SOUS SYSTEME BAIN REGULE TP N 1 Etude d un capteur sonde PT 100
1. Prérequis : - Analyser et interpréter une documentation technique. - Connaître les caractéristiques techniques d une sonde PT 100. 2. En ayant à votre disposition : - Le dossier technique du système bain régulé Hydrotherm. - Les documents ressources. - Les documents constructeurs relatifs à la sonde PT 100. 3. On vous demande : - D effectuer des relevés afin de mettre en évidence la relation entre la grandeur physique d un capteur (la température) et sa grandeur exploitable (la résistance). - De vérifier la loi de fonctionnement du capteur. - De mettre en évidence l utilisation d une sonde 3 fils. 3.1 Préparation et mise en place du TP. - Pour réaliser ce TP, un thermomètre est nécessaire pour contrôler la température du bac. (un multimètre équipé d une sonde de température est suffisant), ainsi qu un Ohmmètre pour mesurer la résistance délivrée par la sonde. - Remplir le bac avec 25 litres d eau et placer le thermomètre le plus proche de la sonde PT 100. - Positionner le commutateur en position thermostat et fixer la consigne à 50 C. - Débrocher les connexions de la sonde PT 100 et brancher l ohmmètre aux bornes de la sonde.
3.2 Relevés de la loi de fonctionnement : - Après avoir effectué les branchements nécessaires à la réalisation du TP, mettre le sous-système en mode chauffage. - Observer l évolution de la température dans le bac et relever la valeur de la résistance fournie par la sonde tous les 2 C. - Dresser un tableau de correspondance de la résistance en fonction de la température. 3.3 Graphique : - Tracer sur une feuille de papier millimétré la courbe R = f ( θ ). - A l aide de la table normalisé (DR1), tracer la courbe théorique de la résistance en fonction de la température sur le même graphe. 3.4 Analyse : - A l aide de votre graphique, conclure sur la linéarité de la sonde. - Calculer les erreurs de mesures sur chacun de vos points, comparer les avec les données constructeurs de la sonde et conclure sur le fait que l on puisse mesurer une résistance aux bornes d une sonde PT100, à l aide d un ohmmètre. ( tenir compte de la précision des appareils ( ohmmètre et thermomètre)). 3.5 Mise en évidence de l utilisation d une sonde trois fils. - Rebrancher la sonde au système et relever la température indiquée sur le régulateur.(température stabilisée proche de 50 C ) - Débrancher de nouveau la sonde et réaliser le branchement suivant. ( régler les deux résistances sur une valeur de 1 Ω, l équivalant d une longueur de 13 m de câble 0,75 mm²).
- Schéma de branchement. R/U R th - Relever la nouvelle valeur de la température indiquée sur le régulateur, comparer la différence en C avec la valeur des deux résistances et conclure sur la mesure d une température à l aide d une sonde PT 100 2fils. - Effectuer le branchement suivant. R/U R th - Relever de nouveau la température indiquée sur le régulateur, comparer la avec la température de stabilisation. Conclure sur la nécessité de l utilisation d une sonde 3fils lors d une mesure éloignée.
4. Critère d évaluation : On tiendra compte : 1. De la qualité des relevés et du tracé des courbes. 2. De la rigueur de l analyse des relevés. 3. De l aptitude à manipuler le sous-système. 4. De la présentation du rapport sur l activité menée.
