz et de changer en tonction CHECK.

146

ETALONNAGE

Fréquence des étallon ages: 1 fois par an

2.5 DIVERS

Dimensions : Largeur x profondeur x hauteur 287x210x 86 mm (sans pieds) 287x210x 106 mm (avec pieds)

Masse : 2.5kg/0.. 3.5 kg /2.. /5.. /6.. 17..

Boltier : BAYBLEND KL 1441 /0.. /2. .; /5. /6. /7.. panneau arrière an acier

2.6 SECURITE

PM252510. .12.. Classe 2, selon CE1348 PM252515. A. /7.. Classe 1, selon CE1348

2.7 ACCESSOIRES

Accessoires tournis : cordons de mesure PM9266 (avec sondes) avec le PM2525 cordon secteur

fusibles de rechange: 2 x 630 mAF pour gammas do courant 1 x 630 mAT pour le secteur

Manuel d'utilisation

Accessoires an : PM921 0 Sonde de tension haute fréquence option PM9244 Shunt

PM9245 Transformateur de courant PM9246 Sonde EHT PM9249/01 Sonde de temperature Pt-100 PM9267/01 Sonde a stockage de résultat PM9101 Pistolet a courant PM9213 Sonde de tension haute fréquence PM9266 Cordons de mesure avec sondes PM9264/01 Cable a 4 fils Ohm PM9877/J Unite de Iinéarisation pour thermocouple PM9877/K Unite de Iinéarisation pour thermocouple PM2193 Etriers pour montage an rack (19")

147

Automatic LCR Me

GPIB Con.p4tib1e

148

INTRODUCTION

Automatic LCR Meter 4210 provides direct and accurate measurements on

inductors, capacitors and resistors at any of three alternative frequencies.

in addition to reading the major term (inductance L, capacitance C, or

resistance P), it can be switched to measure the resistive loss term of

inductors and capacitors, and any L or C term present with resistors.

The instrument selects the more appropriate presentation of results -

equivalent series or parallel components - but operators may select the

alternative form whenever required.

Automatic readout of the Q-factor of inductors is available, the 4210

computing the ratio of reactance to resistance. Similarly, the dissipation

factor D of capacitors can be read directly. An internal voltage is

available for polarisation of capacitors when required.

Range switching is automatic, with a Range Hold facility available and

manual range selection provided for. Users can also select either a

continuous (repetitive) mode of operation or single-shot measurements.

Open-circuit and short-circuit trimming are simply key-press operations

the appropriate corrections are established automatically, held in non-

volatile memory, and applied by the instrument before any value is

displayed.

Comprehensive facilities are provided for the binning of components,

by % deviation or by absolute value, with ten bins available for each method,

The selection process includes an initial check on the Q of inductors, or

the D factor of capacitors, in each case to an acceptable limit set by the

operator.

The 4210 has a General Purpose Interface Bus (GPIB) to the IEEE 488

Standard, allowing it to be used to drive a printer or to be remote-

controlled on all functions, for example as in an ATE installation. These

facilities are available in both measurement modes and in binning

applications, allowing easy build-up of records for statistical analysis.

Ease of operation is a feature of this instrument: users have no controls

149

to adjust. The two sets of spring-loaded jaws can be moved to suit the

size of component under test, they accept radial or axial leads, and

automatically make four-terminal connections to maintain 0.1% accuracy

over an extremely wide measurement range. A fifth terminal - guard

- is available for neutralising the effect of unwanted shunt impedances.

All functions are controlled, when manual intervention is needed, on the

clearly-annotated pressure-sensitive keypad. A bold LED display shows

numerical values (including any decimal point) and small LEDs indicate

the appropriate units such as mH, pF or k 2,. The display also provides

messages for helping operators whenever an incorrect key is pressed.

To cater for dependable measurements of transistor and diode junction

capacitances, the test signal level of only 250mV rms, from a 100-ohm

source, is constant on all ranges and for all types of component. The

instrument is generously protected against damage should pre-charged

capacitors be connected.

All L, C and R measurements can be displayed as absolute values or as

% deviation from a specified nominal value.

