I- Présentation
La thermistance est un conducteur ohmique dont la valeur de la résistance varie fortement en fonction de la température.
Cette valeur est non linéaire .C'est-à-dire qu'il n'y a pas de proportionnalité entre la résistance et la température.
Les principaux capteurs de température utilisés en électronique sont basés sur la loi d'Ohm car la thermistance offre une résistance électrique.
Les principales qualités de ces capteurs sont :
-la précision,
-la linéarité,
-la valeur nominale pour une température donnée (à 25 °C),
-le temps de réponse (en s),
-la sensibilité ou coefficient de température (variation de la résistance en fonction de la température),
-l'étendue ou gamme de mesures (température min. et max. d'utilisation),
-la durée de vie,
-la stabilité (variation des différents paramètres dans le temps),
-l'encombrement,
-le coût
Il existe seulement deux types de thermistances, les CTN (Coefficient de Température Négatif) qui permettent de relever des températures allant de
-200°C à +1 000°C, et les CTP (Coefficient de Température Positif) qui relèvent la température de 0°C jusqu'à 100°C.
On a choisi une thermistance CTN dont la résistance diminue de façon uniforme avec la température, car durant le vol, la température variera très fortement selon
les couches d'atmosphère. Le ballon sonde va traverser deux couches d'atmosphères et les températures pourront atteindre -50°C.
Les CTN sont fabriquées à base d'oxydes de métaux de transition (manganèse, cobalt, cuivre et nickel).
Ces oxydes sont semiconducteurs.
Les CTN peuvent être utilisés dans une large plage de températures, de -200 °C à + 1 000 °C, c'est pour cela
que l'on a choisi cette thermistance car les autres (comme les CTP) ne permettent pas d' obtenir des temperature négatives, ni des des températures très élevées.
Tous les capteurs de températures n'ont pas les mêmes courbes d'étalonnage
car ils ne permettent pas les mêmes mesures de température. (négative, positive, forte ou faible ... etc).
II- Expérience
Nous avons rempli un ballon de glace, que nous avons placé sur un chauffe-ballon. Nous avons introduit dans ce ballon, un tube
à essai dans lequel se trouvait la thermistance reliée à un ohmmètre, ainsi que le thermomètre numérique.
Ensuite nous avons étalonné la thermistance de 0° à 80°C en réalisant des mesures tous les 5°C.
Voici la courbe d'étalonnage de nos thermistances. Nous avons réalisé les soudures reliant les fils à la résistance de 10 kOhms. Nous relions cette thermistance à l'émetteur Kiwi.
On a choisi une thermistance CTN dont la résistance diminue de façon uniforme avec la température, car durant le vol, la température variera très fortement selon les couches d'atmosphère. Le ballon sonde va traverser deux couches d'atmosphères et les températures pourront atteindre -50°C.
Les CTN sont fabriquées à base d'oxydes de métaux de transition (manganèse, cobalt, cuivre et nickel). Ces oxydes sont semiconducteurs.
Les CTN peuvent être utilisés dans une large plage de températures, de -200 °C à + 1 000 °C, c'est pour cela que l'on a choisi cette thermistance car les autres (comme les CTP) ne permettent pas d' obtenir des temperature négatives, ni des des températures très élevées.
Tous les capteurs de températures n'ont pas les mêmes courbes d'étalonnage car ils ne permettent pas les mêmes mesures de température. (négative, positive, forte ou faible ... etc).
III-Modélisation
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Voici, la modélisation de la première thermistance, |
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Ici, la modélisation de la seconde thermistance, |
U*(R+Rth)=E*Rth
Rth= (U*R)/(E-U)
a exp(-T/τ)=UR/(E-U)
exp(-T/τ)=UR/a(E-U)
-T/τ=ln(UR/a(E-U))
T=-τln(UR/a(E-U))
Pour le graphique 1 la formule est T=-34.70ln(U*10000/2.61(5.00-U)) .
Pour le graphique 2 la formule est T=-37.77ln(U*10000/2.49(5.00-U)) .
Après avoir réalisé l'expérience nous avons relevé des valeurs correspondantes à des températures allant de 0°C à 80°C. Nous avons ensuite rentré ces valeurs dans le logiciel Régressi.Grâce à ces valeurs nous avons obtenu une courbe représentant les variations
de la résistance en fonction de la température. Nous pouvons remarquer que plus la température augmente, plus la valeur de la résistance
diminue. Nous avons choisi de modéliser la courbe avec une fonction exponentielle car c'est la fonction pour laquelle l'écart relatif est le moins important
par rapport à nos mesures. Ensuite nous sommes passés à la réalisation.
Nous pouvons constater que nos résultats ne sont pas cohérents, avec les températures en fonction de l'altitude.
Ceci peut-être dû au mal fonctionnement du capteur. Ces températures sont trop élevées... ce qui n'est pas possible.Modélisation :
(U/E)=Rth/(R+Rth)
U*R + U*Rth=E*Rth
U*R=Rth(E-U)
IV-Réalisation
Voici la thermistance.
Nous chauffons à l'aide d'une allumette la gaine pour qu'elle
se rétracte sur les soudures.
V-Exploitation des résultats
Par exemple, à 14h il y a une température de 400 kelvin soit 127°C à une altitude d'environ 40 km. Alors que sur le graphique, à 40km elle devrait être de -5°C.
Télécharger le fichier Régressi (enregistrer la cible sous.)