La fenêtre du module Vumètres

Le module vumètres, représenté à la figure 19, permet d’afficher les mesures ponctuelles prises avec les différents capteurs. Il permet l’affichage de plusieurs manières. Le module vumètres peut être utilisé par l'apprenant s'il teste la mesure de ses instruments de mesure.

Figure 18 : La fenêtre de la page d'accueil Affichage des capteurs connectés à l’interface (ici en mode simulation) Bande d’icônes des

principales fonctions

Si le logiciel est ouvert sans que l’interface d’acquisition MicrolabExAO ne soit connectée, il affiche qu’il est en mode simulation.

98 Le module graphiques permet d’enregistrer plusieurs mesures en lançant une acquisition de données, de fixer le temps d’expérimentation ainsi que la fréquence entre les mesures. Il est possible d’effectuer une expérimentation en mettant en relation deux ou plusieurs variables, ou encore de constater l’évolution d’une ou plusieurs grandeurs physiques en fonction du temps. Le logiciel affiche automatiquement les données prises par les capteurs sous la forme d'un nuage de points. Suite à cette expérimentation, il est aussi possible d’afficher un tableau des données expérimentales. La figure 20 présente les résultats d'une expérimentation avec plusieurs capteurs sous la forme de nuages de points. Le module graphiques sera utilisé lors des expérimentations de transformation et de validation lors de la réalisation d’un instrument de mesure.

La fonction d’étalonnage permet d’étalonner la mesure prise par un capteur en fonction d’un étalon. Cet étalon peut être un capteur MicrolabExAO connecté à l’interface ou un instrument de mesure extérieur. Par exemple, il est possible d’étalonner un capteur température pour que celui-ci prenne des données similaires à celles d’un autre capteur de température ou d’un thermomètre à alcool. Cette fonction ne devrait pas être utilisée par l’élève durant la réalisation de son instrument de mesure.

Figure 19 : La fenêtre du module vumètres Cadran présentant la

mesure d'un capteur voltmètre

Chronomètre

Valeur de la mesure d'un capteur de pression relative Bande présentant la mesure d'un capteur de température

Échelle de mesure ajustable

Permet de décaler la mesure pour calibrer le capteur, si nécessaire

99 4.1.3.1.5. La fonction de transformation manuelle

La fonction de transformation permet d’attribuer une nouvelle fonction algébrique à un capteur. C’est cette fonction qui permet d’attribuer une équation algébrique de transfert au transducteur lors de la construction d’un instrument de mesure. Pour accéder à cette fonction, l'apprenant doit cliquer sur la capsule universelle détectée par l’interface en page d'accueil. La fonction transformer ce capteur en décrivant une/des relations de causalité devrait apparaître. Trois sous-fonctions apparaissent aussi. La sous-fonction avec une variable mesurée par MicrolabExAO doit être utilisée en ayant comme étalon un capteur MicrolabExAO branché à l'interface d'acquisition de données. La sous-fonction avec une variable extérieure à MicrolabExAO prend comme étalon un instrument de mesure traditionnel, tout comme la sous-fonction avec deux variables extérieures à MicrolabExAO. La figure 21 montre les sous-fonctions à sélectionner pour effectuer la transformation d'une thermistance connectée à une capsule universelle en utilisant un capteur de température MicrolabExAO comme étalon de mesure.

Il est possible d’observer la variation des variables en fonction du temps.

Les capteurs s'affichent sur la barre du haut. Dans cet exemple, le logiciel mesure simultanément et en temps réel la température, la tension et la pression relative.

Figure 20 : La fenêtre du module graphiques

Les paramètres permettent de lancer une acquisition de données, d'en fixer la durée et la fréquence ainsi que de sélectionner les variables affichées sur le graphique.

100 L'apprenant pourrait aussi utiliser comme étalon un thermomètre à alcool (extérieur à MicrolabExAO), il devra alors sélectionner la sous-fonction avec une variable extérieure à MicrolabExAO. Le logiciel ouvre alors automatiquement une fenêtre, présentée à la figure 22, permettant à l'élève de définir les caractéristiques de l'instrument de mesure traditionnel servant d'étalon, ici le thermomètre à alcool. Une fois ces étapes complétées, le logiciel se place automatiquement en module graphiques et la transformation peut commencer après que l'apprenant ait défini les paramètres de son expérimentation.

L’interface détecte la capsule universelle qu’il faut transformer. Le capteur de température est

l’étalon de mesure utilisé quand une thermistance est connectée à la capsule universelle.