Kelvin Lead Adaptor type 1215 simplifies connections to larger components

not readily fitted to the spring-loaded jaws. A moulded box, designed to

fit into the connection pillars of the instrument, has two pairs of screened

leads terminated in Kelvin clips and a single lead terminated in a crocodile

clip for the Guard connection. Between them, they provide all facilities

for four-terminal measurements and in-situ tests.

Fixture Adaptor 1042 is simply the box alone from the 1215 just described.

It is available for those users 'Wishing to construct special-purpose connection

systems, using their own leads and terminations. Alternatively, the leads

provided on the type 1215 can be removed and the required alternative

leads substituted. Details of connections are described in the Lead Adaptor

section of this manual.

Please note that the EPROMs used in this instrument could lose data if

exposed to direct sunlight for 1 week or room level fluorescent lighting

for 3 years.

150

SPECIFICATION

MEASUREMENT FUNCTIONS

MEASUREMENT FREQUENCIES

CONNECTION

AUTOMATIC FUNCTIONS

CAPACITOR POLARISATION

IEEE INTERFACE

PARAMETER STORAGE

PROTECTION

L,C,R,Q,D, percentage deviation

and auto component mode.

100Hz, 1kHz, 10kHz (50Hz version).

120Hz,1.02kHz,10.2kHz (60Hz version).

Accuracy ±0.01%.

250rnV ±15mV from 1002.

Typically 650m Sec.

5 digit LED with decimal point plus

individual LEDs for units /multipliers.

4 terminal via integral test fixture.

Optional Lead Adaptor for specialised

measurements.

Auto range, with manual lock.

Series /Parallel equivalent circuit,

with manual override. Auto component

mode (R,L or C) with manual override.

Internal 2V supply, manually selected.

Inhibited on L,R and Auto.

Automatic compensation.

8 bins with percentage limits

8 bins with absolute limits

Reject and minor term reject bins.

i) automatic output of measurement

data.

ii) full remote control of all functions.

Binning limits and trim compensation

values are retained in a non-volatile

store during power off.

Fixture protected against connection

of charged capacitors

to 500V up to 2F

to SOV up to 5OrnF.

MEASUREMENT LEVEL

MEASUREMENT SPEED

DISPLAY

TRIMMING

BINNING

151

ACCURACY

Beyond the ranges shown accuracy degrades linearly (see graphs)

Resistance (0<0.1)

lOOHz/120Hz 0 to 50Okl ±0.1% ±1m2

lkRz 0 to lMcl ±0.1% ±1ml

10kHz 0 to 1M ±0.1% ±1m?

Resolution 0.1m1

Max Display 990M1

Capacitance (0<0.1)

lOOHz/12OHz 0 to 1600iF ±0.1% ± IpF

1kHz 0 to 160uF ±0.1% ± 0.1pF

10kHz 0 to 1.6iF ±0.1% ±0.O1pF

Resolution 0.O01pF

Max Display 990mF

Dissipation (U)

±0.001(1+D 2 )

±0 . 001( 1+02 )

±0.001(1+D 2 )

0.0001

9900

3.2nF to 1600ijF

160pF to 160iF

16pF to 1.6jF

Inductance (Q>10)

10OHz/12OHz 0 to 800H

!kHz 0 to 160H

10kHz 0 to 1.6H

Resolution Ink

Max Display 9900k

±0.1%

±0.1%

±0.1%

± 1iH

±Q,1iH

±0.01 ijH

O Factor

±o.1(Q+1/Q)%

0.0001

9900

1.6mH to 800H

160i.iH to 160k

16H to 1.6k

OPERATING CONDITIONS

Temperature Range

Storage -200C to +60

0C

(-4 ° F to 140° F)

Operation

00C to 600C

(32 0F to 122 0F)

For full accuracy

100C to 30

0C

(50°F to 860F)

Power Supply

115/230V ±10%, 50/60Hz

Overall Dimensions

400 x 270 x 150nr (16 x 11 x 6in).

Weight

3.8kg (8.71b)

In step with rapidly developing technology the Company is continually improving its

products and therefore reserves the right at any time to alter specifications or designs

without prior notice.

