TP MPI N° 11 |
Acquisitions et étude de tensions électriques. |
Correction
![]() |
II - Première étape : étude d'une tension continue. III - Deuxième étape : étude d'une tension alternative sinusoïdale. |
Matériel :
|
═► Polysource ou multigénérateur, ═►g.b.f métrix (bleu), rhéostat de 500 Ω, ═► interrupteur, carte candiplus et ═►ordinateur, logiciel d'acquisition Généris 5. |
- 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 :
(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.
- 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 ?
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 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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 ?