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January 8, 2018 | Author: Anonymous | Category: Science, Physique, Electronics
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Cahier de laboratoire La conception d’un capteur de température

Nom : ________René Poulin____________________________

But À l’aide d’une thermistance et du matériel fourni, concevoir un capteur de température qui servira à mesurer deux températures d’objets de la salle de classe.

Mise en gardes et remarques générales  Lorsque des résistances sont mesurées à l’aide du multimètre, il est important de déconnecter toute source de courant (AC ou DC).  Utiliser le multimètre avec prudence lors de la mesure de tensions. Déconnecter le circuit à tester avant de faire les branchements.

Références : -

Omega : Compagnie fabriquant des thermistances : http://www.omega.fr/prodinfo/thermistances.html Page consultée le 3/13/2015

-

Guide d’utilisation d’un thermistance : http://www.ni.com/tutorial/7112/en/ Page consultée le 3/13/2015

Conception d’un capteur de température

Hypothèse – Ma prédiction Conception imaginée (indiquez les matériaux utilisés): Le circuit électrique suivant permettra la conception d’un capteur de température :

Cr1 Description adéquate du problème

Formulation d’une explication ou d’une solution provisoire (2)

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Conception d’un capteur de température Conception : Planification et réalisation Le matériel nécessaire : Une thermistance

Un multimètre

Eau du robinet

Une combinaison de résistors

Une source électrique de 10 V

Fils électriques

Fer à souder et étain pour la soudure

Un thermomètre

Plaque d’assemblage de circuits électriques

Un bécher

Une plaque chauffante



Les étapes de conception: Mesurer la valeur de la thermistance (en Ohms) Mesurer la valeur des résistances (en Ohms) et en choisir qui ont une valeur semblable à celle de la thermistance. Au besoin assembler les résistances en série. À l’aide de la plaque d’assemblage de circuits électriques, reproduire un système électrique semblable à celui illustré plus bas. À l’aide du multimètre, mesurer les tensions d’entrée et de sortie et vérifier qu’elles sont du même ordre de grandeur. Si c’est le cas, le système est prêt à être utilisé. Fixer les divers éléments du système électrique fabriqué à l’aide de soudure (retirer au préalable de la plaque d’assemblage). Afin de calibrer le capteur, mesurer la tension d’échantillons d’eau à des températures mesurées (5 oC, 25oC, 50oC). Les tensions mesurées pour ces 3 échantillons serviront à établir la relation graphique entre la tension de sortie et la température de différents objets. Mesurer la tension de sortie lorsque la thermistance est en contact avec des objets à diverses températures. Prendre des mesures pour au moins 2 objets qui ont des températures différentes. À l’aide de la relation graphique, déterminer la température (en °C) en fonction du voltage obtenu.

Cr2 Mise en œuvre d’une démarche appropriée

Planification du travail Réajustement de la démarche, au besoin (1)

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Conception d’un capteur de température

Expérimentation/Observations Je note ou je dessine ce que j’observe, ce que je fais, ce que je découvre. Je réalise les étapes de ma démarche. Observations : Il est important de bien tenir les 2 bornes du multimètre en place lorsqu’on mesure les tensions, sinon les mesures fluctuent quelque peu. La température de la thermistance varie rapidement si on ne conserve pas le contact direct avec l’objet dont on désire mesurer la température. -

Premier résistor (R1) Deuxième résistor (R2) Troisième résistor (R3) Thermistance (R4)

Résistance (kΩ) à 10V. 2.23 2.22 2.12 10.27

Tableau 1 : Mesure de la résistance des résistors et thermistance utilisés

Étalon 1 Étalon 2 Étalon 3

Température (oC) 25 50 5

Voltage (V) 6.10 3.88 8.17

Tableau 2 : Courbe étalon à différentes températures

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Conception d’un capteur de température

Figure 2 : Courbe étalon à différentes températures

Main d’un élève Eau du robinet

Voltage (V) 5.45 6.28

Température (°C) 32.9°C 23.65 °C

Tableau 3 : Détermination des températures à partir du voltage obtenu

Cr2 Mise en œuvre d’une démarche appropriée Cr3 Utilisation appropriée d’instruments, d’outils ou de techniques

Réalisation de la démarche (1) Manipulation d’objets, d’outils ou d’instruments Respect de la sécurité

Mon bilan/Interprétation Est-ce que mes réalisations confirment ce que je pensais (idées initiales et hypothèse) ? oui Pourquoi ? Le système électrique réalisé permet comme prévu de mesurer des températures à l’aide de mesures de tension électriques. Nous avons pu mesurer la température de 2 objets (la main d’un élève et de l’eau sortant du robinet) en mesurant la tension aux bornes de la thermistance lorsque celle-ci était en contact prolongé avec ces objets (i.e. lorsque la thermistance avait atteint un équilibre thermique avec l’objet dont on mesurait la température). Il nous semble probable que la température de l’eau qui sort du robinet ait été semblable à celle de l’air ambiant ou un peu plus froid, et c’est bien le cas. Il nous semble aussi plausible que la température atteint par la thermistance en contact prolongé dans la main d’un élève ait été un peu inférieur à celle de la température du corps humain, mais supérieur à la température de la pièce, et c’est ce que nous page 6

Conception d’un capteur de température avons à nouveau observé. Selon nos résultats, il semble que la résistance de la thermistance diminue (la tension diminue) lorsque la température diminue. Cela semble en accord avec la théorie. Plus la température diminue, plus le courant peut passer facilement à travers la thermistance.

Cr2 Mise en œuvre d’une démarche appropriée

Réalisation de la démarche (2) Réajustement de la démarche, au besoin (2)

Conclusion et retour sur la démarche Mon expérience répond au but du laboratoire ? oui Justifie ta réponse… Notre hypothèse de départ sur le montage du capteur thermique a été confirmée. L’établissement de la courbe étalon a permis de déterminer, avec ce qui nous semble assez de précision, la température en fonction de la tension obtenue. Le capteur électrique construit à partir d’une thermistance de 10.27 kΩ et de trois résistors ayant environ 2 kΩ chacun a permis de déterminer la température de façon précise à partir de l’équation de notre courbe graphique. Ce laboratoire de conception d’un capteur thermique à l’aide d’un thermistance et de résistors nous a permis d’établir la température de différents objets. Pour s’assurer éventuellement d’une plus grande précision dans l’obtention de la température de ces objets, il faudrait prendre davantage de mesures de tension avec des échantillons d’eau et choisir un écart plus grand entre la température des échantillons d’eau. Cela aurait permis un calibrage encore plus précis.

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