152

zi

ACCURJ

C 100..' 0,.. I." 0C' I0,' voo,, I,, Itn,,

oo/I CPACMCE

oI

_, 001." l0..' J.. r IOO$ l0.$ 0,F MW 10F 1*F

1. H,

.' 00.'." 30, 3 ,' 3O0.0 lO,. 10 IDDPI IOpF tp 300 3

loo

I0

0,0' 1I ¶00H ,0 - u'..' 0..' 30w." 3.'H COn" 30"

153

and HP 54601A Oscilloscopes

154

Performance Characteristics

The performance characteristics describe the typical performance of the oscilloscope. You will notice that some of the characteristics are marked as tested, these are values that you can verify with the performance tests under "Verifying Oscilloscope Performance," on page 65.

Vertical System

All channels

Bandwidth': dc to 100 MHz —3 dB ac coupled, 10 Hz to 100 MHz —3 dB

Rise time: 3.5 xis (calculated) Dynamic range: 2-1/2 screen diameters (20 divisions) Math functions: Channel 1 + or - channel 2 Input resistance: 1 MQ Input capacitance: =13 p1

/\ Maximum input voltage: 400 V (dc + peak ac)

1 Tested, see To verify bandwidth, on page 70.

Performance Characteristics Vertical System

Channels 1 and 2

Range: 2 mV/div to 5 V/div Accuracy 1 : ±1.5% Verniers': Fully calibrated, accuracy about ±3% Cursor accuracy 1' 2.

Single cursor accuracy: vertical accuracy ± 1.2% of full scale ±0.5% of position value

Dual cursor accuracy: vertical accuracy :L-0.4% of full scale Bandwidth limit: 20 MHz Coupling: Ground, ac, and dc Inversion: Channel 1 and channel 2 CMRR (common mode rejection ratio): 20 dB at 50 MHz

Channels 3 and 4 (HP 54601A only)

Range: 0.1 V/div and 0.5 V/div ranges Accuracy 1 : ± 1.5% Coupling: Ground and dc

1 When the temperature is within ± 10 IC from the calibration temperature. 2 Use a full scale of 80 mV for 2 mV/div and 5 mV/div ranges. 3 Tested, see To verify voltage measurement accuracy, on page 67.

155

Horizontal System Sweep speeds: 5 s/div to 2 ns/div main and delayed Accuracy: ±0.01% Vernier: Accuracy ±0.05% Horizontal resolution: 100 Ps Cursor accuracy 1 ' 2 : (At and 1/At) ±0.01% ±0.2% of full scale ±200 Ps Delay jitter: 10 ppm Pretrigger delay (negative time): =-- 10 divisions Posttrigger delay (from trigger point to start of sweep): at least 2560

divisions or 50 iris. Not to exceed 100 s. Delayed sweep operation

Main sweep Delayed sweep 5 s/div to 10 ms/div up to 200 times main sweep 5 ms/div and faster up to 2 ns/div

1 Use full scale of 50 ns on 2 ns/div range. 2 Tested, see To verify horizontal At and i/Ext accuracy, on page 76.

Trigger System Internal trigger

Sensitivity1 : dcto25MHz 0.35 div or 3.5 mV dc to 100 MHz 1 div or 10 mV

Sources: Channels ito 4 and line on HP 54601A Channels 1, 2, line, and external on HP 54600A

Coupling: ac, dc, LF reject, HF reject, and noise reject LF reject and HF reject —3 dB at =50 kHz

Modes: Auto, Autolevel, Normal, Single, and TV TV triggering: Available on channels 1 and 2 only TV line and field: 0.5 division of composite sync for stable display Holdoff: Adjustable from 200 us to =13 s

External trigger (available on UP 54600A only)

Range: ±18 V Sensitivity 1 :

dcto25MHz 50mV de to 100 MHz 100 mV

Coupling: dc, HF reject, and noise reject Input resistance: 1 MQ Input capacitance: = 13 pf

IN Maximum input voltage: 400 V (dc + peak ac)

XY Operation

Z Blanking: TTL high blanks trace Bandwidths: X and Y same as vertical system Phase difference: ±3 degrees at 100 kHz

Display System

Display: 7-inch raster CRT Resolution: 255 vertical by 500 horizontal points Controls: 'Front-panel intensity control Graticule: 8 x 10 grid or frame Autostore: Autostore saves yious sweeps in half bright display and

the most recent sweep in fill! bright display.

