1 PRÉSENTATION
L'acquisition de la grandeur physique est réalisée par un capteur qui traduit la grandeur à acquérir en une grandeur électrique. Celle-ci est ensuite adaptée et traitée par un système de traitement de l'information (système à microprocesseur).
La fonction ACQUERIR est souvent réalisée par un montage éléctronique comprenant un ou plusieurs générateurs de tension, des résistances et un capteur qui traduit la grandeur physique en grandeur éléctrique.
L'objet de ce cours est de présenter les lois qui permettent d'analyser ce type de montage.
2 IDENTIFICATION DE LA FONCTION TECHNIQUE RÉALISÉE
3 DÉFINITIONS DES GRANDEURS ÉLECTRIQUES 3.1 COURANT ÉLECTRIQUE
Un courant est un flux d'électrons. Pour que ces électrons puissent se déplacer, il faut que les électrons soient libres. On trouve des électrons libres dans les métaux : ce sont des conducteurs.
Pour mettre en mouvement des électrons libres il faut : - un circuit conducteur fermé;
- une pompe à électrons appelée générateur.
L'intensité du courant électrique est la quantité d'électricité traversant une section droite du conducteur en une seconde. L'intensité d'un courant s'exprime en Ampères (symbole A)
3.2 TENSION
La tension ou différence de potentiel correspond à la mesure de la force qui permet aux électrons de se mouvoir dans un circuit. On l’appelle également force électromotrice, puisqu’elle permet un déplacement. La tension s'exprime en Volts (symbole V).
La différence de potentiel est représentée sur les schémas électriques par une flèche allant d'un point B vers un point A lorsqu'on veut représenter le potentiel du point A par rapport à celui du point B : U(a,b)=V(a)-V(b)
Le potentiel est mesuré par rapport à un potentiel de référence qui sert de zéro. Ce point est appelé masse du montage.
3.3 RÉSISTANCE
La résistance, (R) correspond, comme son nom l'indique, à l’opposition que rencontre le courant électrique lors de son déplacement dans un milieu conducteur. La résistance s'exprime en Ohms (symbole Ω).
L'analogie avec un cours d'eau permet de comprendre plus facilement ces notions. Dans une rivière, le courant dépend de la différence d'altitude entre deux points du lit de la rivière.
On peut assimiler un circuit électrique à une rivière qui coule : - le courant électrique correspond au débit du cours d'eau ; - la différence de potentiel correspond à la dénivéllation.
- la résistance représente tout ce qui ralentit la progression de l'eau
3.4 CONVENTIONS GÉNÉRATEUR / RÉCEPTEUR
4 LOI D'OHM
4.1 ÉNONCÉ
La différence de potentiel ou tension U (en V) aux bornes d'une résistance R (en Ω) est proportionnelle à l'intensité du courant électrique I (en A) qui la traverse.
ALIMENTER DISTRIBUER CONVERTIR TRANSMETTRE
Chaîne d'énergie
ACTION Chaîne d'information
ACQUERIR TRAITER COMMUNIQUER
Energie d'entrée
Ordres entrées analogiques sorties logiques
et analogiques Consignes
physiques à Grandeurs acquérir
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E I
R U I
GENERATEUR RECEPTEUR
Le courant est dans le même Le courant est dans le sens sens que la flêche tension opposé à la flêche tension
R U I
5 ASSOCIATION DE RÉSISTANCES EN SÉRIE 5.1 ÉNONCÉ
La résistance équivalente (Req) est égale à la somme des résistance.
6 ASSOCIATION DE RÉSISTANCES EN PARALLÈLE 6.1 ÉNONCÉ
L'inverse de la résistance équivalente (Req) est égale à la somme des inverses des résistances.
7 LOI DES NOEUDS 7.1 ÉNONCÉ
La somme des courants entrant dans un noeud est égale à la somme des courants qui en sortent :
7.2 EXEMPLE D'UTILISATION
Somme des courants entrants : Somme des courants sortants :
8 LOI DES MAILLES (LOI D'ADDITIVITÉ DES TENSIONS) 8.1 ÉNONCÉ
La somme des tensions le long d'une maille est égale à zéro.
