activité expérimentale faite en classe

Chapitre 5
C APTEURS
TSTI2D
DE TEMPÉRATURE
A CTIVITÉ
3
Situation
Les différents capteurs présents dans l'habitat ou dans une automobile peuvent servir à mesurer des températures :
température d'une pièce pour le fonctionnement d'une chaudière, température du liquide de refroidissement, de l'huile du
moteur, du gaz d'échappement, température de l'air ; autant d'informations utiles au confort des personnes et à l'ordinateur
de bord pour assurer un fonctionnement optimal du véhicule.
Les capteurs utilisés sont appelés des thermistances, et font partie de la famille des semi-conducteurs. L'objectif de cette
activité est d'étudier ce type de capteur.
Document 1
Documents
Fiche technique des thermistances utilisées dans l'automobile
R25 est la valeur de la résistance de la thermistance CTN à 25°C.
α est le coefficient de température à 25 °C : α=
ΔR
où T désigne la température en kelvin (K).
R⋅Δ T
Document 2
B25 est l'indice de sensibilité à 25 °C : B25 = − α ·T 2.
Comment noter le résultat d'une mesure ?
Le résultat d’une mesure n’est jamais une valeur : il sera donné sous la forme d’un intervalle des valeurs probables du
mesurande M = m ± ΔM associé à un niveau de confiance (le mesurande est la grandeur mesurée).
L’incertitude de mesure ΔM est un paramètre, associé au résultat du mesurage, qui caractérise la dispersion des
valeurs qui pourraient raisonnablement être attribuées au mesurande.
Pour un niveau de confiance de 95%, l'incertitude de mesure ΔM se calcule en multipliant pas 2 l'incertitude-type
composée sy du mesurande :
ΔM = 2 . s y
Cette « incertitude-type composée » tient compte des incertitude-type de tous les mesurandes. Si les mesurandes sont
indépendants, elle se calcule par la relation :
s y²=s x1 ² +s x2² +...
(sxn correspond à l'incertitude-type de chacun des n mesurandes).
Il faut limiter le nombre de chiffres significatifs de l'incertitude de mesure ΔM à un seul chiffre significatif.
C05 - A2
TSTI2D
1/2
Document 3
Comment déterminer l'incertitude-type s ?
On appelle mesurage (mesure) l'ensemble des opérations permettant de déterminer expérimentalement une ou
plusieurs valeurs que l'on peut raisonnablement attribuer à une grandeur.
Exemple : quand on mesure la résistance R d'un dipôle passif linéaire, le mesurande est la valeur R de la résistance de ce
dipôle et le mesurage est effectué, par exemple, avec un ohmmètre.
Un mesurage n'est jamais parfait, il y a toujours une erreur de mesure Er. Celle-ci a deux composantes :
•
une erreur aléatoire Era
•
une erreur systématique Ers
Er = Era + Ers
L'estimation de l'erreur systématique est appelé biais de mesure ou erreur de justesse . Par conséquent, la «
justesse » d'un appareil de mesure est l'aptitude de cette appareil à donner des indications exemptes d'erreur
systématique.
La documentation constructeur des appareils de mesure propose, en général, une indication de l'erreur systématique.
Cette indication permet de calculer l'incertitude-type B (noté s) du mesurage.
Différents cas peuvent se présenter :
• le constructeur fournit l’incertitude-type s (cas très rare).
•
pour un appareil de mesure analogique (appareil à cadran, lecture d’un
réglet...), l’incertitude de lecture est estimée à partir de la valeur d’une
graduation. On peut montrer que :
•
le constructeur fournit une indication de type Δc sans autre
information. Dans ce cas, on prendra pour incertitude-type:
s=
valeur d'une graduation
√ (12)
s=
Δc
√ (3)
Travail à faire
Q1. Comment une thermistance peut-elle accéder indirectement à la température ?
Q2. Indiquer la nature du mesurande et de la réponse de la thermistance.
Q3. Quel est le moyen le plus simple de mesurer la réponse de la thermistance ?
Q4. Comment montrer que la valeur de cette grandeur est liée, dans la cas d'une thermistance, à la valeur de la température ?
Proposer un protocole expérimental permettant de montrer ce lien.
Matériel disponible : Thermistance, bécher, ohmmètre, agitateur magnétique, thermomètre.
→ Après validation du protocole par le professeur, réaliser vos mesures.
Q5. Évaluer l'incertitude-type B associée aux appareils de mesure utilisés.
Q6. Évaluer l'incertitude de mesure ΔM sur vos mesures.
Q7. Représenter graphiquement l'évolution de la résistance en fonction de la température en kelvin en faisant apparaître
l'incertitude de mesure sur la température.
Q8. Il existe deux type de thermistances : CTN et CTP (résistance à coefficient de température négatif ou positif). Pourquoi
appelle-t-on ainsi ? A quelle catégorie appartient la thermistance que vous avez étudiée ?
Q9. Pourquoi dit-on que les thermistances sont des résistances non-linéaires ?
Q10. Quelle est la valeur expérimentale de la résistance de la thermistance à 298K (25°C) ? En se référent au document 1,
indiquer si ce résultat est cohérent.
Q11. Comment déduire du graphique la température ambiante de la pièce ?
C05 - A2
TSTI2D
2/2
Protocole à réaliser :
•
Mesurer la résistance de la thermistance et consigner la valeur. Ne pas toucher la partie sensible.
•
Remplir le bécher avec 200mL d'eau « froide » et le placer sur la plaque chauffante éteinte. (réglage 300°C)
•
Y placer le thermomètre auquel on aura attaché la thermistance reliée à l'ohmmètre avec un élastique.
•
Mettre la plaque sous tension et réglée à 300 °C. Dans un tableau, relever les valeurs de la résistance de la
thermistance tous les 5°C jusqu'à 60°C.
C05 - A2
TSTI2D
3/2

Download Report