Chaîne thermométrique ave

Chaîne thermométrique avec un capteur linéaire :

le LM35dz

1. Le capteur et la sonde:

Le composant LM35dz est, comme la CTN, un capteur de température. À la différence de la CTN, il faut l'alimenter grâce à une tension Vcc et la tension à sa sortie, U_S1, dépend de la température.
Le LM35dz est un quadripôle (4 bornes) mais ses bornes se réduisent physiquement à 3 car une des 2 bornes d'entrée et une des 2 bornes de sortie sont reliées à la masse.

Le composant LM35dz et, à droite, la sonde thermométrique.

2. Mesure de U_S1 et de U_S - Étage amplificateur:

On utilise comme adaptateur le module thermomètre à capteur linéaire de la mallette MPI 2 et on réalise les branchements suivants:

La tension U_S1 est amplifiée dans le module thermomètre par un A.O. et la tension disponible à la sortie est U_S.
Le gain G = 1 + R₂/R₁ de l'amplificateur opérationnel est réglable grâce à un tournevis. Ici il vaut G = 7,55.
On prend la sonde entre les mains et on observe l'effet de l'augmentation de température θ sur U_S1 et sur U_S
On pratique une simulation de l'étage amplificateur grâce au logiciel "Crocodile Physics".

3. Étude de U_S = f(θ) et modélisation:

Le module thermomètre à capteur linéaire de la mallette MPI 2. La tension de sortie U_s est envoyée à un voltmètre.

Plaçons un thermomètre à colonne de liquide (-10/+110°C) ainsi que l'extrêmité de la sonde dans un ballon contenant de la glace pilée et de l'eau. Faisons augmenter la température grâce à un chauffe-ballon et notons la tension U_s tous les 5°C environ entre 0 et 90°C.
Nous ouvrons un nouveau classeur du tableur dans lequel nous remplissons l'entête et où nous écrivons nos mesures (θ et U_s) au cours de l'élévation de température.

Résultats:

On obtient U_s (V) = 0,0723 × θ (°C) ou U_s (mV) = 72,3 × θ (°C). On peut dire que la sensibilité est de 72,3 mV/°C.
Inversement, θ (°C) = 13,8 × U_s (V) donc une précision de 20 mV = 0,02 V sur U_s donne une précision sur la température: 13,8 × 0,02 soit Δθ = 0,28 °C.
C'est ce cœfficient de proportionnalité 1/a = 13,8 qu'il faudra injecter dans la feuille d'étalonnage du classeur "malettenew.xls".

Voir le classeur.

4. Étalonnage du capteur:

Il y a deux méthodes d'étalonnage.

Dans les 2 cas: on envoye la tension U_s (inverseur sur 2°C/110°C) entre la masse et la voie 0 du module d'acquisition de la mallette MPI 1 (cavalier absent pour être sur le calibre 0/5V), module que l'on relie à l'ordinateur via le port imprimante. On ouvre le classeur "mallettenew.xls" et on choisit l'onglet "Chaîne thermométrique". On sélectionne le calibre 1. On ne peut alors relever que des températures positives.

1^ère méthode:
On modifie la valeur du "Coefficient résultant de l'étude du capteur" dans la cellule qui est proposée et on clique sur le "Bouton d'acquisition". La température indiquée par l'ordinateur doit être celle qui est indiquée par le thermomètre. La valeur par défaut (21,2) doit être remplacée par la valeur que nous avons trouvée: 13,8. L'ordinateur peut désormais servir de thermomètre.

2^nde méthode:

Tourner la vis de réglage de R₂ grâce à un tournevis jusqu'à ce que la température indiquée par l'ordinateur soit celle indiquée par le thermomètre de référence. L'ordinateur peut désormais servir de thermomètre.

5. Équilibre thermique de la sonde:

Quel est l'ordre de grandeur de la durée que met la sonde pour se mettre en équilibre thermique?

Pour la gamme de températures, positives et négatives, que l'on va utiliser, on place l'inverseur du module thermomètre sur -40°C/110°C, on replace le cavalier de la voie 0 du module d'acquisition pour être sur le calibre -5V/+5V et on choisit le calibre 2 de la feuille de calcul du classeur "lm35dznew.xls".

On plonge la sonde dans un récipient contenant des glaçons secs issus du congélateur. On attend que la température cesse de décroître puis on sort la sonde de ce récipient et on la place dans l'air ambiant. En même temps, on lance l'acquisition du classeur.

Évolution temporelle de la température de la sonde: