Logiciels mis en œuvre





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date de publication21.05.2017
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Lycée P.E. MARTIN Académie d’Orléans-Tours



TP3

capteurs



MPI

en seconde


Mesures de température

avec une sonde PT100

Nom :



Objectifs :

Durant cette séance de manipulation, on étudie une chaîne de mise en forme d’un capteur de température de type PT100. On observe le rôle des fonctions ‘amplification’ et ‘décalage’ et on procède à un étalonnage. La température devra alors être affichée sur un multimètre (1,0V pour 10°C). Cette chaîne d’acquisition est ensuite utilisée pour relever expérimentalement la loi d’Ohm thermique.
Prérequis

Généralités sur les capteurs et le traitement de l’information. (Cours +TD)

Logiciels mis en œuvre


  • Traitement de texte

  • Tableur

  • Logiciel de dessin


Matériel utilisé :

  • 1 maquette ‘amplification + différence’.

  • 1 sonde PT100 collée sur un dissipateur thermique.

  • Résistances : 100Ω( 0.1%) et 120 - 150Ω- 220Ω- 270Ω ( 5%).

  • 1 multimètre.

  • 1 alimentation 0-10V.

  • 1 alimentation symétrique –15V / 0V / +15V.

  • 1PC.


Document à rendre en fin de séance

  • Les tableaux de mesures et les graphes réalisés avec le tableur.

  • Un compte rendu correctement présenté avec un traitement de texte dans lequel les tableaux et graphes ont été importés par copier/coller depuis le tableur.



I)Capteur de température : sonde PT100.
Nous nous proposons d’utiliser une sonde de température de type PT100. Il s’agit d’un résistor dont la résistance varie quasi linéairement avec la température. ‘PT’ indique que ce résistor est réalisé en platine et ‘100’ que cette sonde présente une résistance de 100Ω à 0°C.
Le tableau suivant donne l’évolution de la résistance en fonction de la température de 0 à 109°C


C

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0+

100

100,39

100,78

101,17

101,56

101,94

102,33

102,72

103,11

103,59

10+

103,89

104,28

104,67

105,06

105,45

105,84

106,23

106,62

107,01

107,40

20+

107,79

108,18

108,57

108,95

109,34

109,73

110,12

110,51

110,89

111,28

30+

111,67

112,06

112,44

112,83

113,22

113,60

113,99

114,38

114,77

115,15

40+

115,54

115,93

116,31

116,70

117,08

117,47

117,86

118,24

118,63

119,01

50+

119,38

119,77

120,15

120,54

120,92

121,31

121,7

122,08

122,46

122,85

60+

123,24

123,62

124,00

124,39

124,77

125,15

125,54

125,92

126,30

126,69

70+

127,07

127,45

127,83

128,22

128,60

128,98

129,36

129,74

130,13

130,51

80+

130,89

131,27

131,65

132,03

132,41

132,79

133,18

133,56

133,94

134,32

90+

134,70

135,08

135,46

135,84

136,22

136,60

136,98

137,36

137,74

138,12

100+

138,50

138,88

139,46

139,63

140,01

140,39

140,77

141,15

141,52

141,90



I.1) Tracer la courbe R = f(T) de la résistance de la sonde en fonction de la température. Utiliser le tableur et prendre un point tous les 10°C. Faire passer une droite par l’ensemble des points.
I.2) Chercher l’équation de la droite précédemment obtenue.

I.3) Compléter le schéma ci-dessous





Important : dans ce qui suit, on prendra 
R = 100 + 0,385.T
avec R, la résistance de la PT100 en Ohm

et T la température en °C.
II)Comment convertir cette résistance R en une tension ?

II.1) Principe :
Dans le montage ci-dessous, un générateur de courant constant fait passer un courant i dans la sonde PT100. La tension UAB s'écrit alors : . UAB est une fonction affine de la température.



II.2) Réalisation du générateur de courant :


Vous utiliserez la maquette ‘amplification + difference’.

  • Régler l’alimentation double à (-15V, 0, +15V)

  • Faire vérifier le réglage avant de connecter la maquette.

  • Alimenter la maquette (-15V, 0, +15V) en respectant les polarités.





Dans la fonction ‘capt. Temp’, le LM317 associé au +5V et à R1 réalise cette fonction. On se propose de vérifier cela et de retrouver expérimentalement la valeur de i.


La sonde PT100 sera par la suite connectée en K2 (bornier de la partie ‘capt temp’ de la maquette) . Vous placerez pour l’instant en K2 les résistances suivantes :

100Ω – 120Ω –150Ω – 220Ω- 270Ω
Attention : veillez à ne pas endommager le connecteur K2 lors de ces manipulations.
i)Mesurer la tension en P2 pour chacune de ces résistances.


