capteurs de température

GRISP - Académie de Créteil - 00-01
CAPTEURS DE TEMPERATURE
OBJECTIF : Etude simplifiée de capteurs de température et réalisation de montages
conditionneurs avec des amplificateurs opérationnel. Application : observation du temps de
réponse d'un capteur RPt100.
PUBLIC :
Seconde option M.P.I. - STL CLPI et BTS chimie
MATERIEL: AOP et Interface Fast lab (Eurosmart)
LOGICIEL: Synchronie 2000 (Eurosmart) - Tableur
METHODE :
Premiere partie : Tracé de la caractéristique du capteur - grandeur thermométrique -
vérification de la réponse linéaire (fonction affine).
Deuxième partie : Réalisation d'un montage conditionneur simplifié à partir d'amplificateurs
opérationnels.
Troisième partie : Acquisition d'une courbe thermométrique après étalonnage du capteur -
exemple : temps de réponse du capteur lors d'un changement brutal de la température.
AVANTAGES : Les mesures proposées ne font intervenir que des appareils usuels
(contrôleur et interface d'acquisitions) et des fonctions électroniques élémentaires avec
amplificateur opérationnel.
L'un des capteurs (diode électroluminescente) peut constituer une surprise ! , le second
(résistance de platine) est un capteur industriel.
DIFFICULTES: Notion de générateur de courant. L'étude du temps de réponse nécessite une
modélisation à partir d'une équation différentielle.
AUTEUR DU DOCUMENT :
André Méraud Lycée d’Arsonval 65 rue du Pont de Créteil 94107 Saint-Maur Cedex
[email protected]

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THERMOMETRE A DIODE
1. Caractéristique U = f()
On se propose de réaliser un thermomètre en utilisant comme capteur une diode
électroluminescente (DEL). Polarisée en sens direct, la diode devient passante lorsque la
tension U entre ses bornes atteint la tension de seuil (1,5 à 2 V pour une DEL).
On peut admettre que pour un courant d'intensité constante I, la tension U aux bornes de la
diode varie suivant une fonction affine décroissante de la température .
N.B. Les fils de connexions sont recouverts d'un vernis pour une bonne isolation.
Mesures
La DEL est alimentée avec un générateur de courant continu fournissant une intensité I
constante , elle est plongée dans un récipient contenant de l'eau.
N.B. Il faut choisir une intensité suffisante (10 à 15 mA) pour obtenir une courbe satisfaisante
GI
+
-
DEL
R
thermomètre V
 Placer la diode et le thermomètre dans un Becher contenant un mélange glace+eau à 0°C.
 Monter la DEL et une résistance de protection R en série avec le générateur de courant
réglé sur 15 mA
 Brancher un voltmètre aux bornes de la diode pour relever la tension U entre ses bornes.
 Placer le Becher sur une plaque chauffante et faire chauffer l'eau lentement de 0° à 80°C
(maximum).
 Lire les valeurs correspondantes de la tension U au cours du chauffage, de 5 en 5°C.

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N.B. la résistance de protection (par exemple R = 470 ) n'est pas indispensable dans ce
montage, elle n'est placée que par précaution en cas de mauvaise utilisation de l'alimentation.
Courbe U = f()
 Introduire les valeurs numériques U et  dans un tableur et tracer la courbe U = f()
 La tension varie avec la température en suivant une fonction affine U = a  + b.
 Déterminer la valeur des coefficients a et b.
Exemple :
2. Montage conditionneur
+
_
U
M
S1
R
U
R
ER
E
2
1
URef
R
+
_
UT
R
S
R1
(DEL)
AO1
AO2
montage soustracteur montage inverseur
L'ensemble est constitué d'un étage soustracteur (AO1) suivi d'un étage amplificateur
inverseur à gain ajustable (AO2) afin d'obtenir une réponse linéaire UT = k  .

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URef : tension continue de référence
U : tension aux bornes de la DEL (U = a  + b)
R = 10 k ; R1 : résistance ajustable 470 
Les amplificateurs opérationnels (TL081) sont alimentés en +15V/-15V
 Le montage soustracteur permet d'éliminer le terme constant b de l'équation U = a  + b.
 Le montage inverseur permet d'obtenir une fonction croissante et d'ajuster le gain pour
avoir une lecture directe UT = k  avec k = 0,1 V.°C-1.
3. Etalonnage du thermomètre
Montage soustracteur : US1 = U - URef
Montage inverseur :
1
1
TR
RS
UU 
Calculs préliminaires
 Calculer la valeur de la tension de référence Uref que l'on doit appliquer à l'entrée E1 du
soustracteur pour éliminer la constante b.
 Calculer la valeur de la résistance R1 du montage inverseur pour obtenir une tension de
sortie UT = 0,1 
Etalonnage
 Réaliser le montage complet en replaçant la diode dans la glace fondante ( = 0°C)
 Appliquer la tension U aux bornes de la diode à l'entrée (+) E2 du soustracteur.
 Appliquer et régler la tension de référence Uref à l'entrée (-) E1 du soustracteur.
 La tension de sortie US1 du premier étage doit être pratiquement nulle, corriger
éventuellement la valeur de Uref pour affiner le réglage.
 Placer une résistance ajustable de valeur R1 dans le montage inverseur.
 Remplacer l'eau froide par de l'eau chaude à la température °C
 Ajuster la valeur de R1 afin d'obtenir une tension de sortie UT = 0,1 .
 Afin de vérifier la qualité de l'étalonnage, observer la valeur de la tension UT et l'indication
correspondante d'un thermomètre témoin lorsque la température de l'eau varie.

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THERMOMETRE A RESISTANCE DE PLATINE Pt100
1. Fonction de transfert RT = f()
On se propose d'étudier un capteur de température
R Pt100 et de réaliser une chaîne de mesures
analogiques simple.
Pour déterminer expérimentalement la fonction
thermométrique RT = f(), on utilise directement un
ohmmètre.
N.B. la précision de l'ohmmètre est suffisante pour
établir la linéarité de la réponse.
Montage
 Placer la sonde et un thermomètre numérique dans un ballon contenant de l'eau à la
température de 0°C (mélange eau+glace).
 Placer l'ohmmètre aux bornes de la résistance de platine (calibre 200 ).
 Faire chauffer l'eau lentement depuis 0°C jusqu'à 100°C et lire les valeurs correspondantes
de la résistance RT au cours du chauffage, de 10 en 10°C.
Courbe d'étalonnage
 Introduire les valeurs numériques RT et  dans un tableur.
 Tracer la courbe RT = f()
 Montrer que l'on peut admettre que la résistance varie en suivant une fonction affine de la
la température : RT = Ro (1 +   )
 Déterminer la valeur du coefficient de température  et préciser son unité.
Exemple :
Résistance de platine Pt100
y = 0,389x + 100,3
R2 = 0,9991
90
100
110
120
130
140
150
020 40 60 80 100
 (°C)
R ()
N.B. : valeur théorique pour une sonde Pt100 : RT = 100 (1 + 0,004 )