180. - Réalisation d’un Thermomètre Digital

Bonjour,

Dans la cinquante et unième pratique, nous allons examiner d’une Réalisation d’un Thermomètre Digital.

L’expérience précédente vous a montré comment convertir une tension analogique en une valeur numérique correspondante.

Cependant, ce type de convertisseur ne peut convertir d’autres grandeurs physiques telles que la pression ou la température.

Pour effectuer une mesure de température, il faut donc, dans un premier temps, convertir la température en tenson et ensuite dans un deuxième temps, convertir cette tension en valeur numérique. Le schéma synoptique de la figure 25 représente ces deux étapes de conversion de notre première chaîne, voir le schéma correspondant, en cliquant comme d’habitude sur l’Onglet communauté.

La conversion de la température en tension analogique s’effectue grâce à un transducteur.

Sur le marché, il existe de nombreux types de transducteurs de température. On trouve, par exemple des thermistances dont la valeur résistive est fonction de la température, des thermocouples générant une tension proportionnelle à la température.

Les transducteurs de température appelés également capteurs de température se distinguent selon la gamme des températures où ils peuvent travailler et aussi selon la vitesse de réaction aux variations de température.

Dans cette expérience, vous allez utiliser le circuit intégré LM 335.
Comme le montre la figure 26-a et 26-b sur notre première chaîne, en cliquant sur le même « Onglet communauté », il est encapsulé dans les mêmes types de boîtiers que les transistors.

Ce circuit représenté figure 27, est assez complexe et comporte seize transistors.

En revanche, le circuit d’utilisation représenté figure 28 (comme vous le verrez sur notre première chaîne, en cliquant sur son Onglet communauté, et que vous pouvez le télécharger sur votre disque dur), est relativement simple.

La tension entre les bornes plus (+) et (moins) du LM 335, est fonction de la température.

A 25°C et avec un courant de 1 milliampère circulant dans le capteur (LM 335), la valeur typique de la tension est de 2,98 volts. La valeur minimum est de 2,92 volts et la valeur maximum est de 3,04 volts.

La valeur de la résistance R4 doit être calculée en fonction de + Vcc, pour que le capteur soit parcouru par un courant de 1 milliampère.

Calcul de R4 :

R4 = (Vcc moins 2,98) divisé par 1 milliampère
Pour Vcc = + 5 volts, R4 = (5 moins 2,98) divisé par 10 puissance ^- 3 = 2,02 kilo-ohms.

On prend R4 = 2,2 kilo-ohms qui est une valeur normalisée proche de celle calculée.

La tension en sortie est proportionnelle à la température. Elle augmente de 10 millivolts par degré Celsius supplémentaire.

La relation entre la tension et la température est donnée par la formule suivante :

VT = VT0 + 0,01 x (T – T0)
VT = Tension de sortie
T = Température ambiante
VT0 = Tension de référence pour une température T0.
VT est la tension de sortie T, la température ambiante VT0 est la tension de référence pour une température T0.

Pour T0 = 25°C et VT0 = 2,98 volts, on obtient :

VT = 2,98 + 0,01 x (T - 25)
Pour 20°C, VT = 2,98 + 0,01 x (20 - 25) = 2,93 Volts

Pour améliorer la précision de la mesure, on peut effectuer l’étalonnage du capteur à l’aide d’un thermomètre de précision. Avec ce dernier, on mesure la température et on reporte la valeur trouvée dans la formule (5) de notre chaîne, en cliquant sur l’Onglet Communauté de la figure 28, ce qui permet de calculer VT.

Il ne reste plus qu’à régler la tension de sortie à la valeur calculée. Pour cela, il faut utiliser un voltmètre de précision et agir sur le potentiomètre P de 10 kilo-ohms.

Le capteur peut travailler de moins 10°C à + 100°C. Pour des gammes de température plus grandes, il existe le LM 135, (de moins 55°C, à + 150°C) et le LM 235, (de - 40°C à + 125°C).

Première Partie de l’expérience, on vous laisse le soin de faire cette pratique, quand la Deuxième Partie, nous le ferons sur notre simulateur.

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Daniel