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MPI n°6 – Mesure de température, étalonnage d’une thermistance

1.     Les échelles de température

On appelle échelle de température les différents systèmes de repérage et d’unité utilisés pour préciser sa valeur.

1. Rechercher quelle est l’échelle de température couramment utilisée en Europe et dans la plupart des pays du monde. Quel est son nom et comment est-elle définie ?
2. Mêmes questions pour l’échelle utilisée aux États-Unis.
3. Quelle est la formule qui donne cette température qF en fonction de celle que nous utilisons qC ?
4. Pendant l’été 2003 à Londres la température à atteint la valeur de 100°F. A quoi cela correspond-il pour nous ?
5. Qu’elle est l’unité utilisée dans le système international d’unité ?
6. Quelle est la formule qui donne cette température qK en fonction de celle que nous utilisons qC ?

2.     Les thermomètres à dilatation

1. Que signifie le terme « dilatation » dans le cas d’un liquide.
2. Usuellement, on utilise des thermomètres à mercure ou à alcool. En Sibérie, en hiver un des deux liquides usuels ne peut pas être utilisé, pourquoi ?
3. Pourquoi l’eau ne peut-elle pas être utilisée pour mesurer les températures extérieures ?

3.     Les capteurs de température

3.1.   La thermistance à coefficient de température négatif (CTN)

3.1.1. Comportement d’une thermistance à CTN

La thermistance à Coefficient de Température Négatif (CTN) est un composant dont une des caractéristiques électriques dépend d’une grandeur physique.

1. Quelle est la grandeur physique qui modifie la résistance d’une thermistance à CTN ?
2. La résistance de la thermistance pour une température donnée est-elle toujours la même ?
3. Comment varie la résistance de ce capteur en fonction de la température ?

3.1.2. Simulation de la courbe d’étalonnage d’une thermistance à CTN

Pour pouvoir utiliser un tel composant comme capteur de température, il faut pouvoir relier la température à la résistance. Pour cela il faut construire une courbe d’étalonnage, c'est-à-dire une courbe  où  est la résistance aux bornes de la thermistance et où  est la température.

Nous allons construire cette courbe à partir du Logiciel de simulation Crocodile Physics.

Pour cela on procède de la manière suivante :

è Créer une thermistance à CTN de valeur 1kΩ.

è Faire varier la température de la thermistance et relever la valeur de la résistance (réaliser une mesure tous les 10°C.

è Exploitation des meures :

-          Lancer le logiciel regressi.

-          Cliquer sur Fichier, Nouveau, Clavier puis définir les deux variables expérimentales T et R.

-          Dans le tableau qui apparaît, saisir les mesures obtenues précédemment.

-          Dans la fenêtre Graphe, tracer puis imprimer la courbe détalonnage de notre capteur.

-          Quelle est l’allure de la courbe obtenue ?

3.2.   Utilisation et validation de notre thermomètre

1. Décrire le protocole permettant la mesure d’une température quelconque à l’aide d’un tel dispositif.
2. Pouvons-nous utiliser la courbe d’étalonnage obtenue par simulation pour réaliser une mesure de température avec la thermistance à CTN utilisée au paragraphe 3.1.1 ?
3. Mesurer la température de la salle de classe avec cette thermistance à CTN.
4. Comparer la valeur obtenue à celle mesurée sur un thermomètre électronique.
5. Conclure

4.     Vers une acquisition informatisée de la température       

Une fois le capteur étalonné, si on veut avoir une chaîne d’acquisition  entièrement informatisée, il faut pouvoir mesurer la résistance aux bornes du capteur et afficher directement la température sur l’ordinateur.

1. Comment mesurer la résistance aux bornes du capteur à l’aide de l’ordinateur ? Si nécessaire, faire le schéma du montage utilisé.
2. Comment à partir de la mesure de la résistance réalisée avec Orphy, pourrait-on afficher directement la température à l’écran ?
3. A l’aide regressi essayez de modéliser la courbe d’étalonnage. Conclure.
4. Le capteur CTN que nous avons utilisé est un capteur dit non-linéaire (sa courbe d’étalonnage n’est pas une droite). Quel serait l’intérêt d’utiliser un capteur de température linéaire ?