Option MPI (Zone 3)

TP n°5 : Autres exemples de capteurs de température

Objectif : comparer des capteurs de température.

Etude d’un circuit intégré LM35.

Important : Avant de commencer votre circuit, noter bien le numéro du LM35DZ que vous avez utilisé.

Réalisation du montage.

Le LM35DZ est un circuit intégré comportant différents composants et qui possède trois bornes, notées A, B et M.

La borne A est repéré par un fil rouge, la borne B par un fil violet (ou bleu) et la borne M (=masse) par un fil noir.

On alimente le circuit intégré LM35 grâce à la sortie +5V du boîtier Bora. La tension que l’on mesure à l’aide du boîtier Bora est la tension U_BM. Votre travail est d’étudier l’évolution de cette tension en fonction de la température du composant.

Le graphe que l’on souhaite obtenir est celui donnant les variations de la tension U_BM en fonction de la température : U_BM=f(Température).

La température sera lue sur le thermomètre puis entrée, pas à pas, au clavier sous synchronie.
La tension U_BM est mesurée par le boîtier Bora puis elle est envoyée pas à pas et instantanément à Synchronie.

Utiliser la fiche méthode n°5 pour paramétrer le logiciel. On utilisera les paramètres suivants :

Tache n°	Paramétrages de synchronie
1	Relier le point B de la diode à l’entrée EA0 puis le point M à la masse du boîtier.
5	choisir le mode pas à pas, instantanée
6	Ne pas utiliser de capteur, Synchronie ne connaît pas le capteur que vous utilisez
7	Calibre -1/+1
8	Entrer U_BM pour le nom de la variable mesurée et V pour son unité
9	La tension U_BM est à portée en ordonnée dans la fenêtre 1 : Cocher la fenêtre 1
10	Cliquer sur 1 pour paramétrer la deuxième variable (la température)
11	Choisir le mode pas à pas, clavier dans la rubrique configuration matérielle
12	Entrer Température pour le nom de la variable mesurée et °C pour son unité Ne pas cocher de fenêtre (la température n’est pas à porter en ordonnée mais en abscisse)
13	Cliquer sur l’onglet Fenêtre, puis indiquer que la température est à porter en abscisse
14	Echelle en X : calibrer sur Manuelle ; minimum =0 et maximum=100 Echelle en Y : calibrer sur Manuelle ; minimum=0 et maximum=1

Appelez le professeur avant de poursuivre afin de vérifier vos paramètres d’acquisition.
Placer le LM35DZ et le thermomètre dans le ballon rempli d’air.
Chauffer le ballon à l’aide d’un chauffe-ballon (thermostat au maximum).
Commencer l’acquisition (raccourci clavier F10) et réaliser une mesure tous les 5°C environ jusqu’à 80°C. Arrivé à 80°C, RETIRER TOUT DE SUITE LE LM35DZ ET LE THEMOMETRE DU BALLON.

Tracé et modélisation de la courbe d’étalonnage.

Tracer avec Synchronie le graphe U_BM=f(Température).
Modéliser la droite obtenue en indiquant que l'incertitude sur la température est de 1°C, celle de la tension est de 0,001 V et que l’on souhaite avoir une précision sur la valeur affichée à 10^-3 près.
Donner l'équation de cette droite.
A partir de cette équation, exprimer la température en fonction de la tension.

Applications numériques :

Si la diode était placé dans l’eau bouillante, quelle serait la tension U_BM du LM35DZ ?
La tension U_BM vaut maintenant 0,75 V. Quelle est la température autour du LM35DZ ?

Etude d’une thermistance à coefficient de température négatif (à CTN)

Important : Avant de commencer votre circuit, noter bien le numéro de la thermistance que vous avez utilisée.

Réalisation du montage.

La thermistance, dont le symbole est représenté ci-dessous, est un composant dont la résistance varie avec la température.

A l’aide d’un ohmmètre, mesurer la résistance de la thermistance à température ambiante.
La tenir ensuite entre ses doigts et vérifier que la résistance varie bien, avec la température.

On veut tracer la graphique R=f(température).

Placer la thermistance et le thermomètre dans un ballon rempli d’eau.
Relier la thermistance à l’ohmmètre.
Chauffer le ballon grâce au chauffe-ballon et relever les valeurs de la température et de la résistance tous les 5°C jusqu’à 80°C.

Tracé et modélisation de la courbe d’étalonnage.

Utiliser la fiche méthode n°1 pour entrer vos valeurs dans un tableau puis la fiche méthode n°2 pour tracer le graphe R=f(température) avec Synchronie.
Peut-on modéliser ce graphe par une droite ?
Essayer de le modéliser avec d’autres fonctions proposées par Synchronie. Pour chaque essai, noter l’équation donnée par Synchronie et préciser si la modélisation est proche des points expérimentaux.
Quelle modélisation vous semble la plus satisfaisante ?

Comparaison des trois capteurs de température.

La diode au silicium, le LM35DZ et la thermistance sont trois composants dont une caractéristique électrique varie avec la température : ce sont des capteurs de température. Avec ces trois capteurs, nous pouvons maintenant connaître la température grâce à une mesure électrique : ils sont étalonnés.

Comparer ces trois capteurs (grandeur électrique étudiée, allure de la courbe d’étalonnage…) et présenter les avantages et inconvénients de chacun.

Exercice d’application

Associer une équation à chacun des graphiques représentés ci-dessous :

(les échelles sont différents pour chaque graphique)

U=0,6–0,003T ; R=3T+100 ; U=0,2T ; U=-2,5 + 0,5T ; U=10T+0,4 ; R=-0,05T+3

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Claire RANDON et Tony BOIVIN

Professeurs de sciences-physiques

Lycée Augustin Thierry 41000 Blois
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