Vérifications croisées.

C’est de loin l’une des expériences les plus simples à conduire, mais qui devrait accompagner la mise en service de chaque appareil d’un laboratoire. D’une façon générale, on ne doit jamais faire confiance à un instrument de mesure, si au préalable on n’en a pas contrôlé le parfait fonctionnement. Par ailleurs, tout appareil de mesure doit bénéficier d’un suivi technique, c’est à dire faire l’objet de vérifications et de réétalonnages périodiques. Enfin, la seule vérification qui soit fiable consiste à faire appel à une référence extérieure. L’expérience qui suit a pour but d’imager ce propos. Pour la réaliser il nous faut le mini laboratoire, et un module Arduino.

Expérience de maintenance en références croisées.

Conceptuellement, effectuer un contrôle en références croisées consiste à « opposer » deux appareils. L’un sert à vérifier l’autre, sachant que le principe de la manipulation génère la réciproque. On réalise ainsi un « coup double ». Par contre, s’il y a contradiction, les deux seront en « présomption de culpabilité ». Il sera alors obligatoire de faire intervenir un troisième juge pour savoir si c’est X qui est en cause, si c’est Y et pourquoi pas les deux ?
Téléversez P15_Generateur_ETALON.ino sur la carte Arduino Uno expérimentale. Moyennant de brancher correctement deux boutons sur l’entrée A0, elle va nous servir de générateur étalon et indiquer sur la ligne USB la valeur de la fréquence sélectionnée.
La Fig.25 présente cette expérience, sauf que possédant à la fois le SHIELD et le mini laboratoire, ce sont ces deux ensembles qui vont « croiser le fer », estimant que l’écran du SHIELD est plus « parlant » que l’écran du moniteur vidéo de l’ordinateur. C’est parti pour les manipulations :
Conditionnez le mini laboratoire en fréquencemètre. Sur ce dernier optez pour les mesures « lentes ».
Sur Arduino UNO sélectionnez la fréquence étalon la plus élevée possible. Notre générateur indique exactement 50000 Hz, mais ce n’est qu’un affichage programmé. Est-ce réellement la valeur qui caractérise le signal fourni ? Et bien le laboratoire apporte une réponse : 49.998 Hz.
Manifestement il y a convergence. Les valeurs obtenues sont totalement compatibles avec celles du cahier des charges fonctionnel. (Il frime l’auteur en ce moment ! Ce vocable fumeux pour faire référence au manuel, c’est un peu ronflant non ?) On ouvre le manuel d’utilisation à la page 27. Le livret annonce que pour le générateur étalon l’imprécision n’est que de ± 1Hz sur toutes les fréquences. Donc, si l’étalon respecte

les caractéristiques annoncées, la valeur de la fréquence du signal fourni doit être comprise entre 49998Hz et 50002Hz. (Le ± 1Hz annoncé auquel on doit ajouter une fluctuation de ± une unité inhérente à tout système numérique.)
Maintenant en page 8 il est précisé que le fréquencemètre assure au moins cinq chiffres significatifs. Donc, ce que montre la Fig.25 est rassurant … presque un peu trop magique. Chez vous, une certaine divergence sur les dizaines de Hz sera vraisemblable. Si vous relisez le didacticiel, la temporisation pour mesurer avec précision est ajustée par logiciel. Ici j’ai utilisé un étalon de fréquences particulièrement précis sur les deux appareils. Mais rares seront ceux qui peuvent bénéficier de références aussi élaborées. Vous pouvez naturellement mettre en pratique les notions abordées dans les chapitres précédents, et procéder par hétérodinage, utiliser les battements sur France Inter etc.
Reste que la recherche d’une précision absolue n’est franchement pas utile. Si le fréquencemètre est déjà juste sur quatre chiffres significatifs, vous couvrirez largement vos « besoins informatiques courants ».
Pour autant que les résultats observables sur la Fig.25 soient magiques, ils ne garantissent en rien la précision des deux appareils. En effet, dans les deux cas nous sommes sur une technologie identique. Imaginons que sur les deux appareils les quarts qui cadencent l’horloge de l’ATmega328 soient issus d’une série défectueuse et vibrent à 15634Hz au lieu de 16MHz. Sur les deux appareils, fréquence et mesures sont dégradées dans exactement le même pourcentage. La fréquence générée serait trop faible, mais la durée mesurée trop grande. L’un compensant l’autre nous aurions des valeurs aussi magiques. C’est la raison pour laquelle, si vraiment nous voulons des certitudes, il faut impérativement utiliser des sources externes, si possibles de technologies différentes. Ceci étant précisé, rassurez-vous : Les composants du commerce sont fiables, car dans le cas contraire ils seraient invendables. Le quartz d’Arduino fait bien ses 16MHz …

Expérience croisées sur les mesures de tension.

x

Deuxième manipulation plus significative à mon sens. Le mini laboratoire utilisé en voltmètre numérique annonce la tension générée par le potentiomètre local. Cette tension est disponible sur l’entrée E qui en l’occurrence devient aussi une sortie. Sur le SHIELD, ou pour vous sur Arduino dialoguant sur la voie série USB, on mesure la tension continue ainsi disponible. Sur la Fig.26 on peut observer le mini laboratoire qui annonce une tension ajustée à +4.87Vcc. Sur la Fig.27 le SHIELD prétend recevoir une tension plus forte égale à 4,96Vcc.

Hors le laboratoire reçoit directement la tension du potentiomètre, alors que sur le SHIELD cette dernière transite par les deux résistances de 1KΩ mises en série sur les deux entrées E. Par conséquent, sur le SHIELD la tension annoncée devrait se montrer plus faible. D’ou vient cette divergence des deux valeurs qui manifestement est relativement importante en pourcentage ?
Non, ce n’est ni le CAN qui est en cause, ni la tension de référence avec laquelle il fonctionne. L’ATmega328 et la carte Arduino ne sont pas du tout en cause.
La raison de ces imprécisions résulte du programme qui traite de cette fonction. Comme pour ma part je ne recherche pas la précision absolue quand je mesure des tensions et des courants, (Sauf cas particulier naturellement.) je n’ai pas fait l’effort d’ajuster avec attention l’étalonnage logiciel des résistances qui conditionnent l’entrée E. Les composants utilisés sont à 5%. Ce sont les coefficients de correction qu’il faut soigner si vous désirez une plus grande précision. Pour ma part je me suis contenté d’une approche à 2% que j’estime largement
suffisante pour couvrir mes besoins dans le cadre des mesures courantes sur mes électroniques.

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