R en 

100

120

150

220

270

V2+ en V

















ii)Compléter le tableau suivant :


R en 

100

120

150

220

270

V2+ / R

















iii)Conclusions : pourquoi peut-on dire que ce montage réalise bien un générateur de courant ? Quelle est la valeur du courant i généré ?

iv)On suppose la sonde PT100 connectée en K2, exprimer la tension V2+ en fonction de la température T(°C).
v)Compléter le schéma ci-dessous




Dans ce qui suit, on prendra :

V2+ = 1,25 + 0,0048.T


III)Décalage et amplification de la tension
On rappelle que le cahier des charges est d’obtenir en sortie de la maquette une tension proportionnelle à la température:


  • à 0°C, Vsortie = 0V.

  • variation de Vsortie de 1V pour 10°C.

  • On veut donc: Vsortie = 0,1.T (soit 100mV/°C ).


Pour réaliser cela, on utilise un amplificateur différentiel réalisant la fonction suivante:
Vsortie= A. (V2+ - VIN- ) , où A représente le gain et VIN- le décalage –V2+ étant connectée à VIN+.
Soit:

VSortie = A.( 1,25 + 0,0048.T - VIN-)

III.1 Décalage:
i) Quelle valeur faut-il théoriquement donner à VIN- afin que Vsortie devienne proportionnelle à la température?
ii)C
ompléter le schéma ci-dessous
iii)Régler VIN- à cette valeur en utilisant le potentiomètre de la fonction décal.

Connecter V2+ à VIN+
iv)Remplacer la sonde PT100 par la résistance de précision 100Ω – 0,1% .



  • A quelle température correspond cette résistance? Quel devrait alors valoir la tension de sortie?




  • Placer le voltmétre en Vsortie et ajuster finement le potentiomètre de décalage afin d’obtenir la tension de sortie désirée.




On vient de réaliser un étalonnage de la tension de décalage (offset) de notre chaîne d’acquisition de la température


III.2) Amplification :
On suppose que la partie III.1 a été traitée et qu’alors Vsortie = A.0,0048.T
i)Quelle doit être la valeur du gain, A, afin de répondre au cahier des charges ?

ii)C
ompléter le schéma ci-dessous

iii)Mesurer la résistance aux bornes de la sonde PT100 et en déduire la température ambiante (Tamb ). Connecter la PT100 en entrée de la carte. Placer un voltmètre en Vsortie et ajuster le potentiomètre du gain afin d’obtenir la tension Vsortie désirée.

On vient de réaliser un étalonnage de la sensibilité de notre chaîne d’acquisition de la température.

Le multimètre placé en Vsortie affiche maintenant directement la température ( 100mV pour 1 °C).




IV)Utilisation du thermomètre : étude expérimentale de la loi d’Ohm thermique.
Avec la maquette ‘amplification + différence’ alimentée en (-12v, 0 ,+12V) vous utiliserez le dissipateur thermique sur lequel est fixé :

  • 1 sonde PT100.

  • 1 résistance de valeur 22Ω en boîtier TO220.


La résistance sera alimentée par une ddp comprise entre 0 et 10V. Elle dissipera donc de la puissance. On se propose d’établir la relation existant entre la puissance dissipée par la résistance et la température du dissipateur. Cette relation est analogue à celle de la loi d’Ohm. On l’appelle ‘loi d’Ohm thermique’.



i) On note Ur la tension aux bornes de la résistance de 22Ω. Calculer la puissance qu’elle dissipe pour les valeurs de Ur suivantes.


Ur en Volt

0

1

2

3

4

6

7

8

9

10

Puissance en Watt























ii)Alimenter la résistance avec les différentes valeurs Ur du tableau.

.

Attention : Ne relevez pas la valeur sur le multimètre (image de la température) tant qu’elle n’est pas stable. Cela peut prendre quelques minutes entre chaque relevé. Attendre suffisamment longtemps sinon vos relevés seront erronés !

Compléter ensuite le tableau suivant :


Ur en Volt

0

1

2

3

4

6

7

8

9

10

Température (°C)























iii)En utilisant le grapheur de votre tableur tracez la courbe T=f(P) avec T, température en °C et P la puissance dissipée par la résistance.
iv)Si vos relevés ont été correctement effectués, vous devez obtenir approximativement une droite.

Donner son équation.

v)E
n conclusion, montrez que vous retrouvez bien la loi d’Ohm thermique. On notera Ta la température ambiante.

vi)Quelle est la valeur (trouvée expérimentalement ) de la résistance thermique du dissipateur.

V)Remarques éventuelles :

Précisez dans ce chapitre les problèmes éventuels que vous avez rencontrez lors de ce TP. Soyez précis dans vos explications et indiquez si c’est le cas, la démarche que vous avez adoptée pour essayer de les résoudre.



















7518.doc le jj/05/17

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