Figure 21 : La fonction de transformation

101 La fonction de transformation sera utilisée par l'élève pour construire ses instruments de mesure. Lors de la réalisation du thermomètre et du détecteur de position, l’élève utilisera comme étalons des instruments de mesure traditionnels extérieurs à MicrolabExAO, soit le thermomètre à alcool et le mètre. Dans chaque cas, il devra sélectionner la sous-fonction avec une variable extérieure à MicrolabExAO et identifier les informations nécessaires à la définition de ces étalons. Comme ces instruments de mesure ne sont pas reconnus par l’interface d’acquisition, une fois en module graphiques, l’élève devra entrer manuellement dans le logiciel les mesures lues sur ces étalons. Lors de la construction du luxmètre et du manomètre, l’élève utilisera comme étalons de mesure des capteurs MicrolabExAO mesurant la lumière et la pression. Il utilisera alors la sous- fonction avec une variable mesurée par MicrolabExAO et passera automatiquement en mode graphique pour effectuer la transformation. Lors de l’expérimentation de transformation, les données de ces étalons seront alors automatiquement enregistrées par l’ordinateur.

Bien que la prochaine fonction sera interdite d’utilisation par l’élève lors de la construction d’un instrument de mesure, il serait aussi possible d’attribuer automatiquement une fonction de transfert algébrique, déjà enregistrée dans le logiciel, à la mesure d’un transducteur. Pour ce faire, il faut cliquer sur l’icône capsule universelle en page d’accueil et sélectionner le type de transducteur connecté à la capsule universelle (pression, température, distance, etc.). L’utilisation de cette fonction sera interdite à l’élève, car elle court-circuiterait la démarche interdisciplinaire de réalisation d’un instrument de mesure.

La modélisation algébrique permet d'attribuer une équation algébrique à un nuage de points en utilisant les outils modéliseur ou modélisation et incertitude disponibles dans la section outils mathématiques présentée à la figure 23. L'outil modéliseur permet d’établir la fonction algébrique en ajustant une courbe théorique sur un nuage de points. L'apprenant peut ajuster la courbe théorique sur ses données expérimentales en déplaçant la courbe théorique ou en changeant les paramètres de son équation qui s'affiche automatiquement.

L'outil modélisation et incertitude présente les mêmes fonctions que le modéliseur, mais ajoute le traitement statistique des écarts-types à la modélisation pour donner à

102 l'utilisateur la possibilité d'améliorer l'ajustement de la courbe théorique aux données. Pour ce faire, il utilise le graphique des écarts-types faisant correspondre les écarts-types des données expérimentales aux écarts-types théoriques décrits par la distribution de la courbe normale. Ces outils permettent à l’élève de déterminer l’équation algébrique de transfert lors de l’expérimentation de transformation, mais aussi de déterminer l’exactitude de l’instrument de mesure construit lors de la validation de celui-ci. La figure 24 présente la fenêtre qui apparaît lorsque l'élève sélectionne l'outil modélisation et incertitude.

Quand une courbe théorique est ajustée aux données, il est alors possible d'assigner son équation algébrique au capteur pour lequel on souhaite transformer la mesure. Une fois l’équation assignée, elle est enregistrée dans le logiciel. Il est alors nécessaire de retourner en page d’accueil pour activer cette fonction en cliquant sur le capteur à transformer. Durant la réalisation d’un instrument de mesure, c’est sur la capsule universelle que l’élève devra cliquer pour transformer celle-ci selon l’équation algébrique de transfert qu’il aura modélisée. L’apprenant sélectionne alors la fonction appliquer une fonction de transformation et active l’équation assignée au nouveau capteur. Ceci est représenté à la figure 25. Ainsi, ce capteur peut alors prendre de nouvelles mesures.

Figure 23 : Les outils mathématiques pour traiter les données du graphique

Les outils mathématiques modéliseur et

modélisation et incertitude permettent la

modélisation graphique et algébrique des données.

Les données expérimentales s’affichent sous la forme d’un nuage de points.

103 L’équation algébrique de la courbe théorique

sélectionnée ainsi que ses paramètres s'affichent et se modifient automatiquement durant l’ajustement par superposition, effectué par l’élève, de cette courbe théorique aux données expérimentales.

Pour attribuer l’équation algébrique au capteur pour lequel on souhaite transformer la mesure, il est nécessaire d’assigner la fonction au capteur. Cela mémorise la fonction dans le logiciel. La barre verticale affiche les différentes courbes théoriques

qui peuvent servir à la modélisation algébrique. Dans le graphique, c’est la droite (y = ax+b) qui a été sélectionnée.

La distribution théorique des écarts-types est en vert. La distribution des écarts-types des données expérimentales est en rouge.

Figure 24 : La fenêtre de l'outil modélisation et incertitude

Figure 25 : La fonction appliquer une fonction de transformation Cette fonction permet d’appliquer une

équation de transformation à la mesure d’un capteur.

Il est possible d’activer ou de supprimer cette équation de transformation.

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