8.2 EXEMPLE D'UTILISATION
Une maille est une portion de circuit fermée. Un sens de parcours de la maille est choisi (arbitrairement). Les tensions fléchées dans le sens de parcours sont comptées positivement et celles en opposition sont comptées négativement.
Tensions comptées positivement : Tensions comptées négativement :
9 LOI DU DIVISEUR DE TENSION 9.1 SCHÉMA D'APPLICATION
Dans une maille comportant plusieurs résistances placées en série, le diviseur de tension permet de calculer directement la tension aux bornes d'une résistance.
9.2 EXEMPLE D'UTILISATION
Le diviseur de tension est obtenu en appliquant la loi d'ohm.
Expression de U2 en fonction de I et de R2 :
Expression de I en fonction de Ue, R1et R2 : Expression de U2 en fonction de Ue, R1 et R2 :
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R2 R1
R2 R1
I1 I2
I3 N
U3 R2
R3 R1
U2 U1
E
U2 R1
R2
Is = 0 Ue
I
I
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10. MONTAGES ÉLECTRONIQUES D’ACQUISITION DE GRANDEURS PHYSIQUES
10.1. MESURE DE L’ÉCLAIREMENT PAR PHOTORÉSISTANCE
La mesure de l’éclairement est réalisée par une photorésistance ou LDR (Light Dependant Resistor). La valeur de sa résistance varie en fonction de l’éclairement reçu.10.2. SCHÉMA STRUCTUREL
10.3. DOCUMENTATION TECHNIQUE DE LA PHOTORÉSISTANCE (LDR)
10.4. CARACTÉRISTIQUE TENSION DE SORTIE V
SEN FONCTION DE L’ÉCLAIREMENT E
CL
À l'aide de la documentation technique de la LDR, déterminer graphiquement la valeur de la résistance du capteur pour les éclairements : 5 lux, 10 lux, 100 lux et 1000 lux. Reporter ces valeurs dans le tableau ci-dessous.
Établir l'expression de Vs, la tension aux bornes de R2, en fonction de LDR, R2 et Vcc :___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
Compléter le tableau en calculant Vs pour les éclairements : 5 lux, 10 lux, 100 lux et 1000 lux.Éclairement (lux) LDR (Ω) Vs (V)
5 10 100 1000
Tracer la caractéristique Tension de sortie Vs en fonction de l’éclairement Vcc = +5VR2 10 kΩ LDR
Vs
éclairement (lx)
1 2 3 4 5 6 7 8 910 20 30 100 1000
1 0
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11. MESURE DE LA TEMPÉRATURE AVEC CAPTEUR KTY81-210
La mesure de la température est réalisée par un capteur KTY81-210 dont la résistance varie avec la température.
11.1. SCHÉMA STRUCTUREL
11.2. DOCUMENTATION TECHNIQUE DU CAPTEUR DE TEMPÉRATURE KTY81-210
11.3. CARACTÉRISTIQUE TENSION DE SORTIE VS EN FONCTION DE LA TEMPÉRATURE T
À l'aide de la documentation technique de la sonde KTY81-210, relever la valeur typique de la résistance du capteur pour les températures : 0 °C, 25 °C, 50 °C, 70 °C et 100 °C. Reporter ces valeurs dans le tableau ci-dessous.
Établir l'expression de Vs, la tension aux bornes de R1, en fonction de R1, R2 et Vcc :___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
Compléter le tableau en calculant Vs pour les températures : 0 °C, 25 °C, 50 °C, 70 °C et 100 °C.Température (°C) R1 (Ω) Vs (V)
0 25 50 70 100
Tracer la caractéristique Tension de sortie Vs en fonction de la température
Calculer la sensibilité du capteur de température en V/° :___________________________________________________________________________________
Vcc = +5V
R2 2,2 kΩ
R1
KTY81 + Vs
Vs (V)
T (°C)
