Instrumentation

Ce cours initie les futurs techniciens supérieurs en chaudronnerie et construction métallique aux techniques de mesure industrielle et au fonctionnement des capteurs. Un ouvrage métallique ne se conçoit pas seulement : il s’éprouve, se surveille et s’exploite. Le chaudronnier qui réalise l’épreuve hydraulique d’un réservoir de gasoil, le monteur qui règle la précontrainte d’un boulon HR, le technicien qui met en service une tuyauterie vapeur dans une huilerie de Maradi ou qui surveille le niveau d’un château d’eau à Niamey, tous lisent des instruments et doivent savoir ce que vaut la valeur affichée. Le cours présente la chaîne de mesure, les caractéristiques métrologiques des capteurs (étendue, sensibilité, précision, classe, temps de réponse), puis les principaux capteurs industriels : pression, débit, température, niveau, force, poids, couple, déplacement, vitesse et accélération, et enfin le conditionnement du signal (pont de Wheatstone, amplification, boucle 4-20 mA, conversion analogique-numérique).

Objectifs d’apprentissage

• Définir le vocabulaire de base de la métrologie (mesurande, erreur, incertitude, étalonnage) et estimer l’incertitude d’une mesure simple.
• Décrire la constitution d’une chaîne de mesure et interpréter les caractéristiques d’un capteur figurant sur une fiche technique.
• Expliquer le principe physique des capteurs de pression, débit, température et niveau et choisir un capteur adapté à une application donnée.
• Exploiter les capteurs de force, de déplacement, de vitesse et d’accélération utilisés en fabrication, en montage et en maintenance.
• Calculer la conversion d’un signal normalisé (4-20 mA, mV/V, résolution d’un convertisseur) en grandeur physique.

Prérequis

Physique de base (pression, force, énergie, électricité : loi d’Ohm), mathématiques de S1 (fonctions affines, racine carrée, statistique descriptive).

Plan du cours

1. Leçon 1 — Mesure, chaîne de mesure et caractéristiques des capteurs
2. Leçon 2 — Capteurs de pression et de débit
3. Leçon 3 — Capteurs de température et de niveau
4. Leçon 4 — Capteurs de force, de déplacement, de vitesse et d’accélération ; conditionnement du signal

Modalités d’évaluation

Volume horaire : 20 h de cours magistral (CM), 10 h de travaux dirigés (TD), 0 h de TP, 10 h de travail personnel de l’étudiant (TPE) ; 2 crédits. Évaluation : contrôle continu (quiz en ligne, exercices de TD, petit dossier de choix de capteur) et examen terminal écrit comportant des exercices chiffrés.

Bibliographie

• G. Asch et collaborateurs, Les capteurs en instrumentation industrielle, Dunod.
• J. Fraden, Handbook of Modern Sensors: Physics, Designs, and Applications, Springer.
• B. G. Lipták (dir.), Instrument Engineers’ Handbook, vol. 1 « Process Measurement and Analysis », CRC Press.
• JCGM 200, Vocabulaire international de métrologie (VIM) et JCGM 100, Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure (GUM), BIPM.