Acquisition System

Maximum sample rate: 20 MSa/s Resolution: 8 bits Simultaneous channels: Channels 1 and 2 or channels 3 and 4 Record length: 4,000 paints (2,000 single shot) Maximum update rate: 1,000,000 points/s Single-shot bandwidth: 2 MHz single channel, 1 MHz dual channel Peak detect: 50 ns glitch capture (100 ns dual channel) from 5 s/div to

50jis/div Average: Number of averages selectable at 8, 64, and 256

Advanced Functions

Automatic measurements: (measurements are continuously updated) Voltage: Vavg, Yrms, Vp-p, Vtop, Vbase, Vmin, Vmax Time: Frequency, period, + width, - width, duty cycle, rise time, and

fall time Cursors: Manually or automatically placed Setup functions:

Autoscale: Sets vertical and horizontal deflections and trigger level for signals with a frequency 50 Hz, duty cycle > 1% and voltage level

channels 1 and 2 >20 mVp-p channels 3 and 4 > 100 mVp-p external trigger (HP 54600A only) > 100 mVp-p

Save/Recall: 16 front-panel setups Trace memory: Two volatile pixel memories

Power Requirements

Line voltage range: 100 Vac to 240 Vac Line voltage selection: Automatic Line frequency: 45 Hz to 440 Hz Maximum power consumption: 220 VA

General

Environmental characteristics

The instrument meets or exceeds the environmental requirements of MIL-T-28800D for Type UI, Class 3, Style D equipment as described below.

Ambient temperature: (Tested to MIL-T-28800D paragraphs 4.5.5.13 option 2 and 4.5.5.14)

Operating: —10°C to +55°C(+14°Fto +131°F) Nonoperating: —51 °C to +71 °C (-60 OF to + 160 °F)

Humidity: (tested to Hewlett-Packard environmental specification section 758 paragraphs 4.0, 4. 1, and 4.2 for class B-i products)

Operating: 95% relative humidity at +40 °C (+ 104 T) for 24 hours Nonoperating: 90% relative humidity at +65 °C (+ 149 °F) for 24 hours

Altitude: (Tested to MIL-T-28800E paragraph 4.5.5.2) Operating: to 4,500 in (15,000 ft) Nonoperating: to 15,000 m (50,000 ft)

157

Function generator 0.1mHz 2MHz PM 5132

158

lj 011-

1. GENERALITES

1.1. INTRODUCTION

Le générateur de fonction PM 5132 est un appareil concu pour des applications allant du domaine

Cducatif au domaine général.

II délivre des signaux de sortie sinusoidaux, triangulaires et rectangulaires de même que des impulsions

positives et negatives dont ies, fréquences sont rCglables en 7 gammes decades depuis 0,1 Hz jusque

2 MHz.

Un vernier permet de faire varier la fréquence fixée clans une plage de +5 % a -5 %.

La tension de sortie est réglable de faqon continue jusque 30 Vcc et peut étre atténuee en echelons de

10 dB jusque 60 dB.

Une tension continue ajustable entre —10 V et +10 V (Offset) peut étre ajodtée au signal de sortie

en fréquence, cette tension continue peut egalement étre dirigée séparement vers la sortie de lappareil.

L'irnpédance de sortie du genérateur soit 50 P. soit 600 2 est choisie par un commutateur.

Le facteur de marche (Duty Cycle) du signal de sortie peut étre ajusté soit a une valeur fixe de 50 %

soit de facor, continue entre 10% et 90%.

La fréquence du genOrateur est pilotée dans chacune des 7 gammes (balayege interne). Le temps de

balayage est réglable entre 0,05 sec. et 100 sec. II existe en outre Ia possibilité de balayage externe ainsL

que de modulation en fréquence.

II est egaiemenr prévu une sortie du signal pour utilisation dens Ic domaine TTL.

La disposition ergon-3mique des organes de commande ainsi que des connecteurs de raccordement

permet de manipuler 'appareil d'une facon commode.

