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Série STL - Mesures et instrumentation Mai 2011 – PNF SERIE STL MESURES ET INSTRUMENTATION Objectifs, horaires, points du programme Quelle pédagogie pour cet enseignement ? Approche de la notion d’incertitude Quelques ressources.

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Mai 2011 – PNF

SERIE STL

MESURES ET INSTRUMENTATION

Objectifs, horaires, points du programme Quelle pédagogie pour cet enseignement ? Approche de la notion d’incertitude Quelques ressources.

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Mai 2011 – PNF

Objectif : installer progressivement une démarche d’analyse des résultats de mesure valeur ajoutée à la mesure

Objectif : installer progressivement une démarche d’analyse des résultats de mesure valeur ajoutée à la mesure

Mesures

ConnaîtreModéliser

TrierClasser

ComparerIdentifier

DéciderInformer

Valider

Tronc commun CBSV Physique

chimie

Biotechnologie

Mesures et instrumentation

2h en 1ère STL

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Mai 2011 – PNF

Les points essentiels du programme en mots et expressions clés

Se comprendre vocabulaire : mesurage, erreurs , incertitudes

Raisonner Identification des sources d’erreur

S’interroger attitude scientifique face à la « mesure »

Evaluer se doter d’outils sans excès mathématiques

Décider comparer à une norme, …

Comprendre grandeurs mesurées et capteurs, chaîne de mesure …

Choisir et utiliser une chaîne, un capteur, un appareil, une technique, …

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Quelle pratique pédagogique ?

MI Mesurer pour mesurer

Mesurer pour développer des gestes techniques

Mesurer pour apprendre et respecter des protocoles

Faire de l’élève un exécutant

MI

Effectuer des mesures avec des appareils activités expérimentales

Analyser en mettant en œuvre une démarche scientifique

Etre utilisateur d’outils mathématiques TIC

Effectuer des mesures de grandeurs en lien avec les disciplines du programme contexte

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Se comprendre …

I 3,5 mA 1 2 3

mA mA mA

Pourquoi a-t-on 3 valeurs ?

Quelle est la valeur « vraie » de l’intensité ?

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Se comprendre …Mesurande, valeur vraie, erreur, incertitude …

Valeur vraie : valeur indiquée par un appareil de mesure idéalValeur vraie : valeur indiquée par un appareil de mesure idéal

Existe-t-elle ?

Mesurande : grandeur mesuréeMesurande : grandeur mesurée

Ivraie3,494mA

Erreur

Erreur : valeur indiquée par l’appareil – valeur vraieErreur : valeur indiquée par l’appareil – valeur vraie

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I 3,5 mA R = 100

1 2 3

mAmA mA

1 2 3mAmA mA

MX 53

MX 22Se comprendre …

MX22MX53

MX53 meilleure qualité que le MX22 fidélité

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MX22MX53

Se comprendre …

• Détermination impossible de la valeur de Ivraie.

• Mais dans quel intervalle se trouve Ivraie ?

Et comment déterminer cet intervalle ?

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Incertitude : caractérise la dispersion des valeurs

Chaque résultat de mesure est entaché d’une incertitude

L’incertitude est déterminée selon des règles internationales fixées par le GUM (guide pour l’expression de l’incertitude de mesure)

http://www.bipm.org

Se comprendre …Mesurande, valeur vraie, erreur, …

L’erreur est une variable aléatoire

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Analyse des documents constructeursSe comprendre …

Mesure effectuéeavec un « datalogger » (1µA)

MX53

MX22

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Combinaison des deux types d’incertitude

Se comprendre …

Chaque résultat de mesure est entaché d’une incertitude

Résultat de mesure = valeur lue ou calculée ± incertitude

Types d’incertitude

Mesures répétées Données constructeurs

Incertitude de répétabilité des mesures

Mesure unique réalisée avec un appareil

GUM : guide international pour l’expression de l’incertitude de mesure

Incertitude : caractérise la dispersion des valeurs

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Se comprendre …

Constructeur 4000 points précision ou exactitude : a = 1% Lecture + 2 digits

Une mesure avec un MX22 : valeur lue : 3,494 mA / calibre 4 mA

GUM Incertitude type : = 0,58 a soit ici 2,1.10-2 mA

Taux de confiance 58%( c’est peu …)

a a

val luedensité deprobabilité

1/2a

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Se comprendre …

L’expression du résultat ….

Résultat de mesure = valeur lue ou calculée ± incertitude

Intensité : (349,4 ± 4,2).10-2 mAouIntensité = 3,494 ± 0,042 mA

Taux de confiance : 58% c’est peu élargir l’incertitude (GUM)

2 chiffres significatifs max

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Mai 2011 – PNF

Se comprendre …

mesurande

valeur lue (ou calculée) et valeur vraie

erreur

incertitude et incertitude élargie

taux de confiance

Sources d’erreur ? Calculs TIC

C’est moi qui saisit les formules de

calcul

Outils

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Mai 2011 – PNF

Se comprendre … Raisonner …

Quelle est la masse de 200 mL d’eau ?Quelle est la masse de 200 mL d’eau ?

Les erreurs de répétabilité : un exemple

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Chaque groupe a répété 25 fois la même opération

Volume mesuré avec : • une éprouvette graduée pour 7 groupes• une fiole jaugée pour un groupe

Masses mesurées avec une balance au 1/100

Se comprendre … Raisonner …

Les erreurs de répétabilité : un exemple

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0

1

2

3

4

5

6

196,00 197,00 198,00 199,00 200,00 201,00 202,00 203,00 204,00

masse en gramme

éprouvette 1

éprouvette 2

éprouvette 3éprouvette 4

fiole

Se comprendre … Raisonner …

Les erreurs de répétabilité : un exemple

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Mai 2011 – PNF

Erreur de manipulation

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Justesse de E3

Fidélité de E3

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Se comprendre … Raisonner …

Les erreurs de répétabilité : un exemple

Analyse des sources d’erreur

Mesure de volume Mesure de masse : balance

Erreur sur la masse pesée

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Se comprendre … Raisonner … Les erreurs de répétabilité : un exemple

moyenne 198,26 202,49 199,97 202,90 199,41

Écart type 0,56 0,25 1,29 0,36 0,05

E 1 E 2 E 3 E 4 fiole

N-1N-1

en g

Erreur sur la masse due à la mesure du volume

J’ai préparé la feuille du tableur

Incertitude type sur la moyenne : moy =

NN 1

Echantillon de valeurs

Écart typeN-1

Résultats de mesure

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Mai 2011 – PNF

E 1 E 2 E 3 E 4 fiole

moyenne 198,26 202,49 199,97 202,90 199,41

Inc type 0,12 0,052 0,026 0,074 0,0094

198 199 200 201 202 203

E1

E2

E3

E4

Fiole

Les erreurs de répétabilité : un exemple

Balance à prendre en compte

Balance à prendre en compte

en g

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Mai 2011 – PNF

Se comprendre … Raisonner …

Le résultat final devra prendre en compte :

L’incertitude liée à la mesure des volumes

L’incertitude liée à la balance

Combinaison des

incertitudes

Incertitude élargie : coefficient pour avoir un taux de confiance de 95%(il est souvent pris égal à 2 : incertitude élargie = 2 * incertitude type)

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Mai 2011 – PNF

Se comprendre …

mesurande

valeur lue (ou calculée) et valeur vraie

erreur

incertitude et incertitude élargie

taux de confiance

Sources d’erreur ? Calculs TIC

C’est moi qui saisit les formules de

calcul

Outils