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Fabrication d'un thermomètre
Objectif: réaliser un thermomètre à l'aide d'un capteur de température, de telle façon qu'une tension lue
sur un voltmètre soit numériquement égale à la température.
I°) Etude d'un capteur de température : la sonde KTY
Le constructeur indique qu'en connectant une résistance R1 = 6,8 k en parallèle sur le circuit intégré
KTY, la résistance r de l'ensemble est une fonction affine de la température t si celle-ci est comprise
entre -20°C et 70°C.
 Proposer un montage permettant de vérifier cette affirmation pour des températures comprises
entre 0 et 70 °C. Il faudra imaginer un moyen de faire varier la température de manière simple et
continue. En particulier, on se demandera si la variation de la température est plus régulière lors
du chauffage d'une solution ou lors de son refroidissement.
 Réaliser la manipulation permettant de remplir un tableau de ce type:


t en °C
0
5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
r en 
A l'aide du logiciel Win-Regressi, modéliser la courbe obtenue sous la forme d'une droite
r=at+b
Déterminer avec précision les termes a et b.
70
II°) Comment convertir cette résistance r en une tension ?
Dans le montage ci-contre un générateur de courant constant fait
passer un courant i dans le capteur (constitué de la sonde KTY et
d'une résistance R1 = 6,8 k en parallèle).
La tension UAB s'écrit alors: UAB = r i = (a t + b) i = b i + a i t
Puisque a,b, et i sont constants, UAB est une fonction affine de la
température.
UAB
i
capteur
A
B
III°) Choix de i pour que UAB augmente de 1mV par °C
Il faut alors que :
a i = 1mV/°C 
i = Error! A = Error! mA =
mA
Il suffit donc de fabriquer un générateur de courant constant délivrant exactement ce courant.
IV°) Etude d'un régulateur de courant:
Le LM334Z est un circuit intégré encapsulé dans un boîtier TO92, dont le brochage
est donné ci-contre. Il doit être alimenté entre 1V et 30V et le courant qu'il délivre
dépend de la résistance R placée entre Ref et S. sous la forme donnée par le
65
constructeur i =
(mA)
5;R
On se propose de vérifier cela.
 Réaliser le montage suivant:
E
LM334
S
100 
Ref
R
5 à 10 V
 Faire varier R et remplir le tableau de mesures ci-dessous:
A
LM
334
E
Ref
S



220
330
560
820 1000 1500 2200 3300 4700 5600
R en 
i en µA
A l'aide du logiciel Win-Regressi, modéliser la courbe i = f (R) obtenue sous la forme Error!
avec i en mA et R en 
Déterminer la valeur de k.
Déterminer alors la valeur de la résistance R à placer entre Ref et S pour avoir le courant i
déterminé au III°)
R=

V°) Comment réaliser le décalage de la tension mesurée ?
En effet la tension mesurée aux bornes du capteur est maintenant UAB = b i + a i t = Uo + t
avec
{ Uo = b i = constante =
V ;a i = 1 mV/°C
et
{ UAB en mV;t en °C
Or on veut que le voltmètre affiche directement la température :on veut lire U (mV)  t (°C)
On réalise alors le montage suivant:
R2
P
On a UAB = UAC + UCB
Si on s'arrange pour que UCB = Uo, alors la tension UAC sera
numériquement égale à t !!!
i
N
A
V
capteur
KTY
+6,8k
en 
C
Rh
Comment faire en sorte que UCB soit égale à Uo ?
Les résistances R2 (fixe) et Rh (ajustable) forment un
diviseur de la tension UPN.
Il suffit donc d'avoir une tension UPN bien fixe (par exemple
UPN = 5 V obtenue grâce à un régulateur de tension 7805) et
d'ajuster Rh.
B
VI°) Réglage du thermomètre
 Le régulateur de courant doit être réglé pour fournir l'intensité i calculée au III°).
Pour y parvenir, remplacer provisoirement le capteur par un ampèremètre et ajuster R.
 Régler alors l'ajustable Rh afin que UCB = Uo.
 Lorsque ces deux réglages sont corrects, la tension UAC sera numériquement égale à t.
VII°) Contrôle du fonctionnement du thermomètre
Prendre deux solutions dont les températures de référence sont par exemple t1 = 0°C et t2 = 60°C
mesurées avec un thermomètre électronique. Ces solutions ont des températures mesurées t'1 et t'2
grâce à notre thermomètre.
Préciser dans les cas suivants, les réglages à modifier pour étalonner le thermomètre.
t'1 en °C t'2 en °C
0
60
0
62
2
62
2
65
réglages à modifier
Fabrication d'un thermomètre
I°) Etude d'un capteur de température : la sonde KTY

