Les capteurs de température - publié le 29/07/2023

Thèmes abordés

Capteurs de température, thermistance, temps de réponse d'un capteur, mesure de température sans contact, rayonnement thermique, module à effet Peltier, Python, loi de Stefan, constante de Stefan-Boltzmann

Résumé du document

Le but de ce TP est de se familiariser avec un capteur de température et, pour ce faire, nous allons chercher à étalonner une thermistance avec une certaine résistance, à déterminer le temps de réponse d'un capteur de température, et estimer la température du rayonnement thermique émis par un corps noir.

Extraits

[...] Ainsi, on a Temps de réponse d'un capteur de température Figure 6 - Graphique pour estimer le temps de réponse d'un capteur de température avec un cylindre de plexiglas de 4 mm Figure 7 - Graphique pour estimer le temps de réponse d'un capteur de température avec un cylindre de plexiglas de 6 mm Figure 8 - Graphique pour estimer le temps de réponse d'un capteur de température avec un cylindre de plexiglas de 8 mm Figure 9 - Graphique pour estimer le temps de réponse d'un capteur de température avec un cylindre de plexiglas de 10 mm Figure 10 - Graphique pour estimer le temps de réponse d'un capteur de température avec un cylindre de plexiglas de 12 mm Le temps de réponse pour le capteur avec un cylindre de diamètre 4 mm est d'environ 15 s selon la figure 6. Le temps de réponse pour le capteur avec un cylindre de diamètre 6 mm est d'environ 30 s selon la figure 7. [...]

[...] Nous augmentons progressivement la température et notons la résistance de la thermistance affichée sur notre appareil de mesure. Puis, nous représentons le logarithme népérien de la résistance en fonction de l'inverse de la température pour en déduire l'énergie caractéristique du matériau. Temps de réponse d'un capteur de température Après avoir réalisé le schéma de la figure nous avons écrit un programme à l'Arduino (Voir Annexe) qui lit l'entrée A0, convertit la tension en température et l'envoi sur le port série de l'ordinateur à une cadence fixée. [...]

[...] On peut alors tracer le graphique suivant : Figure 11 - : Représentation de la puissance du rayonnement en Watt en fonction de T4 en Pour les incertitudes, nous les avons déterminés de la façon suivante : Par propagation des incertitudes, j'ai : J'applique le même principe pour la température ; ; Ainsi, l'incertitude pour ∆T4 est 4T[3]∆T On s'appuie sur la loi de Stefan pour tracer ce graphique qui est Φtot = AσT4 avec Φtot la puissance totale rayonnée dans tout l'espace par une source d'aire A à la température T. σ est la constante de Stefan-Boltzmann et vaut 5,67.10[−8]Wm[−2]K[−4]. L'ajustement de la droite nous donne la valeur de Aσ = (3,01.10[−14]+- 0,08 ;10[−][16]) WK[−4]. La valeur attendue de ce coefficient est Aσ = 13.10−6 x 5.67.10−8 = 7.37.10[−13]WK[−4], on a donc presque un facteur 100 entre la valeur expérimentale et la valeur théorique. [...]

[...] Mesure de température sans contact - rayonnement thermique Le montage monté, nous commençons d'abord à mesurer la résistance R0 à l'aide d'un ohmmètre de précision et la température ambiante T0 à l'aide d'un thermocouple. La lampe sous tension nominale provoque une variation du signal de sortie Vc qui permet d'estimer un temps de réponse tr. Pour une gamme de tensions d'alimentation U de 0 à 12V pour la lampe, nous mesurons le courant I dans la lampe, et les tensions Vc et grâce à des multimètres. Il est nécessaire de suivre un protocole assez strict pour la mesure de Vc. [...]

[...] Évidemment, la chaleur prend plus de temps à pénétrer la gaine protectrice de notre capteur si elle épaissit. Mesure de température sans contact - rayonnement thermique Afin de mesurer la température du filament, on place la lampe halogène sous une alimentation à tension variable de 0 à 12V (tension nominale de la lampe halogène) et on mesure le courant I et tension U traversant la lampe. On place au-dessus de la lampe, une boite en carton pour la protéger des courants d'air. [...]