DOCUMENTS RESSOURCES N 1 THERMOMETRIE PAR RESISTANCE I) Principe de base : La résistance que présentent les conducteurs électriques vis-à-vis d un courant électrique est fonction de leur température. Si le rapport est prévisible, régulier et stable, ce phénomène peut être utilisé comme moyen de mesure de température. Certains métaux remplissent ces conditions, dont le cuivre, l or, le nickel, le platine et l argent. Parmi ceux-ci, le cuivre, l or et l argent ont des valeurs résistivité électrique intrinsèquement basses, qui les rendent moins aptes à la thermométrie par résistance, bien que le cuivre ait un rapport résistance/température presque linéaire. Le nickel et les alliages de nickel présentent une haute résistivité et des coefficients résistance/température élevés, mais de façon non-linéaire, ils sont également sujets à une inflexion autour du Point Curie (358 C) qui rend la conversion de la résistance en valeurs de température plus difficile à réaliser. Reste le platine, il réunit des caractéristiques qui le rendent propice à la thermométrie par résistance. Il possède une large échelle de température, une résistivité plus de six fois supérieure à celle du cuivre, et un coefficient résistance/température acceptable bien que non-linéaire. Bien que le platine soit un matériau coûteux, seules des petites quantités entrent dans la fabrication d un thermomètre à résistance et ceci ne représente pas un facteur hautement significatif dans le coût global. II) Loi de fonctionnement d une sonde platine. La Commission Electrotechnique Internationale a proposé en 1968 une nouvelle table basée sur l'emploi d'un fil de platine dont la résistance varie suivant la loi générale. - de O à 850 C, cette relation devient : - de 0 à -200 C R t = R o [1 + At + Bt ² + C(t - 100)t 3 ] R t = R o [1 + (3,90802. 10-3 t) - (5,80195. 10-7 t ²)] R t = R o [1 + (3,90802.10-3 t - (5,80195.10-7 t² ) - (4,27350.10-12 (t - 100)t 3 )] Dans la pratique, pour une température comprise de 0 à 100 C, la sonde à résistance répond au critère R 0 = 100 Ω pour une sonde PT 100. Rt = R 0 ( 1 + 0,00385t)
III) Tableau de correspondance entre la résistance et la température. Température en C Valeur Ohmique de la sonde PT 100 IEC 751 :1983 ( NFC 43-330, DIN 43760, BS 1904) C 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 100 100,39 100,78 101,17 101,56 101,95 102,34 102,73 103,12 103,51 10 103,90 104,29 104,68 105,07 105,46 105,85 106,24 106,63 107,02 107,40 20 107,79 108,18 108,57 108,96 109,35 109,73 110,12 110,51 110,90 111,28 30 111,67 112,06 112,45 112,83 113,22 113,61 113,99 114,38 114,77 115,15 40 115,54 115,93 116,31 116,70 117,08 117,47 117,82 118,24 118,62 119,01 50 119,40 119,78 120,16 120,55 120,93 121,32 121,70 122,09 122,47 122,86 60 123,24 123,62 124,01 124,39 124,77 125,16 125,54 125,92 126,31 126,69 70 127,07 127,45 127,84 128,22 128,60 128,98 129,37 129,75 130,13 130,51 80 130,89 131,27 131,66 132,04 132,42 132,80 133,18 133,56 133,94 134,32 90 134,70 135,08 135,46 135,84 136,22 136,60 136,98 137,36 137,74 138,12 100 138,50 138,88 139,26 139,64 140,02 140,39 140,77 141,15 141,53 141,91 110 142,29 142,26 143,04 143,42 143,80 144,17 144,55 144,93 145,31 145,68 V) Tableau des tolérances en fonction de la température. Température en C Tolérance IEC 751 :1983 (NFC 43-330, DIN 43760,BS 1904) Classe A Classe B ± C ± Ohms ± C ± Ohms - 200 0,55 0,24 1,3 0,56-100 0,35 0,14 0,3 0,32 0 0,15 0,06 0,3 0,12 100 0,35 0,13 0,8 0,3 200 0,55 0,2 1,3 0,48 300 0,75 0,27 1,8 0,64 400 0,95 0,33 2,3 0,79 500 1,15 0,38 2,8 0,93 600 1,35 0,43 3,3 1,06 650 1,45 0,46 3,6 1,13 700 - - 3,8 1,17 750 - - 4,3 1,28 800 - - 4,6 1,34