Electricité 2001 S.T.L (Physique de laboratoire et de procédés industriels) Baccalauréat technologique

Description

Examen du Secondaire Baccalauréat technologique. Sujet de Electricité 2001. Retrouvez le corrigé Electricité 2001 sur Bankexam.fr.

Sujets

• Électricité
• 2001

Informations

• Publié par: bankexam
• Publié le: 04 juin 2007
• Nombre de lectures: 67
• Langue: Français

Extrait

BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE : SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LABORATOIRE

Coefficient : 5

Session : 2001

Durée : 3 Heures

Options : Toutes

PHYSIQUE DE LABORATOIRE ET

DE PROCÉDÉS INDUSTRIELS

Épreuve : N°4 Physique - Chimie - Électricité

Partie : Électricité

NORMAL

Ce sujet comporte 7 pages

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ELPLME101

La calculatrice (conforme à la circulaire N°99-186 du 16-11-99) est autorisée

Un document-réponse est à rendre avec la copie

ACQUISITION DE LA TEMPÉRATURE INTERNE D'UNE ÉTUVE

On se propose d'étudier un système électronique permettant l'acquisition de la température dans une

enceinte fermée (étuve), par un système numérique microprogrammé (ordinateur ou calculateur).

Le schéma synoptique est représenté ci-dessous :

échantillonneur

bloqueur

Thermocouple

ETUVE

conditionneur

de signaux

CAN

SYSTÈME

MICRO-

PROGRAMMÉ

Système

logique de

commande

v

S1

v

S2

u

H

N

CAN : Convertisseur analogique-numérique

N : Données numériques sur 8 bits

Les parties I, II et III peuvent être traitées indépendamment les unes des autres.

Tous les amplificateurs différentiels intégrés sont idéaux.

I – ÉTUDE DU CAPTEUR (2 points)

I.1 -

Le capteur de température utilisé dans l'étuve est un thermocouple. Il délivre une force

électromotrice e, dont la caractéristique e = f(

θ

) est donnée sur la figure 1,

θ

désignant la température

exprimée en °C.

La caractéristique linéarisée a pour équation e (

θ

) = a.

θ

+ b.

a/

Déterminer les valeurs numériques ainsi que les unités des coefficients a et b.

b/

Déterminer l'expression donnant e (

θ

) en millivolts.

I.2 -

Calculer e pour

θ

= 24°C et

θ

= 72°C.

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ELPLME101

II – ÉTUDE DU CONDITIONNEUR DE COMMANDE (6 points)

Le conditionneur de signaux est constitué :

-

d'un amplificateur d'instrumentation dont le schéma est donné figure 2 (étages 1 et 2)

-

d'un dispositif de mise à l'échelle (étage 3 sur la figure 2)

II.1 - ÉTUDE DU PREMIER ÉTAGE

a/

Quelle est la valeur commune des tensions u

d1

et u

d2

? Justifier.

b/

La résistance R est parcourue par le courant d'intensité i. Ecrire la relation qu'il y a entre e, R

et i.

c/

Justifier l'égalité suivante : i

1

= i'

1

= i.

d/

En déduire l'expression de (v

1

– v

2

) en fonction de e, R et R

1

.

e/

A.N. : R

1

= 100 k

Ω

. Calculer R pour avoir v

1

– v

2

= 200 e.

II.2 - ÉTUDE DU DEUXIEME ÉTAGE

a/

Exprimer v

+

en fonction de v

2

.

b/

Exprimer v

-

en fonction de v

1

et v

s

.

c/

Quelle relation existe-t-il entre v

+

et v

-

?

En déduire l'expression de v

s

en fonction de (v

2

– v

1

). Quelle fonction réalise cet étage ?

d/

Donner l'expression de v

s

en fonction de e.

III – ÉTUDE DU SYSTÈME LOGIQUE DE COMMANDE (9 points)

Le système logique de commande a pour rôle de générer le signal logique u

H

utile à la commande de

l'échantillonneur-bloqueur ainsi qu'au convertisseur analogique-numérique.

Son schéma est donné figure 3.

Les portes logiques CMOS utilisées sont parfaites et leurs entrées sont protégées contre les tensions

négatives. Elles sont alimentées entre 0 V et V

cc

= 15 V. La figure 4 donne la caractéristique de transfert

d'une porte logique inverseuse réalisée avec cette porte.

Les diodes D

1

et D

2

sont parfaites.

L'évolution de la tension u

C1

(t) est donnée sur le document réponse, courbe 4.

III.1 -

Quelle relation existe-t-il entre les tensions u

D

, u

C1

et u

B

?

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III.2 -

A t = 0, u

H

passe instantanément de 0 à V

cc

.

a/

Quelle valeur doit avoir u

D

pour que u

H

bascule ? Placer cette valeur sur la courbe 3 du

document réponse.

b/

Juste après le basculement de u

H

, quelles sont les valeurs prises par les tensions u

B

et u

D

?

c/

Précisez alors l'état des diodes D

1

et D

2

. En déduire l'expression de la constante de temps

τ

1

du circuit de charge du condensateur C

1

.

d/

Pour t

<

t

0

, tracer sur les courbes 1 à 3 du document réponse, les évolutions des tensions

u

H

, u

B

et u

D

.

