TP CCM S2-2020 [PDF]

Zitiervorschau

TP CCM : Indicateur de température à l'aide d'un thermocouple: On utilise un thermocouple fer-constantan. Les deux fils, le fer métallique et l'alliage constantan sont soudés à leurs extrémités. Lorsque les deux soudures S1 et S2 sont portées à des températures différentes, on peut constater l'existence d'une tension Uthermocouple entre les deux soudures. S1 la soudure dite froide reste à température fixe, la tempéraure de la soudure S2 dite chaude varie, selon la température que l'on désire mesurer. UCF =Uthermocouple F

V

fil de fer

C

fil en constantan

θ1

fil de fer

θ2 S1:Soudure froide

S2: Soudure chaude

I. Etude du thermocouple: 1. La soudure froide S1 étant dans les deux cas à la température θ1 de 20°C, on fait les deux mesures suivantes: - premier cas: Température de S2: θ2 = 0°C Uthermocouple = -1,10 mV deuxième cas: Température de S2: θ2 = 600°C Uthermocouple = 33,75 mV Calculer la sensiblité moyenne s moy

1 ΔU  Δθ du thermocouple entre 0 et 600°C en μV.C

2. Pour mieux connaître le fonctionnement du thermocouple, on fait une série de mesures, en faisant varier la température de la soudure chaude entre 0°C et 150°C, la soudure froide étant toujours maintenue à 20°C. Le graphique ci-dessous représente les variations de la tension Uthermocouple en fonction de Δθ = θ2- θ1 U(mV) 8

U = f( Δθ)

7 6 5 4 3 2 1

-2

0 -1

0 0 -1 -2

01

02

03

04

05

06

07

08

09 0 10 0 11 0 12 0 13

0Δθ

(°C)

D'après le graphique obtenu, montrer que le thermocouple est un capteur de température linéaire pour Δθ compris entre -20°C et 130°C ? U 1 Déduire du graphique la sensibilité du capteur s  en μV.C Δθ . II. Amplification de la tension entre les deux soudures du thermocouple: U2 I2

iI1

U1

R1

R2

EUd E+i +

S mV

Uthermocouple

US

La tension Uthermocouple étant faible, on l'envoie sur l'une des deux entrées d'un amplificateur opérationnel pour l'amplifier.

1. L'AO est parfait et en fonctionnement linéaire: quelles sont les valeurs des courants i+ et i- allant dans les deux entrées E+ et E-? Quelle est la valeur de la tension Ud entre les deux entrées? 2. Soit U1 la tension aux bornes de la résistance R1; établir la relation entre U1 et Uthermocouple. 3. Soit U2 la tension aux bornes de la résistance R2; établir la relation entre U2, Us et Uthermocouple. 4. Montrer que le gain en tension du montage est donné par : Av

U

US

thermocouple



R 2  R1 R1

5. On désire que le millivoltmètre affiche 100mV, lorsque la différence de température entre les deux soudures, Δθ, est de 100°C. La valeur de R1 est 2 kΩ. R2 est constituée par l'association de diverses résistances en série dont certaines très précises. Quelle valeur doit-on donner à R2 pour obtenir le réglage désiré ? III. Mesure d'une température en utilisant le dispositif avec le précédent réglage: 1. La soudure froide étant toujours à la température θ1 de 20°C, on place la soudure chaude dans différents milieux de température θ2 différente. Recopier et remplir le tableau suivant en prévoyant la valeur de la tension US lue sur le millivoltmètre. θ1 2 20 2 (°C) 0 0 θ2 6 80 1 (°C) 0 2 0 Δθ (°C) Us (V)

20 550

2. La dernière mesure 550°C est celle de la température d'un four. La tension de sortie US lue sur le millivoltmètre est 560 mV. Ce résultat est-il en accord avec vos prévisions ? Et sinon, pourquoi ne l'est-il pas ?