On fait chauffer un bécher d'eau à 80 °C, puis on refroidit l'eau, d'abord à l'air libre, puis en
rajoutant de l'eau froide grâce à une burette, puis grâce à un bécher, enfin en utilisant de la glace
pilée. On obtient le tableau suivant:
t en °C
r en 
0,5
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
1296 1334 1374 1416 1452 1504 1542 1590 1634 1680 1728 1772 1824 1868 1924

A l'aide du logiciel Win-Regressi, on trace la courbe r = f(t)

La modélisation r = a t + b donne Error! avec un écart relatif de 0,41%.
II°) Choix de i pour que UAB augmente de 1mV par °C
Il faut alors que :
a i = 1mV/°C 
i = Error! A = Error! mA =Error! = 0,111 mA = 111
µA
Il suffit donc de fabriquer un générateur de courant constant délivrant exactement ce courant.
IV°) Etude d'un régulateur de courant:
 On fait varier R grâce à la boîte de résistance. On obtient le tableau ci-dessous:
R en 
i en µA

220
330
301,4 201,2
560
118
820
81,4
1000
65,6
1500
44,1
2200
30,3
A l'aide du logiciel Win-Regressi, On trace la courbe i = f(Error!).
3300
20,0
4700
14,3
5600
11,9

Puis on la modélise sous la forme Error! avec i en mA et R en 
66
On trouve k = 66,3 mV/avec un écart relatif de 0,26%  i =
mA avec R en 
3;R

Pour obtenir i = 0,111 mA
il faut donc que R = Error! = 597 
On prendra une résistance talon de 560  et un ajustable de 100 
Il est intéressant de vérifier ensuite que si l'on remplace la résistance de 100  par une
résistance variable, le courant i reste bien constant.

V°) Comment réaliser le décalage de la tension mesurée ?
La tension mesurée aux bornes du capteur est donc UAB = b i + a i t = Uo + t
avec Uo = b i = 12800,111 10-3 = 0,142 V = 142 mV
Le régulateur de tension 7805 est placé là afin que la tension UPN soit bien constante et égale à 5,0V.
Dans ces conditions, on a un diviseur de tension qui permet d'avoir UCB = Uo = 142 mV.
Cependant pour un réglage précis, il est faut que l'ajustable de 10 k soit un multitour.
Un voltmètre placé entre A et C mesure alors une tension en mV numériquement égale à t en °C.
VI°) Réglage et contrôle du thermomètre
 Les réglages décrits et réalisés doivent être affinés en comparant avec un thermomètre électronique.
 On prend un bécher avec de la glace fondante (pilée) à 0°C et un bécher avec de l'eau à  70 °C.
 Avec la glace fondante à 0°C, on ajuste le multitour de 10 k, afin de mesurer UAC = 0,0 mV
 Avec l'eau chaude on règle l'ajustable de 100 
 On peut alors vérifier avec une 3ème solution de température intermédiaire.
 Pour ces 3 mesures, les différences d'indications ne doivent pas dépasser 1°C.
t'1 en °C t'2 en °C
0
60
0
62
2
62
2
65
réglages à modifier
ne plus toucher à rien, c'est parfait !
réglage de la pente  réglage de l'ajustable de 100 
réglage de l'origine  réglage du multitour de 10 k
rien ne va plus, il faut régler et l'origine et la pente !
Vue de dessus du thermomètre et de sa sonde