Expérimentation assistée par ordinateur

 Expérimentation assistée par ordinateur (EXAO).

Un nombre important d'expériences consistent à effectuer une série de mesures, à les présenter sous forme de tableau, à dessiner un graphique et effectuer certains calculs. Toutes ces opérations peuvent être réalisées à l'aide d'un ordinateur doté d'une imprimante, à l'aide d'une interface munie de capteurs.

Le capteur sert à transformer la grandeur à mesurer (température, pH, pression...) en tension électrique. Cette tension est alors numérisée (comme dans un multimètre à affichage numérique) par l'interface.

L'interface est parfois incorporée dans l'ordinateur (carte), mais elle peut aussi être externe et reliée à l'ordinateur par le port série ou USB. Il existe également des consoles autonomes qui peuvent fonctionner sans être reliées à l'ordinateur. Ce dernier étant utilisé à la fin de l'expérience pour traiter les données et imprimer les tableaux de mesure et les courbes.

 Exemple de console autonome: VTT de Jeulin.

	La console VTT La console VTT est une interface "portable", c'est-à-dire qu'elle permet d'acquérir des données sans être reliée à l'ordinateur. Elle a en plus l'avantage de visualiser sur son écran (180 x 180 pixels) les tableaux de mesures et les courbes.  Les capteurs : - capteur de tension (-20V à +20V) - capteur d'intensité (-0,5A à +0,5A) - capteur de température (-20°C à 120°C) - pH-mètre avec sa sonde Autres capteurs (optionnels) : capteur de pression (0 à 2000 hPa), luxmètre …
		La console VTT et ses 4 capteurs

 Utilisation de la console d'acquisition VTT.

La console VTT fonctionne grâce à des logiciels internes que l'on charge à partir d'un ordinateur et qui sont sauvegardés dans une mémoire flash, c'est-à-dire qui ne s'efface pas en l'absence d'alimentation. 

 Le mode multimètre

 Utilisation d'une application

A partir du mode multimètre, on peut charger une application en appuyant sur F1 (Appli)
La liste des applications chargées dans la console apparaît. (ex: ENREGISTREUR114A)
Déplacer la surbrillance sur l'application choisie à l'aide des flèches haut et bas.
Valider avec OK

---

 L'Oscilloscope  

   L'application Oscilloscope100A

La nouvelle version du logiciel interne oscilloscope permet, outre la visualisation habituelle, l'acquisition et la sauvegarde des variations d'une tension alternative de fréquence pouvant dépasser 1000Hz.

La durée entre deux mesures peut descendre jusqu'à 10µs.

 L'Enregistreur  

L'enregistreur 114A permet l'acquisition manuelle des données:

• en mode en mode numéroté (les données sont numérotées)
• en mode texte (les données sont repérées par un texte)
• en mode horodaté. (les données sont repérées par la date (l'heure) d'acquisition.
• en mode XY si deux capteurs sont branchés dont l'un sur la voieY4 (X).

 Acquisition manuelle des données en mode texte

Mesure du pH de diverses solutions:

Matériel: capteur de pH avec sa sonde

	Brancher le capteur de pH sur la console. Plonger la sonde dans la solution (par exemple de l'eau de Volvic) Appuyer sur F1 (Appli) puis sur OK pour valider l'enregistreur. Choisir le mode manuel. Appuyer sur le bouton de Réglage Choisir le mode Texte Lorsque la valeur du pH est stable appuyer sur MEM
	La mesure est enregistrée, il reste à inscrire un nom pour la mesure (exemple : "Volvic") en déplaçant le curseur avec les flèches dans l'écran de saisie. Après validation par MEM le tableau de données affiche le nom et la valeur de la mesure. Dans la page graphique appuyer sur F2 (Options.) Dans le menu des options d'affichage choisir "Histogramme" On obtient le tracé ci-contre.

Acquisition manuelle des données en mode XY

Caractéristique d'un dipôle

Matériel: Un générateur variable (ex: 0 à 12 V), le dipôle, un capteur de tension, un capteur d'intensité.

