ppt - chimphys

PETOIN Marie
LICHIERE Laurie
Avant correction finale 16 /20
Bilan du groupe sur l’activité ballon, sonde :
Maîtrise d’Excel : très satisfaisante
4,5/ 5
Compte rendu : souvent très bien
argumentation satisfaisante
très souvent complet
bien corrigé à chaque fois
toujours envoyé
5/5
Exploitation des données :
Courbes à superposer!
Analyse insuffisante
Activité en classe : très satisfaisante, bonne rapidité
1,5 / 5
5/5
PETOIN Marie
(droite)
LICHIERE Laurie
(gauche)
Compte rendu de l’étalonnage :
Toutes les mesures ont été effectuées avec le capteur thermistance numéro 05
-Jour du 24 février 2010 => prise de données chez le vendeur pour établir un capteur à utilisé pour la prise de température dans
le ballon sonde [20;-55].
-Jour du 3 mars 2010 => vérification des données du constructeur par la prise de mesure de avec notre thermistance,
étalonnage en résistance.
-Jour du 10 mars 2010 => trouver le domaine de validité
-Jour du 17 mars 2010 => réalisation du circuit pour un futur étalonnage en tension
-Jour du 24 mars 2010 => étalonnage en tension
-Jour du 30 mars 2010 => finir la réalisation de la courbe d’étalonnage en tension et voir si on pouvait prévoir cette courbe avec
celle de l’étalonnage en résistance
-Jour du 21 avril 2010 => mise en place du capteur dans la nacelle et finalisation du projet et du compte rendu
-Jour du 28 avril 2010 => correction + replacer le capteur + peinture de la nacelle
-Jour du 19 mai 2010 => peinture de la nacelle + aider les autres
-Jour du 26 mai 2010 => finition + envoie de la nacelle
Bon fichier Excel à part la dernière feuille à reprendre
L’exploitation des données est insuffisante et ne correspond pas à la qualité de ce que aviez
réalisé jusqu’à présent. A corriger diapos 11 et 13
Sommaire.
-La température
=> Explications préalables.
-Thermistance
=> Recherche d’un capteur mesurant la température.
-Thermistance
 Données concernant la thermistance chez un constructeur.
-Courbe d’étalonnage en résistance
-Conversion
 Convertir les données en résistance pour l’étalonnage en tension.
-Courbe d’étalonnage en tension
-Suite de l’étalonnage en tension
-Capteur
 Disposition et autres
La température.
Température : est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie.
L'échelle de
température la plus répandue est le degré Celsius, dans laquelle les références dépendent de l'eau qui gèle à 0 °C et qui bout à environ
100 °C dans les conditions standard de pression .
L'unité du système international
d'unités, d'utilisation scientifique et définie à partir du zéro absolu, est le Kelvin.
La température d'un système est une fonction croissante du degré d'agitation thermique des particules, c'est-à-dire de son énergie
thermique. Elle est définie par l'équilibre de transfert de chaleur avec d'autres systèmes.
Nous allons placé notre thermistance sur le ballon sonde à l’intérieur de la nacelle, KIWI va nous envoyé des données sous forme de
tension. Nous allons donc arriver à déterminer la température le long du trajet du ballon grâce à notre courbe d’étalonnage. Nos mesures
vont être effectuées en °C pour plus de facilité.
La température (en °C) varie en fonction de l’altitude (en km) mais cela est très irrégulier.
Nous avons donc pris les valeurs comprises entre 0 et 11 km pour être capable de définir un modèle mathématique simple : (source =>
La courbe en violet est la représentation du modèle mathématique pour ces altitudes : t  6.5 * z  15
internet)
La température moyenne au sol est de 15°C et diminue de -6.5 °C par km d’altitude.
La température diminue jusqu’à atteindre des valeurs nettement négatives (-56.5°C) .
La courbe se stabilise ensuite puis augmente à nouveau. On peut mesurer la température car les variations sont élevées.
t (°C )
L a température t en fonc tion de l'altitude z
20
10
0
-10 0
-20
z (km)
10
20
30
40
t = - 6,5 *z + 15
-30
-40
-50
-60
-70
Menu
Etalonnage d’un capteur de température.
-24 février 2010
Il existe différents types de capteurs de température :
- capteur température linéaire (conditionneur et sonde LM35) : plage de mesure de -40°C à +110°C - 1° C <=> 5 mV
- capteur température non linéaire (conditionneur et sonde) : résistance à coefficient de température négatif (CTN 1000 Ω)
Nous avons choisi la thermistance car ce capteur est peu coûteux et a un domaine de validité suffisant.
Thermistance :
Plus la température augmente plus la résistance diminue.
Les données ont été prises chez Conrad.
Le capteur utilisé est une thermistance. Une thermistance est un conducteur ohmique dont la résistance varie avec la température.
Son symbole est :
Les CTN (en français Coefficient de Température Négatif, en anglais NTC, Negative Temperature Coefficient) sont des
thermistances dont la résistance diminue de façon uniforme, avec la température.
