Aurélie 28/03/13
 

 

Instrumentation, sécurité, chimie, physique : concours ITRF 2012, Institut de Physique du Globe Paris.

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Instrumentation et mesures physiques.
Qu'est-ce-qu'un bit et un octet ?
Le bit est un chiffre binaire ( 0 ou 1 ). Il désigne la quantité élémentaire d'information représentée par un chiffre du système binaire. Un octete est une suite de 8 bits.
Quelle transformation une grandeur physique mesurée doit-elle subir pour être explotable par un ordinateur ?
Une grandeur physique mesurée est un signal analogique, elle doit être transformée en signal numérique.
Comment relie-ton un appareil de mesure à un ordinateur ?
L'appareil de mesure doit être relié à l'ordinateur via une interface d'acquisition.
Citer 4 bus/ports permettant de piloter des appareils d'instrumentation et d'acquérir des données.
Ports érie, parallèle, USB, bus PCI.
Donnez une solution logicielle permettant de piloter un appareil.

Enoncer le principe d'échantillonnage de Shannon.
La fréquence d'échantillonnage doit être au moins deux fois supérieure à la fréquence d'origine du signal.
Expliquez ce que représente le nombre de bits de codage, et en quoi il est important.
Pour un code composé de N bits, on obtient 2
N combinaisons différentes. En conséquence, plus le code comporte de bits, plus on peut disposer d'un nombre important de commandes ou données.
Soit la chaîne d'acquistion numérique schématisée ci-dessous. Rappelez le rôle de chacun des blocs et donnez un exemple détaillé de chaîne.
Capteur --> Conditionnement --> échantillonnage --> CAN --> Stockage.
Un capteur convertit un phénomène physique en signal électrique mesurable.
Conditionnement du signal : transformer et adapter le signal de départ afin de lui donner la forme la plus appropriée pour son traitement ( amplification, filtrage ).
Echantillonnage : prélever une série de valeurs ponctuelles du signal à intervalle de temps régulier appelé période d'échantillonnage. CAN : conversion analogique numérique. Stockage : les données numériques sont enregistrées sur un disque dur.

Donnez la définition de la résolution d'un capteur et la définition de sa sensibilité.
Résolution : plus petite variation de grandeur mesurable par le capteur.
Sensibilité : variation du signal de sortie par rapport à la variation du signal d'
entrée.
Pour chaque grandeur physique ci-dessous, donner les unités SI et un capteur permettant sa mesure.
Force  : newton ( N) , capteur de force, jauge de contrainte.
 Pression : pascal ( Pa ) capteur de pression, transducteur piezo-électrique.
Pression acoustique : pascal ( Pa ) microphone.
Accélération : mètre seconde-2 ( m s-2), accéléromètre.
Température : kelvin ( K), thermocouple, thermistance.
pH : ( sans unité), pHmètre.
Puissance optique : dioptrie, photorésistance, photomultiplieur.

Précisez pour chacun des 2 signaux représentés sur l’oscillogramme cidessous, la période en ms , la fréquence, l'amplitude, l'offset, la tension efficace.

Signal 1 ( en rouge ) : période = 5 divisions ou 5*200 =1000 µs = 1,0 ms ; fréquence : 1/0,001 = 1000 Hz ; amplitude : 2 divisions ou 2*500 = 1000 mV = 1,0 V; offset nul, pas de décalage par rapport  à l'axe des volts; tension efficace : 2 / 1,414 = 1,4 V.
Signal 2 ( en bleu ) : période = 4,2 divisions ou 4,2*200 =840 µs = 0,84 ms ; fréquence : 1/0,00084 = 1,2 103 Hz ; amplitude : 3 divisions ou 3*1 = 3,0 V; offset nul, pas de décalage par rapport  à l'axe des volts; tension efficace : 3 / 1,414 = 2,1 V.
Quel est le décalage temporel entre les deux signaux et le déphasage correspondant ?
Le signal bleu est en avance d'environ 0,8 division ( soit 160 µs ) sur le signal rouge.160 µ correspondent à 0,16 période du signal rouge soit 0,16*2p ~ 1 radian.
Sécurité.
Citer trois équipements de protection individuelle couramment utilisés dans un laboratoire.
Chaussures de sécurité, blouse, gants et lunettes.
A partir de quel niveau sonore en décibels ( dBA) considère-t-on qu'il y a un risque pour l'oreille ? 30, 50 ou 80 dB.
Citez deux types d'extincteur et donnez leurs applications.
Pour un feu de bois : eau pulvérisée.
- Pour un feu de solvants : poudres ou eau avec additifs.
- Pour un feu de sodium : sable.
Donnez les numéros d'appel des pompiers et du SAMU.
Pompiers : 18 ; SAMU : 15.
Le disjoncteur différentiel de la salle d'expérience dans laquelle vous travaillez " saute ". Que faites vous ?
Généralement un ensemble de disjoncteurs protégeant différentes lignes électriques accompagnent ce disjoncteur différentiel.
Rechercher celui qui a basculé, donc la ligne électrique en cause, puis débrancher le(s) appareil(s)  responsable(s) de ce disfonctionnement.
A quoi correspondent les pictogrammes suivants ?

