ÉtudeD'une CNT ou Thermistance

Pour suivre l'évolution de la température en laboratoire à l’aide d’un ordinateur, on peut réaliser une chaîne électronique. Le premier maillon de cette chaîne est le capteur. En contact avec l'expérience, le capteur est un composant électronique dont une caractéristique varie en fonction d'un paramètre expérimental. La CTN est un conducteur ohmique. On utilise une CTN de 1 k (sa résistance est donnée pour une température d'environ 20°C).

Dans un premier temps, on montre que la grandeur caractéristique RCTN est fonction de la température. Dans un deuxième temps, on montre son rôle de capteur de température par interprétation du graphe de RCTN = f (q).

L'étalonnage d'un capteur comprend l'ensemble des opérations qui permettent de donner, sous forme algébrique, la relation entre les valeurs de la grandeur physique et celles de la grandeur électrique. L'étalonnage statique est constitué par le relevé, pour différentes valeurs de la grandeur physique, des valeurs correspondantes de la grandeur électrique dans des conditions bien déterminées de fonctionnement. L'étalonnage du capteur fournit à l'expérimentateur un certain nombre de points qui, même pour un capteur théoriquement linéaire, ne sont pas forcément tous alignés du fait de l'imprécision des mesures. L'équation de la droite de régression permet de donner la représentation la plus probable.

I Manipulation 1 : découverte du capteur

La valeur de cette résistance est-elle constante si on la maintient entre les doigts durant la mesure ? Qu’est-ce qui fait varier sa résistance ? Sachant qu'une CTN a une résistance de 1k à une température de 20°C la température de la salle de classe est-elle inférieure, supérieure ou égale à 20°C ? Pourquoi dit-on que la CTN est un capteur de température ?

II Manipulation 2 : Utilisation du capteur.

On chauffe un ballon contenant de l'eau et de la glace pilée jusqu'à ébullition. Durant toute la manipulation, la CTN est immergée dans ce milieu. Un thermomètre gradué de -10°C à +110°C nous permet de suivre l'évolution de la température. Pour obtenir des mesures cohérentes, le composant étudié est maintenu à côté du réservoir du thermomètre. L'objectif est d'utiliser le graphe RCTN = f ( T ) pour interpréter l'affichage de l'ohmmètre. La CTN est reliée à l'ohmmètre et plongée dans un milieu dont la température varie. La résistance R est relevée tous les 4 à 5°C.

On utilise le tableur Excel ou Regressi pour tracer le graphe de RCTN = f ( T ).

1. A l'aide du tableur on représentera le graphe R = f (T) en rentrant les valeurs manuellement dans fichier nouveau clavier au fur et mesure des prises de mesures.
2. Peut-t-on maintenant utiliser une CTN pour connaître la température ?

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III Autre exemple à fonction linéaire : la sonde Pt100

Nous allons mesurer la résistance de la sonde à l'aide d'un Ohmmètre, et la température du liquide dans lequel elle se trouve à l'aide d'un thermomètre à mercure classique (lui-même étalonné par le constructeur - dilatation du mercure en fonction de sa température). La gamme de température de l'étude sera de 20°C à 80°C : on l'obtiendra par un thermo-plongeur placé dans une cuve à eau homogénéisée. Le capteur sera fixé au thermomètre à l'aide d'un élastique et l'on prendra une mesure tous les degrés, un tableau sera rempli (T et R) et les données seront rentrées dans le logiciel REGRESSI .

Prise en main d'un tableur scientifique Regressi et initiation à l'ajustement mathématique intégré.

A l'aide du tableur on représentera le graphe R = f (T) en rentrant les valeurs manuellement dans fichier nouveau au fur et à mesure des prises de mesures. Ensuite visualiser le graphe, passer dans le module "ajustement d'une fonction mathématique".

Faire un ajustement des points expérimentaux par une fonction mathématique consiste à trouver la fonction mathématique qui se rapproche au maximum de tous les points expérimentaux. Attention il ne s'agit pas de relier les points par un segment de droite.

1. Les points sont-ils alignés ?
2. Proposer une fonction mathématique pouvant s'ajuster aux points expérimentaux du type R = R0*(1 + k*T) puis R = 1(R0 + k*T + K1*T2). Donner les valeurs de R0, k et K1. Quelle est la fonction mathématique la plus adaptée ?
3. Que peut on dire de la variation de la résistance par rapport à la variation de température ?
4. Peut on se servir de la sonde comme thermomètre ? Si oui, comment ?

IV Résumé des connaissances révisées ou découvertes

Vous devez résumer ici ce qui vous est apparu indispensable, ou simplement utile pour l’année de MPI et pour vos révisions lors du prochain contrôle …