Travaux Pratiques Capteurs

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1 Département Génie électrique Travaux Pratiques Capteurs I. Objectif : Permettre à l étudiant d exploiter la fiche technique des composants Permettre à l étudiant d exploiter et mettre en évidence l influence de la variation du gradeur mesuré (Température) sur la mesure. I. Critère D évaluation: Mesure des tensions et des courants Interprétation des résultats des mesures II. Matériels Utilisés: Résistances ¼ W ; générateur du courant Capteurs de température PT100 Alimentations stabilisés & plaques à essai Multimètres III. Pré-Requis : Notions de l électricité de base. TP n 2 : Etude des sondes résistives de Température PT100 Page 1/9

2 La sonde PT utilise comme principe physique la variation de résistance du platine pur en fonction de la température. La sensibilité théorique est de Ω C 1 à 0 C et sa plage d utilisation est de 260 C à 1400 C. Les valeurs de résistance sont données par la norme DIN43760, reproduite dans le tableau suivant valable de 0 C à 110 C [lecture de C en C] Fig 1 : Table des valeurs de la sonde PT100 L'inconvénient de ce capteur est sa non-linéarité intrinsèque, particulièrement sensible pour une utilisation dans une large gamme de température. La sonde utilisée est du type 3 fils, qui est le modèle le plus courant; ce type de câblage offre des possibilités d'élimination de la résistance de câblage dans le montage en pont de mesure. Le constructeur annonce une précision de classe B (Tolérance: ± (0,3 + 0,005xT) C [Les détails sur la tolérance étudier dans le cadre du TP n 1 ]). A- Etude du PT100 : I MESURES A TEMPERATURE AMBIANTE La sonde PT100, 3 fils est câblée selon le schéma suivant: Fig 2 : Sonde PT100 à 3 fils Les fils sont de même nature, de même longueur et portés à la même température. Ces fils présentent une résistance parasite dont il faudra tenir compte dans les mesures. TP n 2 : Etude des sondes résistives de Température PT100 Page 2/9

3 1 ) Mesure de la résistance des fils à Tamb : Les mesures se font à l'ohmmètre, sans changer de calibre pour ne pas introduire d'erreurs liées a la précision de chaque calibre (adapter le calibre aux besoins de la manipulation) 1.1 ) Vérifier le zéro de l'ohmmètre en court-circuitant les fils. Noter la valeur de la résistance des fils de mesure qui sera à soustraire des mesures sur la sonde. 1.2 ) Mesurer la résistance de la boucle Rouge-Rouge ) En déduire la résistance des fils de la sonde. Remarque : La résistance des fils sera à déduire des mesures à chaque fois que cela sera nécessaire 2 ) Mesure de la sonde à Tamb 2.1 ) Placer la sonde et le thermomètre dans une boite isotherme. Attendre l'équilibre thermique (le thermomètre à alcool ne doit plus varier). 2.2 ) Mesurer la résistance PT100 à l'ohmmètre et relever la température ambiante de l'enceinte à l'aide du thermomètre à alcool ) Comparer la valeur de la température obtenue à la valeur théorique déduite du tableau DIN par interpolation linéaire. 2.4 ) En déduire l'erreur absolue du capteur à Tamb en supposant les autres sources d'erreur de mesure négligeables. La mesure est-elle conforme aux données du constructeur?. 2.5 ) Commentez les sources d'erreur possibles dans cette manipulation. TP n 2 : Etude des sondes résistives de Température PT100 Page 3/9

4 II- Mesure de la résistance PT100 avec le générateur de courant 1mA Le schéma de montage est le suivant : Remarque : Le voltmètre de mesure ayant une impédance d'entrée de l'ordre de 100MΩ, le courant dérivé par ses bornes est supposé négligeable. 1 ) Mesurer le courant débité par le générateur 1mA en branchant le multimètre en mode ampèremètre sur le calibre 20mA. La valeur lue sera la valeur utilisée pour la détermination de la résistance. 2 ) Placer la sonde sur la plaquette (bornes "générateur de courant 10 ma") en respectant les couleurs de fils, Brancher le multimètre en mode voltmètre aux bornes du générateur et relever la tension en utilisant le calibre 2V. Déterminer la tension aux bornes du capteur en soustrayant la chute de tension due aux fils de câblage rouge et blanc. 3 ) En déduire la valeur de la résistance PT100 et comparer au tableau DIN. TP n 2 : Etude des sondes résistives de Température PT100 Page 4/9

