Capteurs et mesures dans l habitat

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1 Chapitre Capteurs et mesures dans l habitat NATHAN - La photocopie non autorisée est un délit Découvrir Activité documentaire n 1 Deux capteurs bien utiles dans une maison Exploiter : 1 La grandeur de sortie du thermocouple est la tension qu il délivre 2 Pour une température de C, la tension fournie par le capteur est proche de 2 mv 3 À l instant t,76 ms, le thermocouple délivre une tension de 3 mv 4 La grandeur d entrée est l accélération à laquelle il est soumis Pour une accélération de 1, g, le capteur fournit la valeur numérique 1 6 La valeur maximale de la sortie numérique est de 2, ce qui correspond à une accélération maximale de + 2,9 g Activité expérimentale n 2 Avec quel capteur mesure-t-on la température d un four? 1 La DEL s allume dès lors que la tension ε est positive ; on a alors V S + 12 V ce qui permet de faire circuler un courant dans la DEL dont l intensité est limitée par la résistance R p On constate à l aide des tensions relevées au début de l expérience que ε V A V B est positif ce qui justifie la mise en chauffe de la résistance du four symbolisée par l allumage de la LED 2 Pour obtenir un changement d état de la LED, il faut atteindre le seuil de basculement qui correspond à ε volt, soit encore V A V B Dans le montage, la tension V B est fixe (car et R 2 ne varient pas) et vaut 6 volts Le basculement se produit donc lorsque V A 6 V ll faut pour cela avoir R θ R 1 kω 3 Dans ce dispositif Tout Ou Rien, la grandeur de sortie ne peut prendre que deux états : résistance du four alimentée (tout) ou résistance du four éteinte (rien) 4 On amène la température du mélange à 4 C et on modifie la résistance R de façon à obtenir une tension de 6, V qui correspond à la tension de basculement fixée par les résistances et R 2 Extraire l information utile Les cuisinières à gaz sont-elles sûres? Exploiter : 1 Le thermocouple est un capteur actif car il produit une tension lorsque ses jonctions sont soumises à des températures différentes 2 Le principe utilisé est l effet Seebeck 3 Le thermocouple présentant la plus grande sensibilité à 9 C (et aux autres températures également) est le thermocouple A La sensibilité est constante et vaut : S DV V K 1 Dq Les trois thermocouples A, B et C conviennent (lecture graphique) Chapitre - Capteurs et mesures dans l habitat 29

2 Réaliser un TP Capteur domotique d ensoleillement Expérience 1 : 1 La caractéristique est du type suivant : Résistance (en ohms) R f (E) 6 Eclairement (en lux) Les premiers points permettent d évaluer la sensibilité du capteur : éclairage ambiant (6 94 Ω pour 66 lux) et très faible éclairage (6 9 Ω pour 69 lux) S DR DE Ω lux 1 3 Un pont diviseur de tension permet d obtenir la valeur théorique V B th R 2 + R 2 4 La tension V B constitue le seuil de basculement (enroulement ou déroulement du store) Lorsque la luminosité est élevée, la photorésistance possède une résistance faible et la tension V A est proche de la tension U La diode électroluminescente est éteinte Lorsque l éclairage diminue, la tension V A diminue jusqu à atteindre la valeur de basculement V B La LED s allume S entraîner Testez vos connaissances 1 a) ; 2 b) et c) ; 3 a) et c) ; 4 b) ; a) et c) ; 6 a) ; 7 c) ; b) ; 9 a) et c) ; 1 a) et b) Applications directes du cours 11 Accéléromètre de smartphone 1 La grandeur d entrée est l accélération exprimée en m s 2 2 La grandeur de sortie est une tension analogique 3 La tension de sortie (en valeur absolue) est U S g , 1,4 V 12 Codeur rotatif incrémental d imprimante 1 Sortie numérique Sur une minute, on obtiendrait impulsions, Cela correspond à 2, tr min 1 NATHAN - La photocopie non autorisée est un délit 3

3 13 Mon frigo fait de la résistance ; -) U S E R 12,4 1,7 V + R 6 +,4 14 Mon moteur chauffe! 1 θ m,1 + 6,4 + 6,6 + 4, θ 6 ± 2,4 C 1 Chiffres signifactifs x 3,3 ± 1,4 mm t 1 234,6 ±,3 s λ (33 ± 3,2) 1 9 m i 3 ± 3 na 16 Ma mesure est unique! 2 6, C 1 L erreur ε est, ,43 +,2 4,4 mv 2 (δx) 9% 2, mv Donc la tension vaut 7 43 ± 3 mv 17 Laquelle sera la plus fidèle? 1 m m 2 2 σ 1 1,6 g et σ 2 6, g Exercices d entraînement ,12 g 14, g 1 Surchauffe du lave-vaisselle 1 Un ohmmètre sera utilisé pour le contrôle 2 On doit obtenir une valeur voisine de 6 kω 3 R 6 C vaut 9,2 ±, kω soit R 6 C [,4 kω ; 1 kω] 4 La caractéristique n est pas du tout linéaire sur l étendue de mesure Lorsque la température augmente, la résistance diminue La sensibilité du capteur est négative, d où le terme coefficient de température négatif NATHAN - La photocopie non autorisée est un délit 19 Hygrostat 1 Oui, le conditionneur de capteur va transformer la variation de capacité en un signal électrique exploitable Un oscillateur permet par exemple de convertir les variations de la capacité en variations de fréquence 2 La capacité est de 12 pf pour une humidité relative de % 4 pf 3 S s exprime en F ; S 9 % 4 44 pf,9 4 L augmentation de la température entraîne une diminution de l humidité relative indiquée par le capteur Pour une température de 4 C, soit 2 C de plus que la valeur typique, cela entraîne une variation de, % 2 soit 1 % On a en fait H r 44 % Chapitre - Capteurs et mesures dans l habitat 31

4 2 Anticyclone, beau temps, mer calme 1 S DV DP µv/mbar Le capteur étant linéaire, on a V S P 2,3 mv 3 Il faut passer de 4 mv à V Cela correspond à une amplification A 21 Lave linge 1 Tableur Caractéristique CTN 4 3 Résistance (kω) Pour 3 C, S 33 K ,7 kω K Pour 6 C, S 333 K ,6 kω K 1 6 Température ( C) 12 NATHAN - La photocopie non autorisée est un délit 32

5 22 Sonde Pt 1 1 Résistance (ohms) R,419 θ + 99,99 2 R,41 9θ + 99,99 4 Température ( C) 137,2,6 2 ε θ, +,1,9 C et ε R +,2,2 Ω 1 3 Pour 1 C on aura R 14 Ω 23 OBJECTIF BAC Arrosage automatique 6 1 U R 1 Le montage potentiométrique conduit au résultat V 2 + R V 2 jour V et V , V 2 nuit La loi des mailles permet d écrire U V 1 + R 2 I 2 soit V 1 U R 2 I 2 4 Pour un sol sec, V , V Pour un sol humide, V V 24 It s in English Énoncé Une veilleuse gaz utilise un thermocouple pour détecter la veilleuse de la flamme La tension E délivrée par ce capteur de température vérifie la relation suivante : E K θ avec K 41µV/ C Déterminer la tension délivrée par le thermocouple lorsque la température de la flamme atteint 9 C NATHAN - La photocopie non autorisée est un délit Corrigé E ,9 mv Chapitre - Capteurs et mesures dans l habitat 33