Objectifs généraux :
Pour suivre l'évolution de la température en laboratoire à l’aide d’un ordinateur, on peut réaliser une chaîne électronique. Le premier maillon de cette chaîne est le capteur. En contact avec l'expérience, le capteur est un composant électronique dont une caractéristique varie en fonction d'un paramètre expérimental. La CTN est un conducteur ohmique. On utilise une CTN de 1 kOhms (sa résistance est donnée pour une température d'environ 20°C).
Dans un premier temps, on montre que la grandeur caractéristique RCTN
est fonction de la température. Dans un deuxième temps, on montre son rôle de
capteur de température par interprétation du graphe de RCTN = f (q).
L'étalonnage d'un capteur comprend l'ensemble des opérations qui permettent de donner, sous forme algébrique, la relation entre les valeurs de la grandeur physique et celles de la grandeur électrique. On peut donc déterminer la fonction de transfert du capteur. L'étalonnage statique est constitué par le relevé, pour différentes valeurs de la grandeur physique, des valeurs correspondantes de la grandeur électrique dans des conditions bien déterminées de fonctionnement. L'étalonnage du capteur fournit à l'expérimentateur un certain nombre de points qui, même pour un capteur théoriquement linéaire, ne sont pas forcément tous alignés du fait de l'imprécision des mesures. L'équation de la droite de régression permet de donner la représentation la plus probable.
C'est une première approche de la notion de capteur. L'élève découvre un composant, la CTN. Il l'utilise connectée à un ohmmètre. Il est amené à la notion de capteur. On justifie alors son utilisation, lors de la manipulation suivante.
La CTN est un conducteur ohmique. Utiliser un ohmmètre pour mesurer sa résistance.
- La valeur de cette résistance est-elle constante si on la maintient entre les doigts durant la mesure ? Qu’est-ce qui fait varier sa résistance ?
- Sachant qu'une CTN a une résistance de 1kOhms à une température de 20°C la température de la salle de classe est-elle inférieure, supérieure ou égale à 20°C ?
- Pourquoi dit-on que la CTN est un capteur de température ?
On chauffe un ballon contenant de l'eau et de
la glace pilée jusqu'à ébullition. Durant toute la manipulation, la CTN est
immergée dans ce milieu. Un thermomètre gradué de -10°C à +110°C nous permet de suivre l'évolution
de la température. Pour obtenir des mesures cohérentes, le composant étudié
est maintenu à côté du réservoir du thermomètre. L'objectif est d'utiliser le
graphe RCTN = f ( q
) pour interpréter l'affichage de l'ohmmètre. La CTN est reliée à l'ohmmètre
et plongée dans un milieu dont la température varie. Un régulateur de chauffe
est utilisé afin d'en contrôler l'évolution. La température T est relevée tous les 4 à 5°C.
On utilise le tableur Excel ou Regressi pour tracer le graphe de RCTN = f ( q ).
Peut-t-on maintenant utiliser une CTN pour connaître la température ?
A l'aide du tableur on représentera le graphe R = f (T) en rentrant les valeurs manuellement dans fichier nouveau clavier au fur et mesure des prises de mesures. ctn.rw3
Utilisation des types de curseur dans Regressi
On se propose d'étalonner une sonde Platine Pt100 en température pour en faire un capteur de température.
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 Nous
allons mesurer la résistance de la sonde à l'aide d'un Ohmmètre,
et la température du liquide dans lequel elle se trouve à l'aide
d'un thermomètre à mercure classique (lui-même étalonné par le constructeur
- dilatation du mercure en fonction de sa température).
La gamme de température de l'étude sera de 20°C à 80°C : on l'obtiendra par un thermo-plongeur placé dans une cuve à eau homogénéisée. Le capteur sera fixé au thermomètre à l'aide d'un élastique et l'on prendra une mesure tous les degrés, un tableau sera rempli (T et R) et les données seront rentrées dans le logiciel REGRESSI . |
Prise en main d'un tableur scientifique Regressi et initiation à l'ajustement mathématique intégré.
Il faudra beaucoup insister dans cette partie sur la différence entre relier les points par un segment de droite (tendance naturelle de l'élève) et l'ajustement mathématique. Il faut essayer de donner du "sens physique" à ces différences.
A l'aide du tableur on représentera le graphe R = f (T) en rentrant les valeurs manuellement dans fichier nouveau au fur et à mesure des prises de mesures. Ensuite visualiser le graphe, passer dans le module "ajustement d'une fonction mathématique".
- Les points sont-ils alignés ? Proposer une fonction mathématique pouvant s'ajuster aux points expérimentaux.
du type R = R0*(1 + k*T) puis R = 1(R0 + k*T + K1*T2)
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- Que peut on dire de la variation de la résistance par rapport à la variation de température ?
- Peut on se servir de la sonde comme thermomètre ? Si oui, comment ?
Conclusion : la résistance d'une sonde Pt100 est de 100W à 0°C et la variation est de 0,4 W par degré.