5 III Autoéchaufement du capteur : Le courant de mesure provoque un échauffement de la résistance, qui nuit à sa précision de mesure. L'objectif de cette étude est d'évaluer l'erreur commise en usage courant du capteur. La caractérisation du phénomène se fait avec le générateur 10 ma. 1 ) On utilise maintenant le générateur 10 ma : brancher en parallèle sur le générateur le multimètre en mode voltmètre. Utiliser la gamme du voltmètre donnant un affichage à résolution maximale. 2 ) Laisser la sonde dans l'enceinte isotherme sans la brancher. En partant de la température ambiante, brancher la sonde et relever la tension dès le branchement (valeur initiale), et la température indiquer sur l écran d oscilloscope de l interface de mesure Labview-Arduino. 3 ) Attendre la stabilisation et relever la tension (valeur finale). L'augmentation de tension mesurée est liée à l'auto-échauffement de la sonde par le courant de mesure.. 4 ) Refaire plusieurs fois l'expérience pour déterminer avec soin la valeur initiale (la technique de mesure peut être améliorée en faisant l'enregistrement graphique de la réponse avec l interface de mesure Labview-Arduino) 5 ) Calculer l'élévation Δθ10 de température de la sonde, puis la résistance thermique, 10 RTH sonde/ambiante P10 P10 puissance dissipée dans la sonde. Précisez l'unité de mesure pour la résistance thermique. 6 ) En déduire l'auto échauffement Δθ1 de la sonde pour un courant de 10 ma. Ce courant de mesure est-il acceptable pour une mesure dans l'air (discuter de cette erreur relativement aux autres sources)? TP n 2 : Etude des sondes résistives de Température PT100 Page 5/9

6 B- Etude du CTN : La valeur du composant est indiquée sur le boîtier par le constructeur (nomenclature). Elle correspond à sa résistance pour une température de 25 C. Résistance à 25 C : RCTN=.Ω 2- Estimation de la température ambiante : a- Régler le multimètre sur ohmmètre (mesure de résistance) b-câbler le multimètre de manière à mesurer la résistance de la CTN CTN Valeur mesurée RCTN=.Ω c-déterminer la température correspondant à la valeur mesurée, en utilisant les caractéristiques données par le constructeur. On aura alors estimé la température ambiante de la salle. Température : T =.. C 3- Observation du comportement de la thermistance CTN On conserve le montage précédent. a- Tout en observant lʼ affichage du multimètre, serrer la thermistance entre deux doigts. Que fait la résistance? En déduire ce qui arrive au capteur :... b- Maintenir la thermistance serrée entre vos doigts jusqu'à ce que la résistance mesurée ne varie quasiment plus. Noter alors sa valeur. Valeur mesurée RCTN=.Ω TP n 2 : Etude des sondes résistives de Température PT100 Page 6/9

7 c- Déterminer la température correspondant à la valeur mesurée (température de lʼextrémité de vos doigts) Température : T= C. 4 ) En utilisant le chauffage, réaliser alors, au vol, une série des mesures bien réparties à différentes températures jusqu'aux environs de 50 C. Pour chaque relevé, attendre que la température θ lue sur le thermomètre soit stable avant de mesurer les résistances des sondes. Après avoir créé les grandeurs nécessaires dresser le tableau : T = θ (K) RCTN (Ω) ln (RCTN ) 1/T ( K -1 ) a- Tracez la courbe ln (RCTN )= f (1/T) dans l environnement MATLAB b- Cherchez la droite de régression et notez ses résultats (en utilisant la commande polyfit du MATLAB) c- Quelle relation RCTN = f(t) peut-on déduire? dr d- Quelle est alors selon ce modèle l'expression littérale de la sensibilité définie par S d e- En utilisant MATLAB, calculez la pour différentes températures : Θ ( C) T ( K) s (Ω.K -1 ) f- Commenter ce tableau. TP n 2 : Etude des sondes résistives de Température PT100 Page 7/9

8 g- En utilisant la relation RCTN = f(t) que vous venez d'établir, donner l'expression littérale du coefficient de température αctn défini par : CTN 1 drctn. RCTN d. h- En utilisant MATLAB, faites calculer ce coefficient de température pour différentes températures : Θ ( C) T ( K) α( K -1 ) ) Comparer les résultats fournis par la sonde PT100 et la C.T.N. : a- Comparer les allures de la relation R = ƒ(t), b- Comparer les sensibilités de la sonde PT100 et la C.T.N. TP n 2 : Etude des sondes résistives de Température PT100 Page 8/9

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