Ω A LES TRANSDUCTEURS : COURS

(1)

OBJECTIFS : Connaître quelques transducteurs.

Savoir décrire sommairement le principe de fonctionnement des transducteurs à partir des phénomènes physiques mis en jeu entre la grandeur d'entrée et la grandeur de sortie.

Savoir construire et interpréter la courbe d'étalonnage d'un capteur.

I) QU'EST CE QU'UN TRANSDUCTEUR ?

II) EXEMPLE DE TRANSDUCTEUR : PHOTORESISTANCE OU L.D.R (Light Dependant Resistor).

Ce transducteur convertit

Compléter le schéma fonctionnel en y indiquant les grandeurs d'entrée, de sortie et le type de transducteur.

II.1) TP Elève rapide

Matériel : 1 photorésistance, 1 platine MPI, 1 multimètre, connectique

Mesurer à l'aide de l'ohmmètre la résistance d'une photorésistance à la lumière naturelle puis à la lumière d'une lampe quelconque puis dans l'obscurité. Quel est le principe de fonctionnement de la photorésistance ?

II.2) TP Prof (car un seul luxmètre).

Mesurer l'éclairement à l'aide du luxmètre en collant le luxmètre à la platine et en mettant la lampe au bord de la platine. Compléter alors les 2 premières lignes du tableau ci-dessous tous les 50 mA jusqu'à 500 mA.

II.3) TP Elèves.

Matériel : 1 alimentation réglable 0–15 V, 1 lampe 6 V – 350 mW, 1 platine "normale", 2 multimètres, 1 platine MPI, 1 photorésistance, connectique.

Faire le montage ci-dessous, compléter la dernière ligne du tableau et tracer la caractéristique R = f(E) en échelle logarithmique de la page suivante. Quelle est la forme de la courbe sur papier log-log ?

I (mA) 200 E (Lux)

R (Ω)

Grandeur physique E Grandeur physique S

TRANSDUCTEUR

E

L

A

E

L

A

Ω

5 cm

(2)

II.4) Utilité : Détecteur de lumière.

III) EXEMPLE DE TRANSDUCTEUR : POTENTIOMETRES.

Schéma électrique du dispositif :

On réalise ainsi un pont diviseur de tension U_BC = E xR_X

R

III.1) Potentiomètre linéaire Ce transducteur convertit

TRANSDUCTEUR

(3)

III.2) Potentiomètre circulaire Ce transducteur convertit

Il est utilisé .

TP Prof : Le montage suivant permet d'étudier un capteur de rotation. La tige métallique solidaire du potentiomètre peut être manœuvrée de la borne notée 0 (pour 0º) à la borne notée 120º en allant de 10º en 10º.

On mesure pour chacune des positions la valeur de U à l'aide d'un voltmètre numérique. On obtient le tableau suivant :

TP Elève :

1) Tracer la courbe d'étalonnage de ce transducteur sur le papier millimétré ci-dessous ou grâce au tableur Excel. Echelle : 1 cm pour 10º en abscisses ; 1 cm pour 1 V en ordonnée.

2) Pour α variant de 0 à 100º, quelle est la forme de cette courbe ? Déterminer alors son équation.

α (º) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

U (V) 0 0,95 1,99 2,96 3,97 5,03 6,13 7,26 8,33 9,37 10,38 11,07 11,07

TRANSDUCTEUR

1 12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2 12

K

V

120º

0 potentiomètre

(4)

IV) EXEMPLE DE TRANSDUCTEUR : THERMISTANCE.

Ce transducteur convertit

IV.1) TP Elève rapide

Matériel : 1 thermistance, 1 platine MPI, 1 multimètre, connectique

Mesurer à l'aide de l'ohmmètre la résistance de la thermistance donnée à la température ambiante puis en la chauffant dans vos doigts. Noter vos valeurs.

Une thermistance CTP (à coefficient de température positif) voit sa résistance augmenter lorsque la température augmente.

Une thermistance CTN (à coefficient de température négatif) voit sa résistance diminuer lorsque la température augmente.

Avez-vous une CTN ou une CTP ?

IV.2) TP Prof

On mesure la résistance d'une thermistance protégée de l'eau à l'ohmmètre en fonction de la température de 2ºC en 2ºC.

On obtient le tableau suivant : θ (ºC)

R (Ω) TP Elève :

1) Tracer la courbe d'étalonnage de ce transducteur sur le papier semi-logarithmique ci-dessous ou grâce au tableur Excel. Echelle : 1 cm pour 2ºC en abscisses (commencer à 10).

2) Quelle est la forme de la courbe ? En déduire la relation mathématique reliant la résistance à la température.

TRANSDUCTEUR

2.89

ohmmètre

thermomètre

chauffe- ballon

support de serrage

thermistance eau froide que l'on fait chauffer

Ω

T

-

(5)

T

IV.3) Utilité.

V) EXEMPLE DE TRANSDUCTEUR : SONDE A EFFET HALL Ce transducteur convertit

V.1) Principe de fonctionnement.

La sonde à effet Hall est constituée d'une plaquette de semi-conducteurs de quelques millimètres carrés d'aire sur laquelle sont fixes quatre électrodes métalliques. Lorsque le semi-conducteur est parcouru par un courant d'intensité I et place dans un champ magnétique ^→B , les forces électromagnétiques engendrent un défaut d'électrons sur une des faces et un excès sur l'autres.

Une tension notées UH, appelée tension de Hall, apparaît alors aux bornes de M et N.

Lorsque le champ magnétique est normal (perpendiculaire à la plaquette, l'expression de UH s'écrit : U_H = k.I.B (k est une constante caractéristique de la sonde)

La mesure de UH permet donc la détermination de la valeur B du champ magnétique.

V.2) Utilité.

VI) AUTRES EXEMPLES DE TRANSDUCTEURS.

Donner pour chaque exemple, son symbole et le schéma fonctionnel.

Photodiode

Phototransistor

Diode Electroluminescente

Le microphone

Le haut-parleur

A FAIRE : Exercices 1 à 14 pages 80 à 82 du livre

TRANSDUCTEUR

D

→B

I I

U_H

(6)

Page 6 sur 7 Courbe d'étalonnage d'une photorésistance y = 14237x^-0,7811

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

E (lu x) R (Ω)

Courbe d'étalonnage d'une photorésistance en log - log

y = -0,7811x + 4,1534

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

0 0,5 1 1,5 2 2,5 log E 3

log R

Courbe d'é talonnage Pote ntiom è tre Circulaire

y = 0,1049x - 0,1191

0 2 4 6 8 10 12

0 20 40 60 80Ré s is tance (100Ω)

Te ns ion (V)

(7)

Courbe d'étalonnage d'une thermistance en papier semi-logarithmique

y = 13478e

^-0,0839x

1000 10000 100000

16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 T (ºC)50

R (Ω)

Courbe d'étalonnage Potentiom ètre Circulaire y = 0,1035x - 0,0746

0 2 4 6 8 10 12

0 20 40 60 80 100 120

Résistance (Ω) Tension (V)