TP MPI  N° 11

Acquisitions

et étude de

tensions électriques.

 

Correction 

I -Introduction.

II - Première étape : étude d'une tension continue.

III - Deuxième étape : étude d'une tension alternative sinusoïdale.

IV - Pour aller plus loin.

V - Conclusions générales sur l'acquisition.

 

 

  Matériel :

═► Polysource ou multigénérateur,

═►g.b.f métrix (bleu), rhéostat de 500 Ω,

═► interrupteur, carte candiplus et

═►ordinateur, logiciel d'acquisition Généris 5.

 

 

I- Introduction.

-  Nous allons découvrir un logiciel de traitement des données expérimentales. 

-  Ce logiciel, muni d'une carte d'acquisition, permet de transformer l'ordinateur en oscilloscope

-  ( c'est-à-dire en voltmètre), avec l'avantage de pouvoir enregistrer et traiter les mesures.

-  La carte d'acquisition qui transforme les tensions électriques en langage binaire est un convertisseur analogique numérique (CAN).

-  ATTENTION : elle ne peut pas supporter plus de 5V.

-  Nous ferons d'abord l'acquisition d'une tension continue pour nous familiariser avec la procédure d'acquisition,

-  puis nous passerons à l'étude de tensions sinusoïdales, dans des situations de plus en plus complexes...

 

II- Première étape : étude d’une tension continue.

1)- Montage électrique :

a)-   Le matériel :

═►  Procurez-vous :

-  Une alimentation ajustable ( polysource ou multigénérateur),

-  des fils de connexion, un multimètre,

-  un potentiomètre de résistance R  = 500 Ω.

b)- Le montage :

Réaliser le circuit 1

ci-contre (interrupteur ouvert)

-  Faire vérifier le montage.

 

c)- Réglages :

-  Réglage de l’alimentation ajustable ;

-  Brancher le voltmètre aux bornes P et N du générateur.

-  À l’aide du bouton de réglage, régler la valeur de la  tension sur  E = 5,00 V.

-  Réglage du potentiomètre :

-  Brancher le Voltmètre aux bornes C et B du potentiomètre.

-  Déplacer le curseur, pour que U SM =  2,2 V.

-  Faire vérifier les réglages puis ouvrir l’interrupteur K.

d)- Connexion de la carte d’acquisition :

-  La carte permet de mesurer 2 tensions, il y a donc deux voies d'acquisition.

-  La voie 1 mesure la tension

entre la fiche verte

et la masse (fiche noire).

-  La voie 2 mesure la tension

entre la fiche rouge

et la masse.

-  On n’a qu'une tension à mesurer,

il faut utiliser la voie 1.

-  Relier la voie 1 au point S du circuit et la masse au point M du circuit.

Sur une feuille après avoir recopié le schéma, complétez le,

en dessinant les connexions avec le câble pour que votre logiciel mesure la tension USM.

Faites les connexions comme vous les avez dessinées sur votre schéma.

2)- Acquisition :

═►  Pour réaliser l’acquisition, on utilise le logiciel Généris 5.

a)-   Première étape :

Lancer l’application Généris :

-  Menu Démarrer    ═►    Programmes    ═►   Atelier Scientifique   ═►   Généris 5

Dans fichier :

-  Sélectionner enregistrer sous, puis donner un nom à ce fichier :

acqui1 et l’enregistrer dans le dossier MPI (choisir le dossier de votre classe)

b)- Deuxième étape :

  Passage en mode « Acquisition » :

Cliquer sur l’icône (sauf si ce mode est déjà sélectionné).

  Passage en mode « Acquisition » :

-  Cliquer sur l’icône (sauf si ce mode est déjà sélectionné).

  Sélection de la ou des grandeurs pour l’axe des ordonnées :

-  Cliquer-glisser l’icône correspondant à la voie d’acquisition 1 ( correspondant à une entrée directe)

-  Définir dans l’onglet « Grandeur » :

-  le nom de la grandeur concernée :  u1

-  son unité : V

- les limites minimales et maximales prévues pour cette grandeur : + 5 V et – 5 V

  Sélection de la grandeur pour l’axe des abscisses :

-  Cliquer-glisser l’icône  sur l’axe des abscisses.

Définir dans l’onglet « Fonction du temps »

-  la durée d’acquisition :   10 s

-  Le nombre de points : 21

-  intervalle de temps entre deux mesures :

Noter la valeur de dt : Quelle remarque peut-on faire ?

Sélection synchronisation :

Cliquer sur l’onglet « Synchronisation ».

-        Ne pas cocher la case « Synchronisation » en mode continu.

Lancement / Arrêt de l’acquisition.

-  Pour lancer l’acquisition, cliquer sur l’icône .

