6 expérimentale Activité Du capteur à l’actionneur TSTI2D

6 expérimentale ^Activité Du capteur à l’actionneur T

Capacités : - Préciser les grandeurs d'entrée et de sortie ainsi que le phénomène physique auquel la grandeur d'entrée est sensible.

- Mettre en œuvre expérimentalement une chaîne de mesure simple utilisée en communication dans l'habitat.

Réfléchissons un peu avant de commencer…

En vous aidant du document ci-dessous, répondre aux questions suivantes :

Un photodétecteur : la photorésistance Description

Une photorésistance est un composant dont la valeur en ohms dépend de la lumière à laquelle il est exposé.

On la désigne aussi par LDR (Light Dependent Resistor = résistance dépendant de la lumière).

La principale utilisation de la photorésistance est la mesure de l'intensité lumineuse (appareil photo, systèmes de détection, de comptage et d'alarme...). Elle est fortement concurrencée par la photodiode dont le temps de réponse est beaucoup plus court. Les matériaux utilisés sont généralement du sulfure ou du séléniure de cadmium qui se comportent comme des semi-conducteurs.

Principe de fonctionnement

Un cristal de semi-conducteur à température basse contient peu d'électrons libres. La conductivité du cristal est très faible, proche de celle d'un isolant. Lorsque la température augmente, de plus en plus d'électrons qui étaient immobilisés dans les liaisons covalentes s'échappent et peuvent participer à la conduction.

A température constante si le même cristal semi-conducteur est soumis à une radiation lumineuse, l'énergie apportée par les photons peut suffire à libérer certains électrons utilisés dans les liaisons covalentes entre atomes du cristal. Plus le flux lumineux sera intense, plus le nombre d'électrons disponibles pour assurer la conduction sera grand, ainsi la résistance de la LDR est inversement proportionnelle à la lumière reçue.

La sensibilité dépend de la fréquence de la radiation lumineuse : par exemple, le sulfure de cadmium a un maximum de sensibilité dans le spectre de la lumière visible aux environs de 650nm, dans le rouge du spectre lumineux, d'autres matériaux comme le sulfure de plomb sont plutôt utilisés dans l'infrarouge (>670nm).

Rechercher le symbole électrique d’une photorésistance.

Si l’on traçait l’évolution de la résistance R d’une photorésistance (en ohm) en fonction de l’éclairement E (en lux) environnant le capteur, quel serait l’allure de la courbe (la représenter succinctement) ?

Proposer un protocole qui permette de réaliser la courbe dont il est question précédemment.

Donner des exemples d’autres photodétecteurs.

Manipulation : étude du système de commande d’un volet roulant a. Montage électrique complet

Voici le montage complet d’un circuit permettant de commander, en fonction de la luminosité ambiante, la fermeture d’un volet roulant.

Ne pas décâbler le montage et ne pas toucher aux réglages du générateur sauf

mention contraire !

(+2V)

http://lefevre.pc.free.fr photorésistance

D’après le site : http://f5zv.pagesperso-orange.fr/RADIO/RM/RM24/RM24B/RM24B10.html

b. Etude de la photorésistance

Sortir la photorésistance du circuit et la connecter à un multimètre réglé de manière adéquat.

Placer un luxmètre de telle sorte qu'il reçoive la même quantité de lumière que la photorésistance.

Faire varier l'intensité lumineuse reçue par les deux capteurs.

Comment évolue la valeur de la résistance avec la luminosité ? (sens de variation, valeurs moyennes et extrémales) ?

Quelle est la grandeur physique à l’entrée du photodétecteur étudié ? Quelle est la grandeur de sortie ? Sa grandeur de sortie est-elle directement utilisable

dans un circuit de commande ? Justifier.

c. Etude théorique du pont de résistance

Voici représenté ci-contre la première partie du montage.

Exprimer UFM en fonction de UFA et UAM.

À l'aide du diviseur de tension, exprimer UAM en fonction de R, UFM et de Rp (résistance de la photorésistance).

Exprimer UDM en fonction de R et UFM.

Exprimer alors UAD en fonction de UFM ,R et Rp. Quel est le but de ce montage ?

d. Etude de l’A.O. monté en comparateur

Le circuit intégré linéaire (aussi appelé Amplificateur Opérationnel A.O.) permet, lorsqu’il est monté de la façon suivante, de comparer deux tensions (V+ et V-).

Sortir l'A.O. du circuit et le placer SEUL à une place vide de la plaque d’essai. L'alimenter avec la première voie du générateur en 0/+9V (-VCC à la masse du générateur et +VCC au +9,0V).

Brancher l'entrée + de l’A.O. sur le +9,0 V de la même première voie du générateur : la tension V+ est donc fixée à +9,0 V.

Brancher l'entrée – de l’A.O. sur la deuxième voie du générateur avec une tension continue positive que vous ferez varier de 0 à + 12V.

Observer les variations de la tension de sortie VS en branchant un voltmètre (entre S et la masse).

APPELER LE PROFESSEUR POUR QU’IL VERIFIE VOTRE MONTAGE Comment varie la tension de sortie VS en fonction de la tension V- ?

Pourquoi ce montage est-il appelé comparateur ? Compléter alors les phrase suivantes : si V-

<

>

si UAD

<

e. Etude de l’interrupteur commandé et de la partie opérative

Le transistor, monté avec ou sans résistance R’ à la suite de l’A.O., est en fait un interrupteur commandé : - si la tension entre la base (B) et l'émetteur (E) est supérieure à 1V environ, l’interrupteur commandé se ferme.

Un courant passe entre le collecteur (C) et l'émetteur. La bobine du relais est alors alimentée et l'interrupteur du relais est en position T (travail).

- si la tension entre la base et l'émetteur est inférieure à 1V, l’interrupteur commandé est ouvert et la bobine n'est pas alimentée, l'interrupteur est alors en position R (repos).

http://lefevre.pc.free.fr

Replacer tous les éléments comme dans le montage initial, alimenter le circuit en 0/+9V avec la première voie du générateur.

Si ce n’est pas déjà fait, ajouter, en série avec le relais, le moteur alimenté en 0/+2V avec la deuxième voie du générateur.

Placer la photorésistance dans l'obscurité et observer.

Placer la photorésistance sous un éclairement important et observer.

Noter toutes ces observations.

Compléter le schéma suivant :

Expliquer, étape par étape, ce qui se passe si l’éclairement ambiant diminue ou augmente.

Conclusions

Rédiger avec le professeur une conclusion…

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