Thermistance et capteur de température

Est-il possible d'utiliser un composant électronique pour mesurer les températures?
Chaque élève devra rédiger un compte-rendu soigné, en faisant des phrases claires et en justifiant chaque affirmation.

I La thermistance qualitative	II La thermistance quantitative
III Le circuit intégré LM35	IV Etude du capteur LM 35
V Capteur et ordinateur

I La thermistance qualitative
Q 1: Mesurer la résistance de la thermistance à l'aide d'un ohmmètre. Q 2: Tenir cette thermistance entre les doigts. Que se passe-t-il quand la température de la thermistance augmente ?
La thermistance utilisée ci-dessus se nomme thermistance à coefficient de température négatif (CTN). Les techniciens la nomme souvent CTN.	Une automobile possède un circuit de refroidissement du moteur où circule de l'eau. Une thermistance est immergée dans l'eau du circuit. Un voyant de contrôle (mA) est placé sur le tableau de bord. Q 3: Montrer que l'indication du milliampèremètre ci-contre donne une indication sur la température de l'eau du circuit de refroidissement.

II La thermistance quantitative
Objectif: On se propose d'étudier les variations de la résistance d'une thermistance CTN en fonction de la température.	Méthode: Une thermistance est immergée dans un becher d'eau placé sur un agitateur magnétique chauffant. Un thermomètre permet de connaître la température de l'eau chauffée.		Le générateur permet de limiter l'intensité à une valeur fixée à l'avance (générateur d'intensité).
A) Dispositif expérimental Réaliser le montage électrique ci-dessus où R_th est une thermistance et G un générateur d’intensité.	Les valeurs de la résistance de la thermistance seront obtenues à partir des valeurs de U_AM et de I. Q 4: Refaire le schéma en fléchant la tension U_AM. Donner l'expression de la résistance R_th.		La thermistance est immergée dans un becher contenant 100 mL d’eau froide à 18°C environ qu’on chauffera grâce à un agitateur magnétique chauffant jusqu'à 60°C.
B) Mesures Régler le générateur d'intensité pour avoir l'intensité maximale et noter cette valeur.	Configurer l'ordinateur: Ouvrir le logiciel regressi et passer en mode acquisition. Fichier Nouveau Candibus Voie A U_CM V Activer Voie B Désactiver La température q, en degrés Celsius (°C) sera entrée au clavier (ci-contre).		Choix du mode d'acquisition: Nom q Unité °C minimum 0 maximum 60°C
Quand tout est vérifié par le professeur, mettre en marche l'agitation et le chauffage (niveau 5). On validera les mesures pour des valeurs entières de la température, par exemple de 2°C en 2°C.	Afficher la température et valider par "entrée". Continuer les mesures jusqu'à 60°C .		Enfin, sauver les mesures dans régressi (icône ). Bien cocher: puis OK.
C) Exploitation des résultats a) Sauvegarder le fichier. b) Créer la variable R_th (icône ): Cocher la ligne grandeur calculée: puis remplir les cases pour définir R_th.	c) Afficher le graphe de R_th en fonction de la température q (icône ). Choisir éventuellement des échelles en abscisse et en ordonnée (icône ) d) Imprimer le graphe. Q 5: Déterminer les résistances qui correspondent à deux valeurs particulières de q au choix . On utilisera le curseur (réticule):		Q 6: Expliquer pourquoi une thermistance peut être utilisée pour mesurer une température.
Q 7: Placer la thermistance dans une eau tiède de température inconnue. Utiliser le graphe affiché sous regressi pour déterminer la valeur de cette température.			Q 8: Cliquer sur l'icône de modélisation puis proposer une équation pour modéliser cette courbe. On choisira parmi les équations ci-dessous celle(s) qui semble(nt) possible(s): Pour valider le modèle, cliquer sur l'icône de mise à jour . Déplacer éventuellement une des bornes pour voir si un modèle convient bien sur une partie de la courbe (écart relatif inférieur à 1%). Certains modèles conviennent-ils? Noter l'équation et les bornes du meilleur modèle trouvé.
	R = a * q R = a * q + b R=aq ^2 + bq + c R = a / q R = asqrt(q) + bq +c Remarque: sqrt(q) = racine carrée de q.

III Le circuit intégré LM35
Le circuit intégré LM 35 est un capteur de température. Sa tension de sortie dépend de sa température. D'une manière générale, on appelle capteur un composant capable de transformer une grandeur physique (pression, température, intensité lumineuse, etc) en une tension.		Q 9: Traduire ce diagramme par une phrase et le recopier.
Un circuit intégré contient des composants électroniques noyés dans la résine. Pour fonctionner, il nécessite une alimentation. Le composant LM35 peut être alimenté par une tension de 4V à 20V.		a: alimentation (4 à 20V) b: borne de sortie c: masse V_M = 0V	Pour la tension délivrée par le le capteur de température LM35. Q 10: Montrer que: U_SM = V_S - V_M = V_S
On se propose d'étudier la tension délivrée par le capteur LM 35 en fonction de la température.

IV Etude du capteur LM 35D
Le capteur LM 35D utilisé peut être utilisé de 0 à 120 °C. La tension délivrée par le capteur, alimenté par une pile 9V est mesurable entre les deux bornes repérées sur le dispositif (Mesures). Elle peut être mesurée par un voltmètre ou en utilisant la carte Candibus de l'ordinateur.		Préparer le dispositif ci-contre, le capteur et un thermomètre au degré étant immergés dans environ 100 mL d'eau initialement entre 0 et 20°C. Utiliser éventuellement des glaçons. Brancher les fils de la voie A pour mesurer la tension délivrée par le capteur. On utilisera la voie A de l'ordinateur pour mesurer la tension U, les températures étant entrées au clavier.
Acquisition: Ouvrir le logiciel régressi, puis passer en mode mesures: Fichier Nouveau Candibus Voie A U V Activer Voie B Désactiver	Choix du mode d'acquisition: Nom q Unité °C minimum 0 maximum 60°C	Mettre en marche l'agitation et le chauffage. Afficher la température et valider par entrée. Continuer les mesures jusqu'à 60°C puis sauver les mesures dans régressi (icône ). Bien cocher: puis OK.
Afficher le graphe U en fonction de q . Demander la modélisation et proposer une équation.	Q 10: Noter l'équation du modèle trouvé et l'écart relatif entre le modèle et la courbe. De quel type de fonction s'agit-il?	Q 11: Quel est la valeur du coefficient directeur? Exprimer la sensibilité, c'est-à dire le nombre de mV par degré.

V Capteur et ordinateur
Définition: Un capteur est un composant capable de transformer une grandeur physique (ici la température) en une autre grandeur physique (en général, la tension)		L'étude du capteur permet de trouver la relation entre U et q. Exemple: U = 0,010 * q
Démarche liée à un capteur:		Une expérience réalisée à l'aide d'un capteur de température donne des valeurs de tensions. On peut en déduire q à partir des valeurs de U en utilisant la modélisation trouvée: U = 0,010 * q.
Q 12: Bien noter la définition d'un capteur. Préciser les deux étapes pour aboutir à la mesure de températures en utilisant un capteur.		Q 13: Quelle relation simple permet ici de calculer q?