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Bilan du groupe sur l’activité ballon, sonde :
Maîtrise d’Excel : très satisfaisante 4,5/ 5
Compte rendu : souvent très bien 5 / 5 argumentation satisfaisante très souvent complet bien corrigé à chaque fois toujours envoyé
Exploitation des données : 1,5 / 5 Courbes à superposer! Analyse insuffisante Activité en classe : très satisfaisante, bonne rapidité 5 / 5
Avant correction finale 16 /20 PETOIN Marie LICHIERE Laurie
Toutes les mesures ont été effectuées avec le capteur thermistance numéro 05
-Jour du 24 février 2010 => prise de données chez le vendeur pour établir un capteur à utilisé pour la prise de température dans le ballon sonde [20;-55].-Jour du 3 mars 2010 => vérification des données du constructeur par la prise de mesure de avec notre thermistance, étalonnage en résistance.-Jour du 10 mars 2010 => trouver le domaine de validité -Jour du 17 mars 2010 => réalisation du circuit pour un futur étalonnage en tension-Jour du 24 mars 2010 => étalonnage en tension-Jour du 30 mars 2010 => finir la réalisation de la courbe d’étalonnage en tension et voir si on pouvait prévoir cette courbe avec celle de l’étalonnage en résistance-Jour du 21 avril 2010 => mise en place du capteur dans la nacelle et finalisation du projet et du compte rendu-Jour du 28 avril 2010 => correction + replacer le capteur + peinture de la nacelle-Jour du 19 mai 2010 => peinture de la nacelle + aider les autres-Jour du 26 mai 2010 => finition + envoie de la nacelle
Compte rendu de l’étalonnage :Compte rendu de l’étalonnage :
PETOIN Marie (droite)
LICHIERE Laurie (gauche)
Bon fichier Excel à part la dernière feuille à reprendre
L’exploitation des données est insuffisante et ne correspond pas à la qualité de ce que aviez réalisé jusqu’à présent. A corriger diapos 11 et 13
Sommaire.-La température=> Explications préalables.-Thermistance=> Recherche d’un capteur mesurant la température.-Thermistance Données concernant la thermistance chez un constructeur.-Courbe d’étalonnage en résistance-Conversion Convertir les données en résistance pour l’étalonnage en tension.-Courbe d’étalonnage en tension-Suite de l’étalonnage en tension-Capteur Disposition et autres
Température : est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. L'échelle de température la plus répandue est le degré Celsius, dans laquelle les références dépendent de l'eau qui gèle à 0 °C et qui bout à environ 100 °C dans les conditions standard de pression . L'unité du système international d'unités, d'utilisation scientifique et définie à partir du zéro absolu, est le Kelvin. La température d'un système est une fonction croissante du degré d'agitation thermique des particules, c'est-à-dire de son énergie thermique. Elle est définie par l'équilibre de transfert de chaleur avec d'autres systèmes.
Nous allons placé notre thermistance sur le ballon sonde à l’intérieur de la nacelle, KIWI va nous envoyé des données sous forme de tension. Nous allons donc arriver à déterminer la température le long du trajet du ballon grâce à notre courbe d’étalonnage. Nos mesures vont être effectuées en °C pour plus de facilité.
La température. La température.
Menu
La température (en °C) varie en fonction de l’altitude (en km) mais cela est très irrégulier.
Nous avons donc pris les valeurs comprises entre 0 et 11 km pour être capable de définir un modèle mathématique simple : (source => internet) 15*5.6 ztLa température moyenne au sol est de 15°C et diminue de -6.5 °C par km d’altitude.
La courbe en violet est la représentation du modèle mathématique pour ces altitudes :
L a température t en fonc tion de l'altitude z
t = - 6,5 *z + 15
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
0 10 20 30 40z (km)
t (°C )
La température diminue jusqu’à atteindre des valeurs nettement négatives (-56.5°C) .
La courbe se stabilise ensuite puis augmente à nouveau. On peut mesurer la température car les variations sont élevées.
Etalonnage d’un capteur de température.
Thermistance :Les données ont été prises chez Conrad.Le capteur utilisé est une thermistance. Une thermistance est un conducteur ohmique dont la résistance varie avec la température. Son symbole est :
Les CTN (en français Coefficient de Température Négatif, en anglais NTC, Negative Temperature Coefficient) sont des thermistances dont la résistance diminue de façon uniforme, avec la température.
Dans la fiche de présentation de l’utilisation de la thermistance nous remarquons que l’on peut utiliser plusieurs résistances de 2 à 100 après cela en gras dans un tableau on nous indique la température nominale ( la résistance utilisée pour un fonctionnement normal de notre thermistance) de 25°C qui est associée avec une résistance de 10k
Utilisées comme sonde de température dans les applications de mesure. Corps hermétiquement étanche. Gamme de température - 55 à + 300°C. Température nominale + 25°C. Tolérance ±10%.
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Modèle utilisé pour la thermistance : référence NTH4G42B104F.
-24 février 2010
Capteur n°5 de thermistance.
Il existe différents types de capteurs de température : - capteur température linéaire (conditionneur et sonde LM35) : plage de mesure de -40°C à +110°C - 1° C <=> 5 mV - capteur température non linéaire (conditionneur et sonde) : résistance à coefficient de température négatif (CTN 1000 Ω) Nous avons choisi la thermistance car ce capteur est peu coûteux et a un domaine de validité suffisant.
Plus la température augmente plus la résistance diminue.
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Les données du tableau ci dessous sont à vérifier par un étalonnage en résistance.
Température nominale.
Température à 30 km d’altitude.
Remarque: La modèle mathématiques de notre thermistance a un domaine de validité de 20 à -40 °C. Nous pouvons trouver les explications à partir de la visualisation de notre courbe d’étalonnage. Le modèle mathématique trouvé n'est pas valable en dessous de - 30°C puisqu'il ne passe pas par les points pour des valeurs de température plus faible
Valeurs trouvées avec notre thermistance
Valeurs données par le fabriquant.Nous allons vérifier si les valeurs données par le fabricant correspondent à la réalité. Pour cela nous avons construit la courbe d’étalonnage proposé par le fabriquant puis une autre avec nos mesures.
Valeurs trouvées au réfrigérateur puis au congélateur
Valeur de la résistance.
Température Résistance Modèle Ecart relatift (°C) R ( k) %-40 2200 2585 1,18-12 800 603 0,757 227 224 0,99
18 110 127 1,1527 80 79 0,99
Spécification technique trouvé sur le mode d’emploi.
Comparaison des données du fabriquant avec nos données.
Température Résistance Modèle Ecart relatift (°C) R (k ) %-40 4257 3075 0,72-35 3006 2359 0,78-30 2149 1810 0,84-25 1555 1388 0,89-20 1137 1065 0,94-15 839 817 0,97-10 625 627 1,00-5 469 481 1,030 355 369 1,045 272 283 1,03
10 210 217 1,0215 163 167 1,0120 127 128 1,0125 100 98 0,9830 79 75 0,95
Cette courbe est une fonction exponentiellePlus la température augmente plus la résistance diminue.
La courbe verte correspond à la courbe du fabricant , les données sont obtenues grâce au mode d’emploi ou fiche technique de la thermistance.
La courbe rouge correspond à nos valeurs que nous avons effectuées en utilisant ce capteur de température. Ensuite, nous l’avons testé dans un réfrigérateur puis congélateur pour voir si les valeurs sont assez semblables à celles du fabriquant.
Les deux courbes sont des courbes exponentielles.
Attention: Nous pouvons donc voir que le dernier point de la courbe ne correspond pas du tout à la courbe du fabricant tandis que les autres mesures sont correspondantes. Nous pouvons donc dire qu’il y a une grosse incertitude sur ce dernier point (obtenu dans les conditions de la photo ci dessous) vis-à-vis de la courbe du fabriquant.
R = 369,06* exp-0,053* t
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
R(K)
t (°C)
La résistance R du capteur en fonction de la température t
Valeur de la résistance à utilisé
givrage
Pour obtenir cette courbe nous avons branché un capteur résistif à un ohmmètre mesurant ainsi la résistance par rapport à une température étalon (de référence).
obtenu à l’aide d’une bombe « Top givre »
Courbe d’étalonnage en thermistance
Menu
De la résistance à la tension.
Menu
Résistance fixe de 625k.
ttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttt
Soudage
Choix de la Résistance : Pour trouver la valeur de la résistance à prendre il faut à l’aide de nos valeurs trouvées soustraire la plus grande (-40°C) et la plus petite valeur (30°C), nous trouvons alors une résistance correspondant à -10 °C (voir courbe) Nous regardons alors la résistance correspondant à cette valeur moyenne de la température supposée au cours du voyage de 627. Il faut donc utilisé une résistance de 627 .