-  Ne pas oublier de fermer l’interrupteur K lorsque vous faites l’acquisition.

-  Une fenêtre s’ouvre :

-  cliquer ensuite sur le bouton « Lancer » : l’acquisition commence.

3)- Influence des paramètres d’acquisition.

-  Recommencer pour différentes valeurs du nombre de points. Reproduire et compléter le tableau suivant.

Acquisition N°

1

2

3

4

5

6

7

Durée d’acquisition

10 s

10 s

10 s

10 s

10 s

10 s

10 s

Nombre de points

21

41

101

201

301

401

501

Durée entre deux mesures dt

 

 

 

 

 

 

 

-  Recommencer pour différentes valeurs de la durée d’acquisition. Reproduire et compléter le tableau suivant.

Acquisition N°

8

9

10

11

12

13

Durée d’acquisition

10 s

1 s

50 ms

1 ms

500 ms

50 ms

Nombre de points

501

501

501

501

501

501

Durée entre deux mesures dt

 

 

 

 

 

 

-  Commenter les résultats obtenus.

-  Pour chaque acquisition, indiquer : 

-  les caractéristiques de la courbe obtenue ; 

-  les remarques que l’on peut faire  lors du changement des paramètres d’acquisition. 

-  Quelle est la plus petite durée entre deux mesures que l’on peut utiliser avec cette carte d’acquisition ?

4)- Exploitation.

-  Refaire une acquisition avec les paramètres suivants :

Durée d’acquisition

1 s

Nombre de points

201

Durée entre deux mesures dt

 

-  Modélisation du graphe obtenu : Clic gauche sur l’icône ,

-  Première étude : sélectionner Modélisation graphique.

Grandeur à modéliser

u1 (t) en V

Modèle

Sélectionner le modèle

adapté à l’étude

Indiquer les caractéristiques

de la courbe obtenue

Équation (si possible) :

Nouvelle grandeur (nom) :

um

-  Remarque : 

-  en cliquant sur le petit ascenseur à côté de la grandeur physique, on peut changer la forme, la couleur des points, on peut aussi lier les points…

-  Remarque : 

-  on peut modifier les échelles des axes. 

-  Placer la flèche de la souris sur un axe (horizontal ou verticale). 

-  Lorsque la souris prend la forme suivant , maintenir le clic gauche pour étirer ou comprimer l’axe).

-  Pour déplacer un axe : placer la souris sur l’axe. 

-  Lorsque la souris prend la forme suivant , appuyer sur la touche Ctrl du clavier maintenir le clic gauche pour déplacer l’axe.

-  Le modèle obtenu est-il en accord avec la tension délivrée par le générateur ?

-  Deuxième étude : sélectionner le mode modélisation et comparer les résultats obtenus avec ceux de la première étude

 

III- Deuxième étape : étude d’une tension alternative sinusoïdale.

1)- Montage électrique :

a)- Le matériel : idem

b)- Le montage : Avant de réaliser le montage, il faut débrancher la carte d’acquisition.

Réaliser le circuit 2

ci-contre (interrupteur ouvert)

-  Faire vérifier le montage.

 

c)- Réglages :

-  Réglage du G.B.F ; Brancher le voltmètre aux bornes P et N du générateur.

-  À l’aide du bouton de réglage, régler la valeur efficace de la  tension sur  Ug = 5,00 V. (Position ACV).

-  Réglage du potentiomètre : Brancher le Voltmètre aux bornes C et B du potentiomètre. 

-  Réglez le potentiomètre pour que la valeur efficace de la tension u soit égale à 2,2 V

-  Réglez la fréquence :  f = 100 Hz (attention au multiplicateur).

ouvrir l’interrupteur K.

d)- Connexion de la carte d’acquisition :

-  Relier la voie 1 au point S du circuit et la masse au point M du circuit.

-  Faire vérifier les réglages.

2)- Acquisition :

-  On réalise différentes acquisitions. 

-  Pour chaque acquisition, il faut donner les caractéristiques de la courbe obtenue. 

-  Puis, il faut comparer les résultats obtenus.

-  Il ne faut pas oublier que le G.B.F. délivre une tension sinusoïdale de fréquence f = 100 Hz et de valeur efficace U = 2,2 V.

Sélection synchronisation :

Cliquer sur l’onglet « Synchronisation ».

-  Cocher la case « Synchronisation » car on est en mode alternatif.

-  Voie de synchro : / Directe

-  Niveau : 0

-  Sélectionner « Croissant »

-  Paramètres des différentes acquisitions :

Acquisition

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Durée de l’acquisition

10 s

10

1

500 ms

50 ms

10 ms

5 ms

1,5 ms

1,4 ms

Nombre de points

21

201

201

201

201

201

201

301

301

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Que se passe-t-il lorsque dt < 5,0 μs ?