	Brancher le capteur d'intensité en Y4 (X) et le capteur de tension sur une autre voie. Relier le dipôle étudié au générateur en intercalant le capteur d'intensité en série et brancher le capteur de tension en dérivation aux bornes du dipôle. Appuyer sur F1 (Appli) puis sur OK pour charger l'enregistreur. Choisir le mode XY. Régler la tension du générateur au minimum
	Appuyer sur MEM pour obtenir l'acquisition du premier point Augmenter la tension du générateur . Appuyer à nouveau sur MEM pour le deuxième point. Etc... (on peut lire les valeurs de la tension et de l'intensité avant leur enregistrement et surveiller l'expérience soit en mode tableau, soit en mode graphique) Conseil : Ne pas inverser le sens de variation de la tension, car les points sont reliés dans l'ordre d'acquisition. Ci-contre: caractéristique d'une lampe 6V - 100mA

 Acquisition automatique des données

L'enregistreur permet l'acquisition automatique des données à intervalles réguliers pour l'étude de phénomènes en fonction du temps.

Tension variable d'un générateur TBF

Il est possible d'utiliser l'enregistreur à la place de l'oscilloscope pour étudier les variations d'une tension alternative.

Rappel: On passe de l'affichage du tableau à l'affichage du graphique grâce à la touche bleue.

En affichage graphique, on peut modifier le type de représentation (histogramme, monocourbe, multicourbes, avec des points reliés ou non) en appuyant sur F2 (Options.)

L'intervalle de temps entre deux points de la courbe peut être mesuré grâce à l'option D t (F3):

Déplacer le réticule en pointillé sur le premier point à étudier à l'aide des flèches horizontales.

Appuyer sur F3 et déplacer le nouveau réticule avec les flèches jusqu'au second point.

L'écran affiche l'intervalle de temps D t entre les deux points et son inverse 1/D t en hertz. (voir le dessin 4 ci-dessus)

Cette fonction est très pratique pour obtenir la période et la fréquence d'une tension alternative.

Changement d'état (solidification, fusion, ébullition)

Brancher le capteur de température sur la console, placer la sonde au bon endroit et procéder comme précédemment. Les images ci-contre représentent l'écran de la console lors de la solidification de l'eau.

 La sauvegarde des données

Lorsque l'acquisition est terminée, on peut enregistrer le fichier de mesures:

Appuyer sur F1 pour ouvrir le menu, choisir "sauvegarder"

Une fenêtre de saisie s'ouvre alors. Pour taper le nom du fichier, il faut déplacer le curseur avec les flèches, valider chaque caractère avec OK puis terminer par MEM

La sauvegarde s'effectue dans une mémoire qui a besoin d'être alimentée pour conserver les données. La console doit donc être dotée de piles lors du déplacement jusqu'à l'ordinateur.

Les tableaux de mesure et les graphiques correspondants peuvent être visualisés sur la console:

Il faut sélectionner "Ouvrir" dans le menu, et choisir le fichier contenu dans la mémoire.

 Exportation des données vers l'ordinateur.

Logiciel Centre de contrôle VTT

La console étant reliée au port série du PC, elle peut communiquer avec le micro-ordinateur. Il est possible:

- de rapatrier dans le PC les mesures sauvegardées dans la console
- de télécharger dans la console des programmes depuis l'ordinateur
- de vider la mémoire de la console.
- d'afficher sur l'écran de l'ordinateur la "console virtuelle" et de commander le VTT à l'aide de la souris.
- d'afficher la liste des fichiers dans la console et dans l'ordinateur.
- de visualiser et d'imprimer les courbes et tableaux.

Visualiseur

En cliquant sur le nom d'un fichier, on affiche le graphe.

La forme des "points", la liaison entre ces points, la couleur de la courbe, tout est paramétrable. (menu Affichage > Légende > Manipulation )

On peut également changer l'échelle ou afficher le tableau des mesures dans lequel des points peuvent être masqués (ils n'apparaissent plus sur le graphique).

Si l'on enregistre le fichier après des modifications, la nouvelle échelle n'est pas sauvegardée.

---