TP MPI  N° 11

Acquisitions et étude de tensions électriques.

Correction 

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 :

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.

-  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 U_SM.

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 » :

  Sélection de la grandeur pour l’axe des abscisses :

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

Sélection synchronisation :

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.

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

-  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 :

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

-  Première étude : sélectionner Modélisation graphique.

-  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.

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 :

-  Paramètres des différentes acquisitions :

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,

-  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 :

-  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 :

-  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.

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,

-  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 ?