File

advertisement
Cahier de laboratoire
La conception d’un capteur de température
Nom : ________René Poulin____________________________
But
À l’aide d’une thermistance et du matériel fourni, concevoir un capteur de température qui servira à
mesurer deux températures d’objets de la salle de classe.
Mise en gardes et remarques générales
 Lorsque des résistances sont mesurées à l’aide du multimètre, il est important de
déconnecter toute source de courant (AC ou DC).
 Utiliser le multimètre avec prudence lors de la mesure de tensions. Déconnecter le
circuit à tester avant de faire les branchements.
Références :
-
Omega : Compagnie fabriquant des thermistances : http://www.omega.fr/prodinfo/thermistances.html
Page consultée le 3/13/2015
-
Guide d’utilisation d’un thermistance : http://www.ni.com/tutorial/7112/en/
Page consultée le 3/13/2015
Conception d’un capteur de température
Hypothèse – Ma prédiction
Conception imaginée (indiquez les matériaux utilisés):
Le circuit électrique suivant permettra la conception d’un capteur de température :
Cr1 Description adéquate du
problème
Formulation d’une explication ou d’une solution provisoire (2)
page 3
Conception d’un capteur de température
Conception : Planification et réalisation
Le matériel nécessaire :
Une thermistance
Un multimètre
Eau du robinet
Une combinaison de résistors
Une source électrique de 10 V
Fils électriques
Fer à souder et étain pour la soudure
Un thermomètre
Plaque d’assemblage de
circuits électriques
Un bécher
Une plaque chauffante
N°
Les étapes de conception:
Mesurer la valeur de la thermistance (en Ohms)
Mesurer la valeur des résistances (en Ohms) et en choisir qui ont une valeur semblable à celle de la
thermistance. Au besoin assembler les résistances en série.
À l’aide de la plaque d’assemblage de circuits électriques, reproduire un système électrique semblable
à celui illustré plus bas.
À l’aide du multimètre, mesurer les tensions d’entrée et de sortie et vérifier qu’elles sont du même
ordre de grandeur. Si c’est le cas, le système est prêt à être utilisé.
Fixer les divers éléments du système électrique fabriqué à l’aide de soudure (retirer au préalable de la
plaque d’assemblage).
Afin de calibrer le capteur, mesurer la tension d’échantillons d’eau à des températures mesurées (5 oC,
25oC, 50oC). Les tensions mesurées pour ces 3 échantillons serviront à établir la relation graphique
entre la tension de sortie et la température de différents objets.
Mesurer la tension de sortie lorsque la thermistance est en contact avec des objets à diverses
températures. Prendre des mesures pour au moins 2 objets qui ont des températures différentes.
À l’aide de la relation graphique, déterminer la température (en °C) en fonction du voltage obtenu.
Cr2 Mise en œuvre d’une
démarche appropriée
Planification du travail
Réajustement de la démarche, au besoin (1)
page 4
Conception d’un capteur de température
Expérimentation/Observations
Je note ou je dessine ce que j’observe, ce que je fais, ce que je découvre. Je réalise
les étapes de ma démarche.
Observations :
Il est important de bien tenir les 2 bornes du multimètre en place lorsqu’on mesure les
tensions, sinon les mesures fluctuent quelque peu.
La température de la thermistance varie rapidement si on ne conserve pas le contact
direct avec l’objet dont on désire mesurer la température.
-
Premier résistor (R1)
Deuxième résistor (R2)
Troisième résistor (R3)
Thermistance (R4)
Résistance (kΩ) à 10V.
2.23
2.22
2.12
10.27
Tableau 1 : Mesure de la résistance des résistors et thermistance utilisés
Étalon 1
Étalon 2
Étalon 3
Température (oC)
25
50
5
Voltage (V)
6.10
3.88
8.17
Tableau 2 : Courbe étalon à différentes températures
page 5
Conception d’un capteur de température
Figure 2 : Courbe étalon à différentes températures
Main d’un élève
Eau du robinet
Voltage (V)
5.45
6.28
Température (°C)
32.9°C
23.65 °C
Tableau 3 : Détermination des températures à partir du voltage obtenu
Cr2 Mise en œuvre d’une
démarche appropriée
Cr3 Utilisation appropriée
d’instruments, d’outils ou de
techniques
Réalisation de la démarche (1)
Manipulation d’objets, d’outils ou d’instruments
Respect de la sécurité
Mon bilan/Interprétation
Est-ce que mes réalisations confirment ce que je pensais (idées
initiales et hypothèse) ?
oui
Pourquoi ?
Le système électrique réalisé permet comme prévu de mesurer des températures à
l’aide de mesures de tension électriques.
Nous avons pu mesurer la température de 2 objets (la main d’un élève et de l’eau
sortant du robinet) en mesurant la tension aux bornes de la thermistance lorsque
celle-ci était en contact prolongé avec ces objets (i.e. lorsque la thermistance avait
atteint un équilibre thermique avec l’objet dont on mesurait la température). Il
nous semble probable que la température de l’eau qui sort du robinet ait été
semblable à celle de l’air ambiant ou un peu plus froid, et c’est bien le cas. Il nous
semble aussi plausible que la température atteint par la thermistance en contact
prolongé dans la main d’un élève ait été un peu inférieur à celle de la température
du corps humain, mais supérieur à la température de la pièce, et c’est ce que nous
page 6
Conception d’un capteur de température
avons à nouveau observé. Selon nos résultats, il semble que la résistance de la
thermistance diminue (la tension diminue) lorsque la température diminue. Cela
semble en accord avec la théorie. Plus la température diminue, plus le courant peut
passer facilement à travers la thermistance.
Cr2 Mise en œuvre d’une
démarche appropriée
Réalisation de la démarche (2)
Réajustement de la démarche, au besoin (2)
Conclusion et retour sur la démarche
Mon expérience répond au but du laboratoire ?
oui
Justifie ta réponse…
Notre hypothèse de départ sur le montage du capteur thermique a été confirmée. L’établissement de la
courbe étalon a permis de déterminer, avec ce qui nous semble assez de précision, la température en fonction
de la tension obtenue. Le capteur électrique construit à partir d’une thermistance de 10.27 kΩ et de trois
résistors ayant environ 2 kΩ chacun a permis de déterminer la température de façon précise à partir de
l’équation de notre courbe graphique.
Ce laboratoire de conception d’un capteur thermique à l’aide d’un thermistance et de résistors nous a permis
d’établir la température de différents objets. Pour s’assurer éventuellement d’une plus grande précision dans
l’obtention de la température de ces objets, il faudrait prendre davantage de mesures de tension avec des
échantillons d’eau et choisir un écart plus grand entre la température des échantillons d’eau. Cela aurait
permis un calibrage encore plus précis.
page 7
Téléchargement