(1) : substa nce cancerigène ; (2) : radiation ionisantes ; (3) : protection obligatoire de l'ouie ; (4) : danger électrique ; (5) : rayonnement laser ;(6) : champ magnétique important ; (7) : Entrée interdite aux personnes non autorisées ;


Chimie.
Une solution de pH=4 est-elle acide, basique ou neutre ?
A 25°C, une solution acide a un pH inférieur à 7.

Identifier les bases, les acides et les solvants.
Acides : HClO4, H2SO4. Bases :  NaOH, solution d'ammoniaque, Na2CO3. Solvants : C2H5OH.
Quelles sont les précautions à prendre lors d'un mélange eau-acide fort ?
Port de gants, blouse et lunettes de sécurité ; verser l'acide fort dans l'eau afin d'éviter les projections d'acide.
Quelle est la masse molaire de K2SO4 ?
M = 2*39 +32 +4*16 =174 g/mol.
Quelle est la masse de sulfate de potassium pour préparer 100 mL de solution à 0,1 mol/L ?
Quantité de matière n = V C = 0,1*0,1 = 0,01 mol
masse : m = n M = 0,01*174 = 1,74 ~1,7 g.
Quel volume de cette solution à 0,1 mol/L faut-il prélever pour préparer 1 L de solution à 10-4 mol/L ?
Facteur de dilution F = 0,1 / 10-4 = 1000 ; volume à tprélever 1 /1000 = 0,001 L = 1 mL.
Physique.
Donner les estimations des grandeurs suivantes :
Vitesse de la lumière dans le vide : 3 108 m/s ; pression atmosphérique : 1 bar ou 105 Pa ; vitesse du son dans l'air : 340 m/s ; température de l'azote liquide : -190°C; masse volumique de l'eau : 1000 kg/m3 = 1 g/cm3.
Quel est le domaine de fréquence audible pour l'homme ?
20 Hz à 20 kHz.
Un haut parleur produit un son de 60 dB. Quel est le niveau sonore global produit par deux haut-parleurs alimentés par le même signal ?
Les intensités acoustiques s'ajoutent : I =2 I0 100,1 N =2*10-12 106 = 2 10-6 W m-2.
N' = 10 log (I / I0) 10 log(
2 10-6 / 10-12)=63 dB.
Un multimètre numérique en fonction ampèremètre se comporte comme :
- Un fil électrique ( faux);
- une résistance de faible valeur. (Vrai).
- un interrupteur ouvert. (Faux)
- une résistance de forte valeur ( faux).
Un multimètre numérique en fonction voltmètre se comporte comme :
- Un fil électrique ( faux);
- une résistance de faible valeur. (Faux).
- un interrupteur ouvert. (Faux)
- une résistance de forte valeur ( Vrai).
On dispose d'une résistance de caractéristiques 1000 ohms, 10 watt.
Quelle tension continue maximale est-il possible de lui appliquer ?
P = U2/R ; U = (P R) ½ =100 V.
Quelle sera l'intensité qui la traverse ?
I = U/R = 100 / 1000 = 0,1 A.




On donne le circuit ci-dessous : R = 105 ohms, C = 10-9 F.

Que représente la constante de temps de ce circuit ?
Au bout de 5 fois la constante de temps t = RC, le condensateur est pratiquement chargé.
Quelle est la valeur de la constante de temps ?
RC = 105 *10-9 = 10-4 s = 100 µs.
Que valent la tension aux bornes du condensateur et l'intensité dans le circuit une seconde après la fermeture de l'interrupteur K ?
Le condensateur est chargé Uc = 5V et il se comporte comme un interrupteur ouvert ( I =0).
Faire la représentation de Uc à partir de la fermeture de l'interrupteur.

 Le générateur délivre une tension  sinusoïdale de valeur efficace 1 V. R = 10 ohms, L = 100 mH, C = 100 nF.

Quelle est la fréquence de résonance de ce dipole ?
f = 1/(2p (LC)½) avec L = 0,100 H et C= 100 10-9 F.
f = 1/(6,28 10-5) =1,6 104 Hz.
A cette fréquence comment se comporte le dipole placé aux bornes du générateur ?
L'impédance est minimale, égale à R ; l'intensité passe par un maximum. On observe une surtension aux bornes du condensateur.




  


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