Chauvin-Arnoux 1970
contre
Chauvin-Arnoux MAX 3000

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Objectifs

A travers ce match très particulier,

revoir comment mesurer correctement une tension électrique en utilisant divers appareils.

évaluer la confiance qu'il faut accorder à un voltmètre

au-delà, voir les différences entre l'analogique et le numérique en comparant le comportement d'un voltmètre à aiguille et d'un voltmètre à affichage digital.

Prérequis

Tu dois réaliser ce travail auparavant : La tension, une grandeur mesurable de toute première importance !

Plan

1 - Match en 4 manches : 1970 contre MAX 3000
2 - Une expérience qui fait la différence
3 - Quelle confiance accorder au voltmètre que nous choisirons pour les TP ?
 

Complément

A - Débat : Numérique veut-il dire forcément qualité ?
B - Glossaire

Rédacteur : JMR

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1 - Match en 4 manches : 1970  contre  MAX 3000

A ma gauche, super champion  vétéran des salles de T.P. des années 70, merveille de l'analogique avec déviation électromécanique de l'aiguille j'ai nommé le Chauvin Arnoux 1970 !

A ma droite, tout jeune challenger aux dents longues, bijou de la technologie numérique, n'ayant aucun respect pour son ancêtre, j'ai nommé le Chauvin Arnoux Max 3000 !

Ces deux voltmètres vont s'affronter dans un combat  sans merci en 4 manches à l'issu duquel tu désigneras le vainqueur.  

  Revois si besoin les consignes d'utilisation du voltmètre à aiguille ! Il est indispensable de le brancher dans le "bon" sens de manière à mesurer une tension positive...           

1ère manche : facilité de lecture

Mesure la tension aux bornes d'une pile plate . 

  Quel voltmètre permet la lecture la plus facile?

2ème manche : fidélité

Mesure 4 autres fois de suite la tension aux bornes de la pile avec chaque voltmètre. 

  Quel est le voltmètre le plus fidèle ?

3ème manche : justesse

Mesure, si nécessaire, la tension aux bornes de la pile plate avec les deux voltmètres en choisissant le meilleur calibre. 

Ensuite,  mesure cette même tension avec le voltmètre le plus précis du lycée : le MX 53 (un unique exemplaire est présent au lycée !). 

Note bien les trois valeurs.

Quel est le voltmètre le plus juste ? Précise le meilleur calibre pour les deux.

  Revois si besoin les consignes d'utilisation du voltmètre à aiguille ! Il est indispensable de le brancher dans le "bon" sens de manière à mesurer une tension positive...  

4ème manche : temps de réponse

Réalise le montage photographié ci-contre : Il te faut pour cela un générateur, une fiche BNC, une DEL, sa résistance de protection (220 W), une platine et deux fils. Le générateur, appelé GBF, produit des tensions variables de basses fréquences.   Avant d'allumer le GBF, règle la fréquence sur 0,4 Hz en observant les indications figurant sur la photo. Avec un fréquence de 0,4 Hz la DEL va s'allumer 0,4 fois par seconde.    Mesure simultanément la tension aux bornes de la DEL avec les 2 voltmètres.   Quel est l'appareil qui a le meilleur temps de réponse ? Ne défais pas ton montage ! Il te servira pour l'expérience suivante...

Bilan du match

  A toi de désigner le vainqueur ! Argumente brièvement. Lequel choisirons- nous pour les TP ? Pourquoi ?

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2 - Un expérience qui fait la différence

  Revois si besoin les consignes d'utilisation du voltmètre à aiguille ! Il est indispensable de le brancher dans le "bon" sens de manière à mesurer une tension positive...    

Conserve le circuit précédent mais débranche les voltmètres. Règle maintenant la fréquence sur 0,2 Hz. Connecte la prise BNC sur la sortie la plus à droite. Règle le bouton niveau sur la position moyenne. Tire sur le bouton décalage puis règle le jusqu'à ce que la luminosité de la DEL varie sans jamais s'éteindre tout à fait. Quand tout ces réglages sont fait, rebranche les deux voltmètres aux bornes de la DEL. Quel est l'appareil qui permet de suivre le plus fidèlement l'évolution de la tension ? Quelle est la particularité d'un voltmètre numérique ? Explique alors comment le distinguer d'un appareil analogique.

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3 - Quelle confiance accorder au voltmètre
que nous allons couramment utiliser en TP ?

Le match a permis à nouveau de se rendre compte qu'un instrument de mesure ne peut donner qu'une valeur approchée de la grandeur qu'il mesure. On peut alors se demander quel est l'intérêt d'afficher autant de chiffres après la virgule ! Chercherait-on délibérément à nous tromper ?  

Tu vas trouver ici des éléments de réponses en découvrant ce que l'on appelle erreur, incertitude,  intervalle de confiance et précision.

Quelle est l'erreur ?

On appelle erreur absolue, la valeur absolue de la différence entre la valeur donnée par l'instrument de mesure et la valeur exacte de la grandeur.
Mais, pour savoir si cette erreur est grave, on calcule à quel pourcentage de la grandeur cela correspond : C'est l'erreur relative.

Exemple : Au lieu de mesurer U = 2,60 V, un voltmètre mesure U_exp = 2,55V.

L'erreur absolue est  : DU= ½2,60 - 2,55½= 0,05V
L'erreur relative est donc : ( DU / U ) x100 = ( 0,05 / 2,6 ) x 100  soit presque 2 %

Bien sûr, plus ce pourcentage est petit, moins l'erreur est grave.

Quelle est l'incertitude de la mesure ?

Les fabricants des voltmètres ne cherchent pas à nous tromper. C'est pour cela qu'ils nous informent sur l'incertitude qui existe sur une mesure.

Exemple : Sur  le Chauvin-Arnoux 1970 on peut lire sur le cadran qu'e la mesure dune tension continue possède une incertitude relative de 1,5 %. Ainsi, l'erreur absolue est au pire 1,5 % de la tension mesurée. Exemple...

Finalement, quelle est l'intervalle de confiance ?

On peut en déduire l'intervalle de confiance, c'est à dire l'intervalle dans lequel on est certain que la valeur exacte de la tension se situe.

  Il s'exprime ainsi :  [ U_exp - DU ; U_exp + DU ]   . Dans l'exemple précédent, cela donne....

Bien sûr, plus l'intervalle de confiance est petit, plus l'appareil est précis.

Conclusion

  (Pour les plus rapides et les plus motivés) Trouver l'intervalle de confiance pour la mesure de tension de la pile plate effectué avec le Chauvin-Arnoux Max 3000.
En lisant la notice du  MAX 3000 on apprend que l'incertitude absolue DU se calcule un peu différemment : On doit additionner 0,5% de la valeur affichée et 0,4% de la valeur du calibre utilisé. Exemple...

Alors, peut-on faire confiance à ce voltmètre numérique ?

  Comment interpréter rapidement, sans tous ces calculs compliqués,  l'affichage d'un voltmètre numérique comme le Chauvin-Arnoux Max 3000 ?

A - Débat : Numérique veut-il dire forcément qualité ?

GLOSSAIRE