1.2. CARACTERISTIQUES TECHNIQUES

Caractéristiques de sécurité

Cet appareil a ete construit et essayé suivant les specifications de sécurité classe I de la publication

EC 348, specifications de sécurité pour appareils de mesure électroniques, et est Iivré a Sortie d'usine

avec ces conditions de sécurité. Ce manuel contient différentes informations et sonsignes qui doivent

We suivies afin d'obtenir un fonctionnement fiable et de maintenir I'appareil clans cet état.

Caractéristiques des performances, specifications

Les valeurs numériques avec donriées de tolerances sont garanties par le constructeur. Les valeurs numé-

riques sans tolerances representent des valeurs moyennes et ne sont rnentionnées qu'a titre d'information,

Les specifications ci-apr'es sont valables pour la temperature de référence de 23 °C et après30 minutes

de misc en fonctionnement. Sauf autres mentions, les tolerances absolues et relatives sont donnécs par

rapport a la valeur ajustée.

159

1.2.1. Fréquence

Gamme de frequence 0,1 Hz - 2 MHz

Gammes sélectiormées 1 0,1 Hz - 2 Hz

1 Hz— 20 Hz

10 Hz —200 Hz

IV 100 Hz— 2kHz

V 1 kHz— 20 kHz

VI 10 kHz - 200 kHz

VII 100 kHz— 2MHz

Caractéristique Iinéaire

Organes de réglage - 7 touches de selection

- Cadran circulaire avec divisions lir,éaires

- Commande vernier de réglage fin

Indication de fréquence Divisions Iinéaires sur cadran circulaire

Unites d'erreur de reglage ±2 % de la valeur réglée, ±0,2 % de la valeur fond de gamme

Reglage fin de la fréquence ±5 % de la valeur indiquée au cadran

Coefficient de temperature <0,1 % /K gamme II a VI

<015%/K gamme 1 a VII

Derive a court terrne <0,10 % gamrnes I -VI

endeans 15 minutes<0,50 % gamme VII ,

Derive a long terme < 0,25% gamrnes.l VI endeans 7 heures <1,50% gamrne VII f

1.2.2. SORTIE—Sortie de signal

Connexion

Impedance interne

Charge admise

Formes du signal

Facteur de rnarche

Tension en circuit ouvert

Gamme de reglage

Valeur maximale

Tension continue Offset

(en circuit ouveri)

ATTENUATION

- continue

- par paliers

Douille BNC

50 / 600 2) commutable

resistant cu Court-circuit

Sinusoidale

,'../ Triangulaire

fl.. Rectangulaire

- Impulsions positives

u— Impulsions negatives

D C Tension continue

avec la touche DUTY CYCLE enfoncée, réglable entre

10% et 90%

Dans la gamme VII (100 k Hz - 2 MHz) utilisable de

facon Iimitée

3 Vss . . . 30 Vss pour sinusoidal, triangle et rectangle

1,5 Vss... 15 Vss pour impulsions

±15 V

avec bouton DC OFFSET tire réglable entre 10 V et +10 V

0 . . . 20 dB (tension en circuit ouvert 3 Vss . . . 30 Vss)

0 . . . 60 dB par paliers de 10 dB

160

<0,5 % dans les gammes t a v < 1 % dans la gamme VI

<3 % dars la gamme VII

>99%

<75 nsec pour amplitude maximum __ avec charge

<2 % pour amplitude maximum 50

<0,1 dB gammes i a v <0,3dB (f<1MHz)

<1 dBgammeslàVll

(pour amplitude maximum, avec charge 50 2,

attenuation 0 dB)

Douille BNC a l'arrière de l'appareil

20 entrées TTL

identique a la sortie principale

- Balayage unique déclenche par entrée "Trigger'

Balayage unique déclenché par touche poussoir

Balayege continu

Distorsion (sinus)

Linéarité (Triangulaire)

Temps de montée et descente

(rectangu Ia ire)

Dépassement et suroscillation

(rectangulaire)

Réponse en amplitude

(tensions sinusoidales,valeur de

référence 1 KHz)

1.2.3. SORTIE TTL

connexion

Charge limite (Fan Out)

Frequence, facteur de marche

1.2.4. Commande de fréquence

1.2.4.1 Balayage interne

Modes de batayage

Balayage unique

f Balavaae continu

TOP

START

Caractéristique de balayage linéaire

Fréquence de depart réglable contincment dans chaque gamme après enfonce-

ment de la touche STD BY

Frequence d'arrêt identique a a fréquence de base ajustée du générateur en

service normal

Période de balayage 0,05 sec. a 100 sec. continOment régtable en 3 gammes

(Temps de balayage)

0,05 sec. - 1 sec.