3)- Exploitation  :

-  Pour chaque acquisition exploitable, reproduire et compléter le tableau suivant :

-  Lorsque le graphe obtenu est exploitable, il faut déterminer ses caractéristiques. 

-  Si le graphe n’est pas clair ou incompréhensible, on peut lier les différents points obtenus.

-  Mode opératoire : Clic gauche sur l’icône , sélectionner Modélisation,

Acquisition N°

Grandeur à modéliser

u 1 (t) en V

Nouvelle grandeur

u 1 m

Modèle prédéfinis

Sélectionner le modèle adapté

Sélectionner les différents paramètres,

puis cliquer sur modéliser 

Paramètres

Valeurs

unité

a

 

 

T

 

 

φ

 

 

b

 

 

Écart-type

 

 

-  Que représente chacune des grandeurs a, T, φ et b calculées par l’ordinateur ?

-  Donner les caractéristiques du signal délivré par le G.B.F :

Signal délivré par le G.B.F

Type de signal

            

Valeur efficace de la tension

 

Valeur maximale de la tension (amplitude)

 

Fréquence du signal

 

Période du signal

 

-  Comparer les différentes valeurs avec celles trouvées pour les différentes acquisitions.

-  Quels sont les paramètres de l’acquisition qui permettent de restituer au mieux le signal délivré par le G.B.F ?

 

IV- Pour aller plus loin.

1)- Montage électrique : idem  et réglages idem (ne pas modifier la valeur efficace de la tension)

2)- Acquisition : 

-  ors des différentes acquisitions, on garde les mêmes paramètres d’acquisition, mais on change la fréquence du signal délivré par le G.B.F.

-  Paramètres d’acquisition :

Durée d’acquisition

50 ms

Nombre de points

401

Durée entre deux mesures dt

 

-  Pour chaque acquisition, si le graphe est exploitable, donner les caractéristiques de la courbe obtenue. 

-  Si le graphe est incompréhensible, on peut lier les différents points obtenus.

Acquisition

1

2

3

4

5

6

f Hz

10

100

10 3

10 4

10 5

10 6

3)- Exploitation  :

-  Pour chaque acquisition exploitable, reproduire et compléter le tableau suivant :

-  Lorsque le graphe obtenu est exploitable, il faut déterminer ses caractéristiques. 

-  Si le graphe n’est pas clair ou incompréhensible, on peut lier les différents points obtenus.

-  Mode opératoire : Clic gauche sur l’icône , sélectionner Modélisation,

Acquisition N°

Signal délivré

par le G.B.F

Grandeur à modéliser

u 1 (t) en V

Nouvelle grandeur

u 1 m

Modèle prédéfinis

Sélectionner le modèle adapté

Sélectionner les différents paramètres,

puis cliquer sur modéliser.

Si le graphe n’est pas compréhensible,

on peut lier les points.

 Si les valeurs calculées par

l’ordinateur sont erronées,

on peut les entrer manuellement.

On peut étirer l’axe des temps.

Paramètres

Valeurs

unité

 

a

 

 

 

T

 

 

 

φ

 

 

 

b

 

 

 

Écart-type

 

 

 

-  Quelles sont les remarques que l’on peut faire ? 

-  Que se passe-t-il lorsque la fréquence délivrée par le G.B.F devient trop grande ? 

-  Préciser la valeur de la fréquence maximale du signal que peut étudier la carte d’acquisition ?

4)- Applications.

-  Le but de l’application est de déterminer les paramètres d’acquisition pour obtenir un graphe exploitable et en accord avec les résultats de l’expérience.

-  On veut étudier les caractéristiques d’un signal sinusoïdal délivré par un G.B.F.

-  La valeur efficace de la tension délivrée par le G.B.F est U = 2,2 V. 

-  La fréquence du signal est f = 1800 Hz.

-  Déterminer les valeurs des différents paramètres d’acquisition pour obtenir un graphe exploitable. 

-  On considère que pour que le graphe d’un phénomène périodique soit exploitable, il faut un minimum de 20 points par période.

-  Réaliser l’acquisition. 

-  Exploiter le graphe obtenu. 

-  Comparer les résultats obtenus à ceux du signal étudié.

 

V- Conclusions générales sur l’acquisition.

-  Quel est le plus petit intervalle de temps entre deux mesures effectuées par la carte d’acquisition ?

-  Ce plus petit intervalle de temps est appelé période d’échantillonnage du convertisseur.

-  En déduire la fréquence maximale d’échantillonnage  de la carte.

-  Quelle est la fréquence maximale de la tension électrique périodique que cette carte peut mesurer en gardant les mêmes conventions, 20 points au minimum par période ?