Étude d\`une thermistance mod
publicité
Date : NOM – Prénom : Lycée professionnel Pierre MENDÈS-FRANCE Veynes TP n° Sujet de Travaux Pratiques ÉTUDE D'UNE THERMISTANCE /5 Term. SEN Champs : EIE 1ère série MISE EN SITUATION : Les thermistances sont des capteurs de température très utilisées dans les systèmes électroniques. Vous allez étudier une CTN et une sonde de température PT100. & : cette icône vous indique le document à consulter pour répondre aux questions suivantes. @ : cette icône vous indique de rédiger une réponse écrite. : cette icône vous indique une manipulation sur le matériel ou informatique. Pensez bien à faire valider votre travail, pour ne pas avancer avec de mauvaises données. A) PRÉPARATION @ : Donner la définition d’une thermistance. @ : Donner la caractéristique d’une thermistance CTN et d’une thermistance CTP . On donne l’équation générale d’une thermistance CTN : R(T) = R0.exp [B (1/T - 1/T0)] exp : fonction exponentielle notée e x T : Température ambiante en °K T0 : Température de référence à + 25°C (soit 298°K) R0 : résistance à 25°C (notée aussi R25) B : indice de sensibilité thermique Rappel : 0°K = - 273°C B) ETUDE DE LA THERMISTANCE B57500 & : A partir du document technique sur la thermistance B57500 : @ : Donner la valeur de la résistance de cette thermistance à + 25°C. @ : Donner l’indice de sensibilité thermique B . Capteurs de température Page 1/7 : Avec le tableur d’OpenOffice , reproduire le tableau suivant pour que les expressions se calculent automatiquement (à calculer pour la gamme de température de -50°C à + 100°C par pas de 5 °C). (rappel exp est la fonction mathématique exponentielle) T en °C T en °K exp [ B ( (1/T) – (1/298) ) ] Sauvegardez votre fichier ,vous en aurez besoin par la suite ! : A partir du tableur, tracer la courbe R CTN RCTN en ohms Validation du professeur : = f ( température en °C). ( de 0°C à + 70°C avec une échelle linéaire) ( Ne pas oublier de préciser les axes et les unités ) Faire un copier-coller de votre courbe Tracer les coordonnées pour une température de 37°C. : A partir du tableur, tracer la courbe RCTN = f ( température en °C). ( de 0°C à + 70°C avec une échelle logarithmique pour RCTN) Faire un copier-coller de votre courbe @ : Conclure sur le type de la thermistance utilisée. Cette thermistance est elle linéaire dans toute la gamme de température ? C) MANIPULATION : : Prendre un multimètre avec une sonde de température . Mesurer la température ambiante de la salle . @ : Proposer un schéma de mesurage pour mesurer la résistance RTh de la thermistance. Effectuer cette mesure. : Augmenter la température ambiante, la mesurer ainsi que la nouvelle valeur de RTh @ : Conclure sur le type de thermistance ( CTN ou CTP). D) APPLICATIONS Les thermistances sont souvent utilisées en électronique automobile pour mesurer la température du liquide de refroidissement ou la température de l’air par exemple. & : Sur le schéma électrique automobile donné (document « partie chauffage additionnel ») : @ : Repérer en rouge le + 12V permanent @ : Repérer en rouge (en pointillé) le + 12V APC (après contact) @ : Repérer en noir la ligne de masse @ : Repérer en vert le capteur de température pour mesurer la température de l’eau. Capteurs de température Page 2/7 : Mesurer à l’ohmmètre, la résistance de cette thermistance sur la maquette MT-tele. (Préciser la température ambiante (avec un multimètre avec sonde de température) ) . Préciser le type de capteur utilisé en faisant varier la température et en mesurant la résistance . E) Analyse d’un schéma : conversion de la mesure de la température ambiante en une tension représentative de celle-ci 0V @ : Donner l’expression littérale de Vout en fonction de Vcc , R1 et R CTN (appliquer la formule du pont diviseur de tension) et calculer Vout pour une température de +25°C : Avec le tableur, reproduire et compléter le tableau suivant (à calculer pour la gamme de température de -50°C à + 100°C par pas de 5 ° C) : T en °C RCTN en Ω Vout en V Validation du professeur : : A partir du tableur, tracer la courbe Vout = f (température en °C), de 0°C à + 70°C (Faire un copier- coller de votre courbe). (Ne pas oublier de préciser les axes et les unités). @ : Conclure sur la nature de la courbe. A quelle gamme de température peut on considérer la courbe « linéaire » (droite affine) ? (tracer d'une autre couleur une droite passant par un maximum de points de votre courbe) Linéarisation de la courbe En mettant une résistance en parallèle sur la CTN (prendre une résistance de valeur égale à R CTN à 25°C), la courbe devient plus « linéaire » (droite affine) sur une plus grande gamme de température. Capteurs de température Page 3/7 : A partir du tableur, tracer la courbe Vout = f (température en °C), de 0°C à + 70°C avec une résistance Ajouter une colonne au tableur pour calculer Réquivalent de 10KΩ en // avec la CTN. A quelle gamme de température peut on considérer la courbe « linéaire » (droite affine) ? (tracer d'une autre couleur une droite passant par un maximum de points de votre courbe) @ : Un convertisseur analogique-numérique (CAN ou ADC en anglais) permet de convertir la tension analogique Vout en une donnée numérique N . On a alors Vout = N*q ( q : quantum du CAN) Par un calcul mathématique , la fonction « Traitement » ( microcontrôleur incluant un CAN par exemple) peut afficher (via un afficheur LCD par exemple) la température en °C captée par une CTN: RCTN = ( (10000*Vout) / (Vout – 5)) ; T en °C = 1 / [( ln (RCTN / R25) / B ) + (1/298)] ln : logarithme népérien R25 et B sont donnés dans la documentation de la CTN Vérifier , avec la carte PICdem2+, qu'en faisant varier la tension Vout ( par un ajustable repéré RA0) la température affichée sur l'écran LCD correspond à la tension mesurée .Comparer avec votre tableau de valeurs . Conclusion ? lecture = read_adc() ; res= lecture*q ; // q quantum ctn= (10000*res)/(5-res) ; calcul= log(ctn/10000) ; calcul1= calcul/3988 ; calcul2= calcul1+3.3557e -3 ; kelvin= 1/calcul2 ; celsius= kelvin – 273 ; Calcul de la température en °C (extrait du programme en langage C pour µC PIC) Picdem2+ Remarque : Il existe des capteurs de température à semi-conducteur dont la caractéristique est linéaire (exemple capteur LM35 (sensibilité 10mV/°C dans la gamme -40°C à +110°C)). Le traitement pour afficher la température en est simplifié. Validation du professeur : F) ETUDE d'un autre type de capteur de température (sonde PT100) Vous allez comparer les mesures données par une CTN et la sonde de température PT100 gérées par un automate programmable millenium M3 afin de procéder à un étalonnage. API CTN Convertisseur de température (sonde PT 100) en une tension de 0 à +10V Masse Sortie 0 - 10V +24V DC Sonde PT100 3 fils +V Vers entrée analogique API Capteurs de température Page 4/7 Etude de la CTN (référence 89750180) & D' après le document technique de la CTN @ Quelle est la résistance de la CTN à 25°C ? @Quelle est sa plage de mesure ? (doc CTN) Etude de la sonde PT100 & articles « Mesure de la température avec une sonde PT100 » ; câblage CTN et PT100avec millenium @ Si la température varie , quel est le paramètre qui varie avec la sonde PT100 ? @ Quelle est la résistance de la sonde à 0°C. ? @ Quelle est la température max mesurable par cette sonde ? Câbler la thermistance et la sonde PT100 (via le convertisseur de température -2 fils rouges aux broches 4 et 5 du convertisseur et fil blanc à la broche 6) sur les entrées analogiques ( entrée IB pour la PT100 et l'entrée IC pour la CTN) de l'automate Millénium M3. Brancher un voltmètre numérique de précision sur chacune des entrées. Validation du professeur : Ouvrir le logiciel millenium M3 et charger le fichier PT100.pm3 . Donner les valeurs mesurées au voltmètre et les valeurs affichées sur l'écran LCD de l'automate. V PT100 = ( calibre : ) Valeur affichée : Température : V CTN = (calibre : ) Valeur affichée : Température : @Calculer le quantum q ( résolution) du convertisseur analogique numérique intégré à cet automate ( résolution numérique de 10 bits , Δve = vemax - vemin = 10V ) n : résolution numérique du convertisseur analogique - numérique q = Δve / 2n = @En déduire les valeurs( décimales ) obtenue en sortie du CAN pour V NPT100 = V PT100 / q = PT100 et V CTN NCTN = V CTN / q = @En déduire l'offset qu'il faudra paramétrer à la fonction « Gain » pour que la sonde soit étalonnée comme la CTN Modifier le programme et le tester . Capteurs de température Validation du professeur : Page 5/7 ANNEXE: DESCRIPTIF DE LA MAQUETTE MT-TELE La maquette représente un véhicule de dernière génération, avec des éléments Peugeot 307 «Full CAN». Les éléments assemblés par EXXOTEST: Un châssis aluminium avec: - une batterie fournie (protégée par fusible 50 A), Une platine de commande avec: - commande niveau jauge à carburant - commande du potentiomètre accélérateur - un calculateur ECM avec fusibles de protection, dérivation des entrées/sorties des différents boîtiers (BSI, PSF1…) concernant les réseaux multiplexés. Les composants fonctionnent dans les mêmes conditions que sur le véhicule. Capteurs de température Page 6/7 BONUS : Paramétrage du thermostat électronique KT100 ( & voir doc sur le thermostat KT100) Cahier des charges : Un client vous demande d'installer un thermostat électronique KT100 en remplacement d'un thermostat électromécanique défectueux afin de réguler le chauffage des pièces principales avec un compresseur (PAC géothermique). Le client veut une température confort de 20°C et une température économique de 17°C Lu , Ma , Je , Ve : température de confort de 6H à 10H et de 16H à 23H Me : température de confort de 6H à 10H et de 12H à 23H Sa , Di : température de confort toute la journée ( pas de déclenchement retardé , hystérésis du chauffage de 1°C) Déterminer le type de thermistance utilisé par le thermostat KT100 (utiliser un ohmmètre et une sonde de température) @ Donner la position des dipswitchs 1,2,3 à paramétrer : @ Simuler le branchement du compresseur par une lampe 24V AC et d'un transformateur 24V AC Bornier thermostat KT100 24V AC Lampe 24V Câbler et paramétrer le thermostat selon le cahier des charges. Dipswitchs Validation professeur Câblage lampe+contact + 24V AC Réglage Température confort Réglage temp éco Réglage prog lu, ma,je, ve Réglage prog Me Réglage prog WE Faire un RESET pour annuler vos programmations. Validation du professeur : Capteurs de température Page 7/7
