PFE Métrologie Mesure Asservissement
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Métrologie mesure incertitudesPh ReiffsteckFFFFFcomparateurFjaugesFFig. 3 Systèmes de mesure de l’effort axialFcristalpiezoélectriqueLe corps de mesure est donc un élément de poutre dont les fibres supérieures et inférieures sont équipéesde jauges de déformation. Ces jauges sont montées en pont de Wheatstone. Le déséquilibre de celui ci estmesuré et retranscrit en effort.EsV MFig. 4 Systèmes de mesure avec pont de WheastoneDans les capteurs avec un élément sensible piézoélectrique ou magnétostrictif, c’est le courant induit quifournit l’information sur l’effort appliqué.1.2. Mesure des pressionsLa pression à l’origine mesurée par un manomètre à mercure ou à eau, peut être mesurée avec unmanomètre ou un capteur de pression électrique. La technique de mesure des pressions peut être faite avec- un manomètre à tube de Bourdon- un capteur à membrane équipée de jauges ou de plaques piezoélectriques.tube de BourdonbarpjaugespcristalpiezoélectriquepFig. 5 Systèmes de mesure des pressionsC’est donc la déflexion de la membrane qui est mesurée. Généralement les capteurs sont dimensionnéspour mesurer des pressions et non des dépressions.1.3. Mesures des déplacementsLes déplacements sont mesurés en mécanique des sols classique (par exemple dans le cadre des normesd’essais) avec une précision de ±1/100 mm. Les instruments de mesure généralement utilisés sont despieds à coulisse à vernier, des comparateurs mécaniques ou des capteurs de déplacement électriques quisatisfont généralement bien cette condition.1.3.1. Pied à coulisseLe vernier (du nom de son inventeur) est une réglette graduée apposée sur les pieds à coulisse (mesure delongueur) ou les règles à calcul (abaques de calcul scientifique utilisés avant la diffusion des calculatrices),4
Métrologie mesure incertitudesPh Reiffsteckou sur certains goniomètres (mesure d'angle), et qui permettent d'améliorer la précision de lectureanalogique. Il fut inventé en 1631 par le mathématicien Pierre Vernier. Dans certaines langues, le dispositifporte le nome de nonius, nom latinisé de l'astronome et mathématicien portugais Pedro Nunes (1492-1578),bien que celui-ci n'ait pas inventé le système.Le vernier des pieds à coulisse est gradué en 1/10e de millimètre, en raison des erreurs de lecture, laprécision donnée est de 0,02 mm. Pour simplifier la représentation, nous allons supposer ci-dessous que laprécision n'est que de 1/10e de mm.Le vernier fonctionne de la manière suivante : la partie fixe du pied à coulisse est graduée en millimètres(mm), de manière classique ; la partie coulissante comporte un trait, appelé ici "trait principal", permettant delire cette valeur (précise donc au mm près).La partie coulissante comporte aussi une réglette de dix traits,gradués de 0 à 9, et séparés de 0,9 mm (le trait 0 est engénéral le trait principal). Le trait du vernier qui est encorrespondance avec un des traits de la partie fixe (quel qu'ilsoit) donne le chiffre des dixièmes de mm.En effet, imaginons que le trait principal de la partiecoulissante donne 5 mm. Si la pièce fait 5,0 mm ± 0,1 mm,alors le trait 0 du vernier est en face du trait 5 mm de la partiefixe. Si la pièce fait 5,1 mm ± 0,1 mm, alors c'est le trait 1 duvernier qui sera en face d'un trait de la partie fixe (enl'occurrence le trait 6 mm). Si la pièce fait 5,n mm ± 0,1 mm (n< 10), alors c'est le trait n du vernier qui sera en face d'un traitde la partie fixe (en l'occurrence le trait 5 + n mm).L'important est que l'espacement entre les graduations duvernier soit(précision des graduations de la partie fixe) - (précision visée)soit ici1 mm - 0,1 mm = 0,9 mmSur un pied à coulisse "réel", gradué en 1/100 e de mm,l'espacement est :1 mm - 0,1 mm = 0,9 mm1.3.2. Autres capteurs de déplacementLes mesures de déplacement sont passées, durant les cinquante dernières années, des mesures parvernier accédants aux centièmes et aux millièmes de millimètres, aux capteurs LDT qui grâce aux jaugespermettent d’accéder au micromètre.Les mesures de déplacement, par exemple, sont passées des mesures par vernier accédants auxcentièmes et aux millièmes de millimètres, aux LDT qui grâce aux jauges permettent d’accéder aumicromètre. La mesure à partir de l’impédance des LVDT (figure 6b) a été supplantés par l’utilisation denouveaux principes comme le magnétisme pour les capteurs à effet Hall (figure 6c), l’électromagnétisme ouélectrostatique pour les capteurs de proximité, la lecture optique ou magnétique pour les codeurs digitauxabsolus ou les codeurs incrémentaux (figure 6d) ayant dans le cas des codeurs optiques pour principephysique le comptage de raies lumineuses, la piézo-électricité pour les éléments piézo-électriques (figure6e).5
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Métrologie mesure incertitudesPh ReiffsteckFFFFFcomparateurFjaugesFFig. 3 Systèmes de mesure de l’effort axialFcristalpiezoélectriqueLe corps de mesure est donc un élément de poutre dont les fibres supérieures et inférieures sont équipéesde jauges de déformation. Ces jauges sont montées en pont de Wheatstone. Le déséquilibre de celui ci estmesuré et retranscrit en effort.EsV MFig. 4 Systèmes de mesure avec pont de WheastoneDans les capteurs avec un élément sensible piézoélectrique ou magnétostrictif, c’est le courant induit quifournit l’information sur l’effort appliqué.1.2. <strong>Mesure</strong> des pressionsLa pression à l’origine mesurée par un manomètre à mercure ou à eau, peut être mesurée avec unmanomètre ou un capteur de pression électrique. La technique de mesure des pressions peut être faite avec- un manomètre à tube de Bourdon- un capteur à membrane équipée de jauges ou de plaques piezoélectriques.tube de BourdonbarpjaugespcristalpiezoélectriquepFig. 5 Systèmes de mesure des pressionsC’est donc la déflexion de la membrane qui est mesurée. Généralement les capteurs sont dimensionnéspour mesurer des pressions et non des dépressions.1.3. <strong>Mesure</strong>s des déplacementsLes déplacements sont mesurés en mécanique des sols classique (par exemple dans le cadre des normesd’essais) avec une précision de ±1/100 mm. Les instruments de mesure généralement utilisés sont despieds à coulisse à vernier, des comparateurs mécaniques ou des capteurs de déplacement électriques quisatisfont généralement bien cette condition.1.3.1. Pied à coulisseLe vernier (du nom de son inventeur) est une réglette graduée apposée sur les pieds à coulisse (mesure delongueur) ou les règles à calcul (abaques de calcul scientifique utilisés avant la diffusion des calculatrices),4
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