Témoin de température

Témoin de température
Objectif : construire une alarme se déclenchant lorsque la température atteint 40°C
Pour atteindre notre objectif, nous avons besoin d’utiliser un montage comparateur.
Dans une première partie, vous allez étudier le fonctionnement de ce montage et dans une deuxième partie
l’utiliser pour construire l’alarme.
Partie 1 : Etude du montage comparateur
I. Fonctionnement du montage comparateur.
Le montage comparateur utilise un amplificateur opérationnel. Pour comprendre ce que fait un montage
comparateur, vous allez le réaliser puis tracer sa caractéristique de transfert.
1) Alimentation de l’amplificateur opérationnel.
 Repérer sur l’amplificateur opérationnel, les bornes –15V et +15V
 Pour alléger le schéma, l’alimentation +15V/0V/-15V de l’AO n’est pas représentée, cependant il faut
toujours commencer le montage par celle-ci. Relier l’AO à l’alimentation (-15V/0V/+15V), la borne 0V sera
reliée à un point quelconque, noté M, de la plaque de connexion qui sera la masse du montage.
2) Manipulation
La tension UAM est fixée grâce à un générateur de tension continue 6V et UBM est fixée grâce à un
générateur de tension continue variable 0-15V.
-
+
G
 Brancher un voltmètre pour mesurer UAM. Noter sa valeur.
 Faire varier UBM de 0V à 10V et mesurer UBM et US. Présenter vos résultats dans le tableau ci-dessous.
3) Exploitation des résultats
 Utiliser la loi d’additivité des tensions pour donner l’expression de UAB en fonction de UBM et UAM.
 Compléter votre tableau, en calculant pour chaque mesure la valeur de la tension U AB.
UBM (V)
US (V)
UAB (V)
 Tracer la caractéristique de transfert de ce montage, c’est-à-dire le graphique US= f(UAB).
 Interpréter le graphique obtenu : donner la valeur de US en fonction du signe de la tension UAB.
 Pour quelle valeur de UBM, US change de signe ? Noter cette valeur et la comparer à UAM
 Résumer le rôle de ce montage puis justifier alors le nom de " montage comparateur ".
II. Utilisation de la tension de sortie du montage comparateur.
1) Manipulation
 Compléter le montage précédent par le circuit ci-dessous, monté sur une plaquette
 Faire varier UBM de 0V à 8V. Décrire ce que vous observez.
2) Interprétation
Quel est le rôle des résistances de 1 k

?
 Les deux DEL peuvent-elles s’allumer en même temps ? Envisager les deux cas possibles suivant le sens du
courant.
 Expliquez ce que vous observez en vous reportant à la caractéristique de transfert du montage
comparateur.
III. Conclusion : ce qu’il faut retenir de ce montage.
L’amplificateur opérationnel doit toujours être alimenté par une tension symétrique +15V/0V/-15V, la borne
0V constituant la masse du montage. L’amplificateur opérationnel permet de faire différentes opérations sur
les tensions, en particulier comparer deux tensions.
Pour le montage comparateur, on a la tension de sortie :
o
o
Us +15 V si ………………
Us -15 V si……………….
Partie 2 : Témoin de température
On va utiliser ce montage comparateur pour faire un témoin de température.
Le but est de déclencher une alarme modélisée par une DEL rouge lorsque le capteur de température détecte
une température supérieure ou égale à 40 °C.
I. Capteur :
Le capteur utilisé est le LM335 étudié dans un précédent TP. Il doit être alimentée à courant constant. La
tension mesurée aux bornes du capteur dépend de la température et varie de 10 mV par Kelvin selon les
données du constructeur.
Montage :
1 k
+
G
-
Uc
Capteur
V
Le courant supporté par le capteur est de 5 mA maximum.
 La tension Uc aux bornes du capteur est donnée
théoriquement par la relation:
V
UC = 10-2 *T = 10-2*(+273 )
Soit UC = 10-2* + 2,73 avec  en °C
 Calculer la tension aux bornes du capteur lorsque la
COM
température est égale à 40°C.
Cette tension sera la tension de référence du montage
notée Uref =………………, la tension limite pour laquelle
l’alarme se déclenchera.
II. Réalisation de l’alarme :
La tension Uc du capteur est comparée à la tension de référence Uref. Dès que Uc > Uref, l’alarme se
déclenche.
La tension Uref est obtenue à partir du générateur de tension continue 6V.
Quel problème va-t-on rencontrer en utilisant ce générateur ? Quelle solution proposes-tu ?
1) Montage potentiométrique :
C’est le même principe que le pont diviseur de tension. Un potentiomètre est un conducteur ohmique dont la
résistance varie entre une extrémité (I ou J) et le curseur mobile K, relié à l’axe tournant (voir composant et
schéma ci-dessous)
I
K
+
G
U
 Quelle est la relation entre Uref, U, R et R’ ?
 Calculer la valeur de R’ sachant que R= 10 k
 Mesurer cette valeur à l’aide du multimètre, faire
V
R
R’ V
-
J
tourner le curseur pour obtenir la bonne valeur.
Uref
COM
2) Réalisation du montage final.
Réaliser le montage ci-dessous :
I
K
+
G
U
470 
R
R’ V
-
J
Uref
COM
1 k
V
+
5V
G
Uc
Capteur
V
COM
-
Faire vérifier le montage par le professeur
Plonger le capteur dans l’eau chaude et patienter quelques instants :
- vérifier que la température augmente progressivement
- noter à quel moment il y a déclenchement de l’alarme (quelle est la LED qui s’allume ?)
Conclusion ?