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btsmai_tp2(thermostat).odt ­ Marie Pierrot – Lycée du Rempart ­ 03/11/10
Etude d'un capteur de température et Principe du thermostat Objectif : Étudier un capteur de température, déterminer sa sensibilité et valider son modèle de variation mathématique. Étudier et mettre en œuvre un circuit de mise en forme pour comprendre le principe de fonctionnement d'un thermostat.
1. Étude d’une thermistance.
Description :
Ce sont des résistances qui ont la propriété de varier en fonction de la température. Branchées en série avec un générateur, elles présentent une résistance variable, et se laissent donc traverser par un courant également variable, en fonction de leur température. On distingue deux types de thermistances : ­ Les CTP (coefficient de température positif – la résistance croît avec la température ­) ou PTC ­ Les CTN (coefficient de température négatif – la résistance décroît avec la température ­) ou NTC.
Symbole : Sur chaque poste de travail on dispose de :
­ 1 récipients, un tube à essai et des glaçons pour obtenir une atmosphère refroidie
­ 1 lampe de 100 W pour obtenir une atmosphère chauffée,
­ 1 thermomètre électronique.
11. Nous souhaitons savoir comment varie la résistance de notre composant en fonction de la température.
111. Quelle expérience pouvez vous réaliser pour étudier ces variations ?
Décrivez précisément l’expérience et en particulier : ­ le matériel utilisé,
­ le schéma de l’expérience,
­ les températures que vous allez atteindre et comment,
­ les précautions à prendre.
112. Mesurez les différentes valeurs de résistance obtenues pour la gamme de température que vous étudiez et présentez vos résultats dans un tableau.
113. Tracez la courbe de variation de R (exprimée en Ohm) en fonction de la température absolue (exprimée en Kelvin).
114. De quel type de thermistance s’agit­il : CTP ou CTN ?
Retrouvez la référence technique du composant sur la documentation technique (voir annexe 1). La courbe R=f(T) fournie par le constructeur correspond­t­elle à la votre ? Si non, pourquoi ?
12. Modèle mathématique de la variation de la résistance de la CTN
121. Déterminer la sensibilité de la CTN au voisinage de 25°C : σCTN = | dR/dθ | . Comment varie cette sensibilité quand la température augmente ?
122. T étant la température absolue de la CTN, tracer sur papier semilog le graphe R CTN = f(1/T), la valeur des résistances étant portée sur l'axe logarithmique. En déduire β et R0 (Résistance à T0 = 273 K = 0°C) définis par la relation :
1 1
R= R 0 e
β
 − 
T T0
(123.) Utiliser un tableur pour comparer la courbe obtenu à partir des mesures effectuées à la question 112. et la courbe du modèle déterminé à la question précédente.
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2. Etude du circuit de mise en forme
R
t°
21. Nous souhaitons recueuillir l’information (température) sous la forme d'une tension comprise entre 0V et 5V.
E=5V
211. Quelle est l’expression de U en fonction de E , R et R’ ?
U
V
R’
212. Si R’ = 1 kΩ ; entre quelles valeurs va varier la tension U mesurée par le voltmètre ?
213. Quelle est la tension UMIN mesurée lorsque le capteur de température est dans une athmosphère à 15°C ?
214. Quelle est la tension UMAX mesurée lorsque le capteur de température est dans une athmosphère à 35°C ?
NC +VCC
S
offset
8
7
6
5
1
2
3
4
offset
e-
e+
-VCC
22. Etude d'un amplificateur différentiel intégré
ε
PRESENTATION DE L’A.D.I.:
e-
∞
Vs
e+
Le circuit comporte 8 « pattes » dont: deux pour l’alimentation du circuit ( Vcc = 15 V ), une entrée inverseuse e­, une entrée non­inverseuse e+ et la sortie VS.
Il faut toujours alimenter l’ADI en ±15 V AVANT de le brancher à une autre source de tension, de même au moment de débrancher il faut débrancher l’alimentation ±15 V en DERNIER.
221. Caractéristique: VS = f()
La différence de potentiel entre les deux entrées est appelée:  = e+ ­ e­
Faire varier  entre ­Vcc et +Vcc et relever les valeurs correspondantes de la tension de sortie VS.
Tracer la caractéristique. Distinguer et décrire 3 zones de fonctionnement.
222. Mesurer les courants entrant par les bornes + et ­ de l’A.O.. Conclusion?
+ 15 V
V


V
V
V
­ 15 V
V
+ 15 V
23. Etude d'un monage comparateur à deux seuil
∞
231. R = R' = 1kΩ et E= 2V.
232. Faire varier Ve entre ­15V et +15V ( dans un sens et dans l'autre ) et relever les valeurs correspondantes de la tension de sortie VS.
- 15 V
VE
233. Tracer les courbes VS (e+ ).
Pour quelles valeurs la sortie change­t­elle d'état ?
R
VS
R'
E
234. Étude en alternatif. R' est remplacée par une boite à décade réglée au départ à 1kΩ.
ve est une tension alternative triangulaire de fréquence 500 Hz et d'amplitude réglable.
Visualiser ve et vs sur l'oscilloscope. Expliquer.
En supprimant la base de temps, observer et relever v s = f(ve).
235. La courbe obtenue en mode XY (question précédente) est appelée caractéristique de transfert du comparateur.
Comment cette caractéristique évolue­t­elle lorsqu'on change la valeur de E ?
Comment cette caractéristique évolue­t­elle lorsqu'on change la valeur de R' ?
236. Comment régler ces deux paramètres pour que les seuils de basculement du comparateur soit exactement les valeurs UMIN et UMAX déterminées précédemment (question 213 et 214)
24. Proposer et réaliser un montage qui provoque l'allumage d'une diode rouge dès que la température ambiante dépasse 35°C et l'allumage d'une diode verte dés qu'elle baisse sous une température de 15°C. (Penser à consulter le mémothèque pour savoir quel courant maximum peut supporter une diode...)
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