0,5 sec. - 10 sec.

5 sec. - 100 sec.

161

Commandes manuelies - Execution dun balayage unique

- Maintien pendant le balayage de la féquence

momentanée

- Remise a la fréquence de depart pendant le balayage unic

Entrée de déclenchement du balayage

Doulile BNC I a l'arrière de l'appareil>

>10k

±15 V

Flanc HIGH—LOW par exempte signal TTL

(variation> 0,5 V / msec.)

Douille BNC ( a l'arrière de lappareil)

10 k

0... +5 V (f depart . f arrét)

Douitte BNC (a I'arrière de t'appareil)

Interrupteur électronique, ouvert lors du retour de

balayage etfermé pendant le balayage

Courant max. 200 mA1 Interrupteur

Tension de sortie <0,7 V .i fermC

Résistance interne 100k c21 riterrupteur

Tension sortie +22 V J ouvert

Connexion

Résistance d'entrée

Tension d'entrée max.

Critére de fonctionnement

Sortie balayage

(Tension analogique(

Raccordement

Résistance interne

Tension de sortie

Pilotage pour Enrégistreur

Raccordement

1.2.4.2 Balayage commandé de 'extérieur

et modulation de fréquence

1.2.5.

- Connexion

- Caractéristique

Tension/ F réqu e rice

- Résistance d'entree

- Garnme de commande max.

- Frequerice de balayage max.

- Sensibilité

Alimentation

Valeur de référerice

Valeurs nominales

Gamme do fonctionnement normale

Limites de fonctionnement

Gamme de frequerice normale

Puissance absorbée

Doui(le BNC sur panrieau frontal

linéa ire

47 k2

2 1/2 Decades

15 kHz

env, 1 V!0,2 f max, (par quoi fmax. représente la limite

supérleure de gamme)

Tension réseau alternative

220 V

110 /128 / 220! 238 V a sélectionner par cavaliers a soudE

± 10 % De la valeur de tension

± 10% J réseau sé(ectionnée

47,5-105 Hz

25W

162

1.2.6. Conditions denvironnement

Temperature d'ambarice

Valeur de référence

Gamme nrma(e d'utihsation

Gamme stockage et transport

Humidité relative

Gamme de référence

Gamme normale d'utifisatiori

Valeurs limites pour stockage et transport

Pression atmosphérique

Valeur de référence

Gamma d'utilisation

Vitesse de déplacement de 'air ambiant

Valeur de référence

Gamma normae d'utilisation

Position de fonctionnernent

1.2.7. Ceff. ret

Type de protection )voir DIN 40050)

Classe de protection (lEO 348)

Dimensions totales

- Hauteur

- Largeur

- Prof ondeur

Poids

1.3. ACCESSOIRES

1.3.1. Accessoires standard

1.3.2. Accessoires en option

+23° C ±1 ° C

+ 5 C a +400 C

_400 C a +700 C

45 % a 75 %

20 % a 80 %

0 a90%

1000 ±15hPa

798... 1064hPa

0 a 0,2 rn/sec

0 a 0,5 rn/sec

Verticale sur les pieds cu inciiriée reposant sur la DoLcnaE

rabattue

IP 20

Classe I avec conducteur de terre

140mm

310mm

330 mm

environ 5 kg

Notice d'emploi et d'entretien 1

Fusible et plaquettes de tension

PM 9585: résistance terminate 50 fl, 1 W

PM 9581: résistance terminate 50 &, 3 W

PM 9075: cable coaxial BNC—BNC

163

CDC250 175 MHz

UNIVERSAL COUNTER

164 TWdronix

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