Valeur résistance
On réalise un étalonnage en tension pour pouvoir récupérer les données analogiques mesurées et envoyées par KIWI, pourvu seulement d’un appareil de mesure de tension.
On met des résistances (ici trois) en série (on additionne ainsi leur valeurs jusqu’à obtenir une résistance de => 627k.)
On utilise un générateur de tension continue de 5,0 V car cela est imposé par KIWI pour la prise de mesure.
Pour faire ce circuit, nous devons assembler des résistances en série puis en créant le circuit au-dessus en les reliant par soudure avec des fils. Nous avons alors assembler plusieurs résistances:
627= 560+47+20
Circuit
Etalonnage en tension.
Réalisation de mesures avec le circuit :
Courbe d’étalonnage en tension :
La courbe obtenue est une fonction linéaire de modèle mathématiques : U = -0.0567T+1.9553
Nous effectuons une série de mesures avec le circuit pour obtenir les tensions correspondantes à différentes températures de références.
Congélateur posant avec Marie Laurie et le frigidaire
Température Tension
T en °C U en V
bombe -40 4,1
congelateur prof -22 3,35
-10 2,56
12 1,3
20 0,78
21 0,72
D’après cette courbe d’étalonnage plus la température diminue plus la tension augmente aux bornes du générateur.
Menu
De la résistance à la tension (prévision de la courbe d’étalonnage en tension à partir des valeurs de la résistance) .
Menu
On réalise un étalonnage en tension pour pouvoir récupérer les données analogique envoyées par KIWI, pourvu seulement d’un appareil de mesure de tension.On utilise un générateur de tension continue de 5,0 V car cela est imposé par KIWI pour la prise de mesure et pour ne pas griller le circuit. G
625 k capteur
V
5V
com 0V
Les deux courbes d’étalonnage sont correspondantes on en déduit que l’on pouvait faire l’étalonnage en tension à partir de celui en résistance sans passer par une prise de mesure. On multiplie la tension du circuit par la résistance sur la résistance plus la résistance du capteur.
625))+ /(R(R*5=U
T ens ion U en fonc tion de la T empérature T
U= -0,0567T + 1,9553U = -0,0532T + 1,8697
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
T en °C
U e n V
La valeur de la tension pour -50°C, est de 4.4 V aux bornes du générateur.
Température Résistance Modèle Ecart relatif Tensiont (°C) R ( k) % (en v)-50 4300 4349 1,01 4,4-40 2200 2585 1,18 3,9-12 800 603 0,75 2,87 227 224 0,99 1,3
18 110 127 1,15 0,727 80 79 0,99 0,6
La courbe violette représente l’utilisation du modèle mathématiques.
U=U générateur * (R/( R+VR)
La courbe bleue représente la température en fonction de la tension
Capteur n° 05 de température n°1
D’après notre étalonnage plus la température diminue plus la tension augmente (jusqu’à une valeur de 5V pour une température d’environ -60°C).
Température Tensiont (°C) (en v)-50 4,4-13 2,50 1,7
20 0,8
Capteur numéro 5 sur la nacelle.
n°5
Thermistance et placée à l’extérieur de la nacelle (voir photo);Le montage et l’étalonnage ont été réalisés par les chercheuses en MPI de 2°14 : Laurie Lichiere & Marie Petoin.
Menu
Résultat de l’envoi du ballon :
Vous avez oublié de montrer votre courbe sur l’acquisition réalisée par kiwi !
Nous avons envoyé le ballon à 11h 46, la température était de 20°C.
La température décroit jusqu'à -25°C.
Puis arrivée à 11h37, la courbe commence à stagner (entre environ -20 et -23°C) pour remonter à -11°C, à 12h42.
Nous voyons bien que l'éclatement du ballon est arrivé à 12h42. Les températures redescendent enfin. Un problème est alors survenu à 13H14 , et nous ne pouvons plus avoir de mesures.
L a température t à l'ex tèrieur de la nac elle en fonc tion du temps de vol T
-30,00
-20,00
-10,00
0,00
10,00
20,00
30,00
10:48:00 13:12:00
T e n H
t en °C
Titre à revoir
Température intérieure et extérieure.
On remarque que au cours du temps, plus la température diminue en fonction de l’altitude lors de la montée jusqu’à 6800m puis diminue plus fortement lors de la descente car la vitesse est très importante.
Titre faux !Analyse ?Comparaison entre température intérieure et extérieure ?
pourquoi ? Argument pas clair, explique !