III.3 -

Que se passe -t-il à t = t

0

? Expliquer brièvement.

III.4 -

Pour t

0

<

t

<

T.

a/

Quelles sont les valeurs prises par les tensions u

B

et u

D

juste après t

0

?

b/

Préciser l'état des diodes D

1

et D

2

. En déduire l'expression de la constante de temps

τ

2

du

circuit de charge du condensateur C

1

.

c/

Tracer sur le document réponse, les évolutions des tensions u

H

, u

B

et u

D

pour t

0

<

t

≤

2T.

(courbes 1 à 3).

III.5 -

On donne : C

1

= 20 nF, R

6

= 3,3 k

Ω

et R

7

= 27 k

Ω

.

a/

Calculer les valeurs numériques de

τ

1

et

τ

2

.

b/

On admet que t

0

=

τ

1

.ln3 et T – t

0

=

τ

2

.ln3.

En déduire l'expression littérale de la période T en fonction de

τ

1

et

τ

2

.

Calculer numériquement T.

IV – ÉTUDE DU CONVERTISSEUR ANALOGIQUE-NUMÉRIQUE (3 points)

L'échantillonneur bloqueur transforme la tension v

S1

en une tension v

S2

en escalier (figure 5). La tension

v

S2

est donc constante pendant une période T du système logique de commande.

Afin d'être mémorisée, la tension v

S2

est ensuite envoyée à un CAN pour être convertie en une grandeur

numérique N (nombre binaire).

Le convertisseur analogique-numérique utilisé possède les caractéristiques suivantes :

-

8 bits de données ;

-

tension pleine échelle : 10 V ;

-

temps de conversion :

∆

t = 100

μ

s.

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IV.1 -

Combien de valeurs peut prendre le nombre N ? En déduire la résolution q de ce

convertisseur ?

IV.2 -

Si le signal d'horloge u

H

a une fréquence f = 1500 Hz, le convertisseur analogique-numérique

a-t-il le temps de convertir correctement la tension v

S2

? Justifier.

IV.3.-QUESTION DE SYNTHÈSE

A partir de la tension v

s

, voir la figure 2, le dispositif de mise à l'échelle du conditionneur de

signaux, élabore la tension v

S1

telle que :

* v

S1

= 0 V lorsque

θ

= 0°C

* v

S1

= 10 V lorsque

θ

= 100°C

La relation entre v

S1

et

θ

est linéaire.

Déterminer les nombres binaires N

1

et N

2

correspondant à des températures d'étuve

θ

1

= 24°C et

θ

2

= 72°C.

e (mV)

100

80

60

40

20

0

2

3

4

5

6

θ

(°C)

Figure 1

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v

+

Mise à

l'échelle

+

∞

-

-

∞

+

+

∞

-

u

d1

R

1

R

R

1

u

d2

R

2

v

2

v

S

v

S1

R

2

R

2

e

v

1

v

-

Étage 3

Étage 2

Étage 1

Figure 2

R

2

i

i'

1

i

1

u

A

R

6

R

7

D

2

D

1

C

1

&

&

u

H

u

D

u

B

Figure 3

u

C1

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u

e

&

u

s

Figure 4

u

S

V

CC

2

V

CC

u

e

V

CC

v

S1

(V)

0

t

t

t

u

H

V

CC

0

t

0

T

v

S2

(V)

0

Figure 5

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DOCUMENT RÉPONSE

(À rendre avec la copie)

V

CC

u

H

0

t

courbe 1

V

CC

u

B

0

t

courbe 2

V

CC

u

D

0

t

courbe 3

u

C1

0

t

courbe 4

2

V

CC

-

2

V

CC

+

t

0

T

2

V

CC

+

-

2

V

CC

CC

V

2

3

2T

ELPLME101

PL99004

FICHE DE MATIERE D'OEUVRE

BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE (S.T.L.)

Physique de Laboratoire et de Procédés Industriels

Session

ELECTRICITE

- Ecrit - Durée : 3 heures - Coefficient : 5

A FOURNIR PAR LE CENTRE D'EXAMEN :

Feuilles de copie

Feuilles de brouillon

A FOURNIR PAR LE CANDIDAT :

La calculatrice (conforme à la circulaire N°99-186 du 16-11-99) est autorisée

DOCUMENTS INTERDITS :

Tous les documents sont interdits.

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Coefficient : 5

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DE PROCÉDÉS INDUSTRIELS

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Normal

Ce CORRIGE comporte

pages

Page 1/

PL99004C

Barème

I.1.a

1

I.1.b

0,5

I.2

0,5

II.1.a

0,5

II.1.b

0,5

II.1.c

0,5

II.1.d

1

II.1.e

0,5

II.2.a

0,5

II.2.b

0,5

II.2.c

0,5+0,5+0,5

II.2.d

0,5

III.1

0,5

III.2.a

0,5

III.2.b

0,5

III.2.c

0,5+0,5

III.2.d

0,5+0,5+0,5

III.3

0,5

III.4.a

0,5

III.4.b

0,5+0,5

III.4.c

0,5+0,5+0,5

III.5.a

0,5

III.5.b

0,5+0,5

IV.1

1

IV.2

1

IV.3

1

2 points

6 points

9 points

3 points