Mesures de température

1. Température et thermomètres

Recherche documentaire : trouver des réponses au questionnaire proposé et rédiger un document d'une (ou deux) page(s) avec la liste des sites Web utilisés.

Cette recherche documentaire peut se faire sur Internet... ou sur Intranet (encyclopédies en ligne). Prévoir 2h pour la recherche et la rédaction du document (note sur 15), éventuellement complété d'un transparent, et 1h pour une mise en commun sous forme de présentation orale de 5 minutes par groupe (note sur 5).

On pourra utiliser le logiciel LABO_MPI pour montrer les différentes parties de la chaîne de mesure : capteur (présentation [1-2-3] , étude du LM35 [1] , tude du CTN [1] ), adaptateur (adaptateur LM35 [1-2-3] ), convertisseur (cf. TP 17 ), contrôleur (protocole [2] ), exploitation (logiciel [3] ).

3. Etude d'un capteur de température : la D.E.L.
(diode électroluminescente)

Monter la DEL et une résistance de protection R en série avec le générateur de courant réglé sur 15 mA , puis brancher la diode sur la voie 2 de l'interface ESAO  (la voie 1 étant utilisée par le Thermomètre numérique).

Placer la diode et le thermomètre dans un ballon contenant de l'eau froide, puis régler les paramètres d'acquisition de Généris et lancer l'acquisition ; brancher le chauffe-ballon et faire chauffer l'eau lentement de 20°C à 70°C maximum .

On pourra faire une acquisition manuelle (en XY ) sur 10 points de 20°C à 65°C (tous les 5°C environ). La courbe obtenue et modélisée peut être imprimée à l'aide de la fonction "Compte-rendu" : le document devra notamment comporter la courbe et l'équation de son modèle U = a T + b (avec les valeurs des coefficients a et b ).





 

• Montage conditionneur

  L'ensemble est constitué d'un étage soustracteur (AO1) suivi d'un étage amplificateur inverseur à gain ajustable (AO2) afin d'obtenir une réponse linéaire U_S2 = k T .

  
  

  U_Réf : tension continue de référence
  (montage "potentiomètre" à régler sur la platine MPI )
  
  U_DEL : tension aux bornes de la DEL (U = a T + b)
  (montage précédent avec alimentation 5V, ampèremètre et résistance de protection Rp )

  R₁ = 100 kW  et  R₂ = 10 kW
  

  Rv : résistance ajustable 210 kW
  (à régler sur la platine MPI )

  Les amplificateurs opérationnels sont alimentés en -15V / +15V
   

• Etalonnage du thermomètre

Montage soustracteur : U_S1 = U_DEL - U_Réf

Calculer la valeur de la tension de référence U_Réf que l'on doit appliquer à l'entrée inverseuse du soustracteur pour éliminer le terme constant b de l'équation U = a T + b .

Si l'équation de la caractéristique est U = - 0,002 T + 2,04 , on trouve U_Réf = 2,04 V ce qui conduit à U_S1 = - 0,002 T

Calculer la valeur de la résistance Rv du montage inverseur pour obtenir une tension de sortie U_S2 = 0,01 T ?




 

Le montage inverseur permet d'obtenir une fonction croissante et d'ajuster le gain pour avoir une lecture directe U_S2 = k T  avec k = 0,01 V.°C ^-1 :
 d'où  Rv = 50 k W

Réaliser le montage complet en replaçant la diode dans la glace fondante ( T = 0°C )

On utilisera un thermomètre à alcool (analogique) comme référence.

Appliquer la tension U_DEL aux bornes de la diode à l'entrée non-inverseuse du soustracteur, puis appliquer et régler la tension de référence U_Réf à l'entrée inverseuse du soustracteur.

La tension de sortie U_S1 du premier étage doit être pratiquement nulle : corriger éventuellement la valeur de U_Réf pour affiner le réglage.

Remplacer l'eau froide par de l'eau chaude à la température T°C et ajuster la valeur de Rv afin d'obtenir une tension de sortie U_T = 0,01 T .

Afin de vérifier la qualité de l'étalonnage, observer la valeur de la tension U_S2 et l'indication correspondante d'un thermomètre témoin (analogique) lorsque la température de l'eau varie.

On peut aussi déterminer le temps de réponse du capteur, par exemple en déplaçant rapidement la sonde d'un récipient contenant de l'eau glacée à un autre contenant de l'eau chaude...