capteur et courbe d`etalonnage

Mesures Physiques et Informatique
Activité ;
Capteur et courbe d'étalonnage
Objectifs :
Comprendre ce qu'est un capteur.
Réaliser la courbe d'étalonnage d'un tel capteur.
1 ) Qu'est-ce qu'un capteur ?
Un capteur est un circuit électronique ou un simple composant électronique (éventuellement une simple
résistance). Il permet de faire le lien entre une grandeur physique que l'on souhaite mesurer (température,
lumière, humidité, intensité…) et une tension électrique.
Chaque capteur possède ses spécificités, ses propres caractéristiques : la courbe d'étalonnage d'un
capteur sert à établir une relation mathématique entre la tension mesurée et la grandeur physique que l’on
souhaite étudier de manière à modéliser l'évolution de la tension en fonction des valeurs prises par le
capteur.
2 ) Comment réaliser un capteur d'intensité du courant électrique?
a) En courant continu :
Réaliser le montage ci-contre et mesurer précisément la valeur de
la résistance R ainsi que la tension entre les bornes du générateur.
1. a) Comment pouvez-vous faire pour déterminer la valeur de
l'intensité du courant qui traverse la lampe sans utiliser P
d'ampèremètre ? Expliquer votre démarche puis déterminer la
valeur de cette intensité I.
b) Quel composant joue alors le rôle de "capteur d'intensité" ?
N
c) Tracer sommairement la courbe d'étalonnage de ce capteur.
2. Mesurer ensuite cette intensité avec un ampèremètre (en
indiquant le protocole expérimental) et conclure.
A
I
B
R = 47 Ω
UPN 6,0 V
C
b) En courant alternatif :
Remplacer le générateur de tension continue par un GBF délivrant une tension sinusoïdale de fréquence
100 Hz et d'amplitude 3,0 V.
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Effectuer les branchements permettant de faire l'acquisition de la tension entre les bornes de la
résistance sur la voie EA0 et la tension entre les bornes du générateur sur la voie EA1 (Utiliser les
notations du schéma précédent pour noter correctement ces deux tensions).
Effectuer le paramétrage de ces deux voies d'acquisition puis lancer l'acquisition.
3. En utilisant la feuille de calcul de Synchronie, calculer la tension UAB entre les bornes de la lampe ainsiq
ue l'intensité du courant électrique I qui traverse le circuit.
4. a) Tracer dans la fenêtre 2 les graphes montrant d'une part l'évolution de la tension entre les bornes de la
lampe en fonction du temps ainsi que celui de l'intensité du circuit en fonction du temps.
b) Utiliser les fonctions de Synchronie pour déterminer les valeurs maximales de ces deux grandeurs.
c) Déterminer la valeur de la fréquence du courant électrique dans ce circuit. Expliquer.
5. Tracer la courbe d'étalonnage de ce capteur en courant alternatif dans la fenêtre 3.
6. Imprimer toutes les courbes précédentes en utilisant la fonction "mosaïque".
3 ) Etude d'un capteur de lumière, la photorésistance ou LDR
Les capteurs de lumière sont des composants qui réalisent la conversion d'un signal
lumineux en signal électrique. Pour pouvoir utiliser un capteur de lumière, il est
nécessaire de connaître les variations d'une grandeur physique caractéristique du
photocapteur en fonction de l'éclairement, c'est-à-dire réaliser l'étalonnage de ce capteur.
L.D.R. = Light Dependant Resistance
a) Expériences
1. Mesurer à l'ohmmètre la résistance d'une photorésistance dans l'obscurité puis à la
lumière de la lampe de bureau.
a) Noter les valeurs des résistances, notées RLDR pour chaque cas.
b) Comment varie la résistance RLDR quand l'éclairement augmente ?
c) Définir une photorésistance.
Réaliser le montage ci-contre, le générateur délivrant une tension de 4,5 V
(utiliser une résistance de valeur proche de celle indiquée) :
Placer un voltmètre aux bornes de la résistance R = 470 Ω (en ayant mesuré
précisément la valeur de R) pour mesurer la tension UR.
Compléter le tableau suivant :
Vérifier la variation de RLDR lorsque l'éclairement augmente.
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b) Caractéristique d'une photorésistance : ULDR = f ( i )
Régler le GBF pour qu'il délivre une tension sinusoïdale de
fréquence 50 Hz et de tension efficace 5,0V.
Réaliser le montage ci-contre et le faire vérifier.
Paramétrer l'acquisition pour observer 3 périodes avec 1000 points
de mesure en tout. On nomme :
- Ug la tension aux bornes du GBF, sur la voie EA0
- Ur la tension aux bornes de la résistance R, sur la voie EA1
Rendre EA1 active et cocher la fenêtre n°1
Faire une acquisition en éclairant la LDR avec une lampe de bureau.
En mode Calcul, créer les variables : Uldr = Ug – Ur et i = Ur / 470
Faire calculer les valeurs de Uldr et i en appuyant sur F2.
En mode Tableur, faire apparaître les colonnes de Uldr et i et indiquer les unités.
Faire afficher le graphe Uldr en fonction du temps dans la fenêtre n°1.
Dans une fenêtre n°2, faire tracer la caractéristique de la LDR : Uldr = f(i) :
Paramètre / Fenêtre :
- abscisse i, échelle en abscisse entre – 2,0 m (mA) et + 2m (mA),
- échelle en ordonnée : Totalité.
Faire une autre acquisition dans l'obscurité en cachant la LDR avec le doigt
Enregistrer votre travail et imprimer les courbes obtenues.
a) Quelle est l'allure de la caractéristique de la photorésistance Uldr = f(i) ? Que peut-on en conclure ?
b) Quel type de caractéristique cela rappelle-t-il ?
c) A quoi correspond le coefficient directeur de la droite ?
d) Faire calculer RLDR pour les 2 acquisitions et utilisant la fonction Modélisation de Synchronie.
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