Utilisées comme sonde de température dans les applications de mesure. Corps hermétiquement étanche. Gamme de température - 55
à + 300°C. Température nominale + 25°C. Tolérance ±10%.
Dans la fiche de présentation de l’utilisation de la thermistance nous remarquons que l’on peut utiliser plusieurs
résistances de 2 à 100 W après cela en gras dans un tableau on nous indique la température nominale (la résistance utilisée pour
un fonctionnement normal de notre thermistance) de 25°C qui est associée avec une résistance de 10kW
Modèle utilisé pour la thermistance : référence NTH4G42B104F.
Capteur n°5 de
thermistance.
Menu
Comparaison des données du fabriquant avec nos données.
Les données du tableau ci dessous sont à vérifier par un étalonnage en résistance.
Nous allons vérifier si les valeurs données par le fabricant correspondent à la
réalité. Pour cela nous avons construit la courbe d’étalonnage proposé par le
fabriquant puis une autre avec nos mesures.
Spécification technique trouvé sur le mode d’emploi.
Température à 30 km
d’altitude.
Température
nominale.
Valeurs données par le fabriquant.
Température
t (°C)
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
Résistance
R (k W )
4257
3006
2149
1555
1137
839
625
469
355
272
210
163
127
100
79
Modèle
3075
2359
1810
1388
1065
817
627
481
369
283
217
167
128
98
75
Ecart relatif
%
0,72
0,78
0,84
0,89
0,94
0,97
1,00
1,03
1,04
1,03
1,02
1,01
1,01
0,98
0,95
Valeur de
la
résistance.
Valeurs trouvées avec notre thermistance
Valeurs trouvées au
réfrigérateur puis au
congélateur
Température
t (°C)
-40
-12
7
18
27
Résistance
R ( kW )
2200
800
227
110
80
Modèle
2585
603
224
127
79
Ecart relatif
%
1,18
0,75
0,99
1,15
0,99
Remarque:
La modèle mathématiques de notre thermistance a un domaine de validité de 20 à -40 °C. Nous pouvons trouver les explications à partir de la
visualisation de notre courbe d’étalonnage. Le modèle mathématique trouvé n'est pas valable en dessous de - 30°C puisqu'il ne passe pas par les
points pour des valeurs de température plus faible
Menu
Courbe d’étalonnage en thermistance
.
La résistance R du capteur en fonction de la
température t
Les deux courbes sont des courbes exponentielles
Cette courbe est une fonction exponentielle
Plus la température augmente plus la résistance diminue.
R(KW)
4500
4000
R = 369,06*
exp -0,053* t
Pour obtenir cette courbe
nous avons branché un
capteur résistif à un
ohmmètre mesurant ainsi la
résistance par rapport à une
température étalon (de
référence).
3500
3000
La courbe verte correspond à la courbe du fabricant , les données
sont obtenues grâce au mode d’emploi ou fiche technique de la
thermistance.
La courbe rouge correspond à nos valeurs que nous avons effectuées
en utilisant ce capteur de température. Ensuite, nous l’avons testé
dans un réfrigérateur puis congélateur pour voir si les valeurs
sont assez semblables à celles du fabriquant.
Attention: Nous pouvons donc voir que le dernier point de la courbe ne
correspond pas du tout à la courbe du fabricant tandis que les autres
mesures sont correspondantes. Nous pouvons donc dire qu’il y a une
grosse incertitude sur ce dernier point (obtenu dans les conditions de la
photo ci dessous) vis-à-vis de la courbe du fabriquant.
2500
2000
1500
1000
Valeur de la résistance à
utilisé
500
t (°C)
0
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
Menu
givrage
obtenu à l’aide
d’une bombe
« Top givre »
De la résistance à la tension.
On réalise un étalonnage en tension pour pouvoir récupérer les données analogiques mesurées et envoyées par KIWI,
pourvu seulement d’un appareil de mesure de tension.
On utilise un générateur de tension continue de 5,0 V car cela est imposé par KIWI pour la prise
de mesure.
On met des résistances (ici trois) en série (on additionne ainsi leur
ttttttttttttttttttt
valeurs jusqu’à obtenir une résistance de => 627kW.)
ttttttttttttttttttt
ttttttttttttttttttt
Choix de la Résistance :
Pour trouver la valeur de la résistance à prendre il faut à l’aide
tttttttttttt
Résistance
fixe de 625kW.
de nos valeurs trouvées soustraire la plus grande (-40°C) et la
plus petite valeur (30°C), nous trouvons alors une résistance
correspondant à -10 °C (voir courbe) Nous regardons alors la
résistance correspondant à cette valeur moyenne de la
température supposée au cours du voyage de 627.
Il faut donc utilisé une résistance de 627 W.
Soudage
Pour faire ce circuit, nous devons assembler des résistances en série puis en créant le circuit au-dessus
en les reliant par soudure avec des fils. Nous avons alors assembler plusieurs résistances:
627= 560+47+20
Valeur résistance
Circuit
Menu
Etalonnage en tension.
Nous effectuons une série de mesures avec le circuit pour obtenir les tensions correspondantes à différentes températures
de références.
