Les capteurs

Les capteurs
Un capteur linéaire : la diode
Continuons notre exploration du monde des capteurs…
La diode est un dipôle « actif », c’est à dire que pour fonctionner, elle doit être alimentée par du
courant. Elle a comme propriété de ne laisser passer le courant qui la traverse que dans un sens,
celui de la flèche qu’on utilise pour son symbole.
Lorsqu’un très faible courant d’intensité I constant traverse la diode, il s’établit à ses bornes une
petite tension Udiode dont la valeur est aux alentours de 0,600 V
Si la température du milieu dans lequel est placée la diode change, cette tension U diode est également légèrement
modifiée. Il est possible de mettre à profit cette modification pour utiliser une simple diode comme capteur de
température !
Montage à effectuer :
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Voici le montage. Il est constitué d’un générateur
de f.e.m E = 15,0V , d’une résistance R, de la
diode et d’un ampèremètre en série. On branche
un voltmètre en dérivation au borne de la diode.
Ne pas faire le montage avant de terminer le travail
préliminaire.
Travail préliminaire :
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Refaire le schéma sur sa feuille.
Schématiser par une flèche le déplacement du courant I
Tracer à l’aide d’une flèche les tension E, Urésistance et Udiode.
1) En connaissant les lois des tensions dans un circuit série, quelle relation existe-t-il entre E, Urésistance et
Udiode ?
Important : l’association du générateur E et de la résistance R permet de délivrer un courant d’intensité constante
quelque soit le dipôle que l’on branche à ses bornes ! Ainsi, on est sur que la diode sera toujours traversée
par un courant d’intensité toujours constante.
2) Exprimer la tension Urésistance en fonction de R et de I, à l’aide de la loi d’ohm.
3) Remplacer Urésistance par sa valeur en fonction de R et I dans la relation trouvée plus haut. Encadrer cette
relation.
4) Si la f.e.m du générateur a pour valeur E = 15,0 V , quelle valeur de R faut-il choisir pour obtenir une
valeur de l’intensité égale à I = 4,00 mA ? On prendra Udiode = 0,600 V
Nous avons maintenant la valeur de R qu’il faut pour avoir un courant qui traverse la diode I = 4,00mA.
Soit R =……………………
Montage :
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Effectuer le montage en prenant la valeur de la résistance R trouvée auparavant. Utiliser pour ceci la boite
à résistance variable
Faire vérifier par le professeur
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Régler le voltmètre et l’ampèremètre sur des calibres donnant 3 chiffres significatifs
Vérifier que la tension Udiode est à peu près égale à Udiode = 0,600 V
Vérifier que l’intensité qui traverse le circuit est EXACTEMENT égale à I = 4,00mA
A cause d’imprécision dans les valeurs de la boite à résistance, l'intensité I ne vaut certainement pas exactement
4,00 mA.
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Affiner donc les réglages au hasard de la boite à résistance jusqu’à ce que l’ampèremètre nous indique
bien I = 4,00 mA
Voilà ! notre montage est prêt à fonctionner ! Nous allons pouvoir étalonner, comme dans la fiche capteur CTN,
notre diode, afin de trouver une relation entre Udiode et la température !
Mesures à effectuer :
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Remplir un ballon à moitié d’eau
Plonger dans ce ballon notre diode correctement alimentée et notre thermomètre à sonde
Faire chauffer l’eau jusqu’à 70-75°C
Retirer le ballon du feu
Mesurer la température exacte T et Udiode
 Ajouter ensuite un petit glaçon dans le ballon et agiter.
Pendant la fusion du glaçon, la température T diminue, puis se stabilise.
 Faire une nouvelle série de mesures et recommencer l’opération.
Remplir le tableau. Il faut une douzaine de mesures, réparties entre 70°C et 5°C en allant ENVIRON de 5° en 5°C
T en °C
Udiode en
V
Exploitations :
Tracer à l’aide de Regressi la courbe Udiode en fonction de T
1) La courbe Udiode en fonction de T est elle une fonction affine ? T et Udiode sont ils proportionnels ?
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Si ce résultat est une droite, modéliser la droite à l’aide de regressi.
Donner à l’aide des valeurs a et b du modèle, l’expression de Udiode en fonction de T
Udiode (T) =
Utilisation du capteur pour mesurer une température :
Introduire le capteur dans de l’eau tiède et mesurer la valeur de la tension Udiode
1)
2)
3)
4)
Utiliser la formule mathématiques en fonction de T pour déterminer la température. Que vaut T inconnue ?
Vérifier sans tarder à laide du thermomètre à sonde.
Le résultat est-il exact ? A quoi peuvent être dues les éventuelles erreurs ?
Quelle capteur est le plus adapté pour mesurer une température ? la CTN ou la diode ? Expliquer.