Principe général des capteurs électroniques

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  1. Introduction

    Un capteur électronique est toujours basé sur un composant dont une propriété varie selon une propriété de l'environnement. Par exemple, ça peut être une résistance qui varie avec la température (thermistance), une résistance qui varie avec l'éclairement (photorésistance), une transistor qui conduit un courant proportionnel à l'éclairement (phototransistor), etc.

    Pour arriver à transformer le comportement du capteur en quelque chose de mesurable, on s'arrange souvent pour produire une tension qui varie avec les changements dans l'environnement. Par exemple, si le capteur est résistif (comme dans le cas de la thermistance ou de la photorésistance), on réalisera un diviseur de tension avec une résistance fixe, le capteur, et une source de tension fixe.

    Voici le schéma d'un tel diviseur de tension (schéma 1) :

     

    1. Rappeler l'expression qui permet de calculer la tension de sortie Us (mesurée aux bornes de R2) en fonction de la tension d'entrée Ue (du générateur) et des valeurs des résistances.

    2. A l'aide d'un logiciel de dessin, modifier le schéma ci-dessus en y ajoutant les flèches tensions Us et Ue .

  2. Utilisation d'une thermistance

    1. Rappelez la méthode employée pour mesurer une résistance à l'aide d'un multimètre (branchements, réglages, etc.), faites un schéma et ajoutez une phrase concise.

    2. Mesurez la résistance d'une thermistance, faites varier sa température, par exemple avec votre main, et notez ce que vous constatez. Comment la résistance varie-t-elle avec la température ?

    3. Sélectionnez une résistance nue d'une valeur proche de celle de la thermistance, notez sa valeur (mesurée précisément), puis réalisez le montage du schéma1 à l'aide d'une plaque LAB. Prenez une photo de ce montage, avec un voltmètre branché pour la mesure de la tension Us. .Insérez la photo ici.

  3. Variation de la tension du capteur de température

    Le capteur est en fait tout le dispositif qui comprend un générateur, une résistance fixe R et une thermistance Rth. On peut soit décider que R1 est la résistance R, et R2 est la thermistance Rth, ou le contraire.

    1. Comment faut-il faire pour que la tension de sortie du capteur soit une fonction croissante de la température? Justifiez votre choix de deux façon : par l'expérience (une simple phrase pour dire comment on vérifie «  que ça marche  »), et par l'utilisation de la formule vue ci-dessus

    L'étude de la variation de tension sera faite pour un intervalle de 50 °C environ. Par exemple si la température ambiante est de 25 °C, ça peut valoir la peine de refroidir le matériel au préalable (un objet humidifié peut être utile), pour pouvoir atteindre un intervalle de 18 °C à environ 68 °C.
    La thermistance sera mise très près d'un thermomètre classique, sans la mouiller (l'eau est un peu conductrice et elle fausse les mesures), mais en assurant un excellent contact thermique. Varier lentement la température sur un intervalle de 20 °C environ, enregistrer dans un tableau les mesures successives (température, tension de sortie du capteur).  On fixera la tension du générateur Ue à 5V.

    1. Réalisez un schéma du dispositif qui permet le contact thermique entre thermistance et thermomètre, tout en évitant de mouiller la thermistance.

    2. Réalisez une photographie de ce montage. Faites en sorte que la photo contienne un signe distinctif permettant de la repérer. Insérez la ici

    3. Remplissez un tableau d'une vingtaine de mesures, qui mette en relation la température lue au thermomètre et la tension du capteur. Faites le tableau en colonne.

  4. Loi de votre capteur de température

    1. À l'aide du tableur-grapheur Régressi, représentez une courbe montrant la variation de la tension (en ordonnée) du capteur en fonction de la température (en abscisse).

    2. Effectuer la modélisation par une régression linéaire. Insérez ici la courbe contenant l'équation obtenue.

    3. Réecrire l'équation de la modélisation en utilisant les lettres Us et T.

  5. Publication du compte-rendu

Le travail de la présente séance sera publié dans votre site web personnel en modifiant votre page index.html