Réalisation de mesures avec le circuit :
Laurie et le frigidaire
Température
Tension
T en °C
U en V
bombe
-40
4,1
congelateur prof
-22
3,35
-10
2,56
12
1,3
20
0,78
21
0,72
Tension U en fonction de la Température T
aux bornes du générateur
Congélateur posant avec Marie
U (V)
4.5
Courbe d’étalonnage en tension :
4.0
3.5
3.0
La courbe obtenue est une fonction linéaire de modèle
mathématiques : U = -0.0567T+1.9553
2.5
U= -0,0567T + 1,9553
2.0
D’après cette courbe d’étalonnage plus la température
diminue plus la tension augmente aux bornes du
générateur.
1.5
T (°C)
1.0
0.5
0.0
Menu
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
De la résistance à la tension (prévision de la courbe d’étalonnage en
tension à partir des valeurs de la résistance) .
On réalise un étalonnage en tension pour pouvoir récupérer les données analogique envoyées par KIWI, pourvu seulement
d’un appareil de mesure de tension.
On utilise un générateur de tension continue de 5,0 V car cela est imposé par KIWI pour la prise
de mesure et pour ne pas griller le circuit.
G
Température
t (°C)
-50
-40
-12
7
18
27
Résistance
R ( kW )
4300
2200
800
227
110
80
Modèle
4349
2585
603
224
127
79
Ecart relatif
%
1,01
1,18
0,75
0,99
1,15
0,99
5V
Tension
(en v)
4,4
3,9
2,8
1,3
0,7
0,6
625 kW
capteur
com
V
0V
T ens ion U en fonc tion de la T empérature T
4,5
U=U générateur * (R/( R+VR)
U en V
4,0
U = 5 * (R /(R + 625))
3,5
3,0
La valeur de la tension pour -50°C, est de 4.4 V aux
bornes du générateur.
2,5
U = -0,0532T + 1,8697
U= -0,0567T + 1,9553
2,0
1,5
1,0
0,5
T e n °C
0,0
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
Les deux courbes d’étalonnage sont correspondantes
on en déduit que l’on pouvait faire l’étalonnage en
tension à partir de celui en résistance sans passer par
une prise de mesure.
On multiplie la tension du circuit par la résistance sur
la résistance plus la résistance du capteur.
.
Menu
La courbe violette représente l’utilisation du modèle mathématiques
La courbe bleue représente la température en fonction de la tension
Capteur n° 05 de température n°1
Thermistance et placée à l’extérieur de la nacelle (voir photo);
Le montage et l’étalonnage ont été réalisés par les chercheuses en MPI de
2°14 : Laurie Lichiere & Marie Petoin.
T (°C)
La température T au niveau de la nacelle en fonction de
la tension U mesurée aux bornes du générateur et
mesurée par KIWI
30
20
10
U (V)
0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
-10
-20
-30
T = - 19,285U + 34,354
Capteur numéro 5 sur la nacelle.
-40
-50
-60
n°5
D’après notre étalonnage plus la température diminue plus la tension augmente
(jusqu’à une valeur de 5V pour une température d’environ -60°C).
Température
t (°C)
-50
-13
0
20
Tension
(en v)
4,4
2,5
1,7
0,8
Menu
Résultat de l’envoi du ballon : Titre à revoir
Vous avez oublié de montrer votre courbe
sur l’acquisition réalisée par kiwi !
t e n °C
L a température t à l'ex tèrieur de la nac elle en
fonc tion du temps de v ol T
30,00
Nous avons envoyé le ballon à 11h 46, la
température était de 20°C.
20,00
La température décroit jusqu'à -25°C.
10,00
T en H
0,00
10:48:00
-10,00
-20,00
-30,00
13:12:00
Puis arrivée à 11h37, la courbe commence à stagner
(entre environ -20 et -23°C) pour remonter à -11°C,
à 12h42.
Nous voyons bien que l'éclatement du ballon est
arrivé à 12h42. Les températures redescendent
enfin. Un problème est alors survenu à 13H14 , et
nous ne pouvons plus avoir de mesures.
Température intérieure et extérieure.
T ( °C )
Température T en fonction de la
tension U aux bornes du capteur
30
20
T (°C)
10
U(V)
0
0.00
1.00
2.00
3.00
-10
4.00
5.00
30
20
-20
10
-30
0
-40
T = -17,2*U + 32,5
La température T au niveau de la nacelle en
fonction de la tension U mesurée aux bornes
du générateur et mesurée par KIWI
U (V)
0.0
1.0
2.0
3.0
-10
-50
-20
-60
-30
-40
-50
-60
T = - 19,285U + 34,354
4.0
5.0
On remarque que au cours du temps, plus la température diminue en fonction de l’altitude lors de la montée
jusqu’à 6800m puis diminue plus fortement lors de la descente car la vitesse est très importante.
pourquoi ?
Argument pas clair, explique !
La température T et le temps t en fonction de l’altitude
z
30
Titre faux !
Analyse ?
Comparaison entre température intérieure et extérieure ?
20
10
Z (m)
0
0
-10
-20
-30
500
1000
1500
2000
2500
3000