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CAPTEURS TEMPERATURE 1

CAPTEUR DE TEMPÉRATURE CTN :

CTN 47 kohms : jaune, violet, orange.

Un capteur de température avec une CTN, ce n'est pas l'idéal, car la caractéristique d'une CTN n'est pas linéaire ( voir la courbe ci-dessous à droite ). En plus, les équations issues des montages sont assez compliquées à manipuler. D'abord pourquoi le nom de CTN ?

La CTN ou thermistance a un fort coefficient de température négatif élevé jusqu'à -6,5%/°C, cela veut dire que la valeur de la résistance diminue quand la température augmente ( voir la courbe à droite ). Les CTN sont constituées par un oxyde fritté qui est une poudre comprimée sous forte pression puis chauffée à une température légèrement inférieure à la température de fusion. La plupart des CTN employées ont un coefficient de température compris entre -3.10 ^-2 et -5.10^-2 .

La variation de la température peut avoir pour origine la variation de la température autour du capteur ou bien encore l'énergie dissipée dans la CTN, elle même, par le fait de l'effet JOULE. Or il est impératif de mesurer la température de l'air autour du capteur plutôt que la température du capteur.

Le modèle le plus courant est disponible sous forme de petit disque mais on peut trouver d'autres formes comme des bâtonnets, perles ou types métalliques avec écrous de fixation. Il y a un marquage avec le code des couleurs.

La valeur nominale de la CTN est donnée en ohms à la température de 25°C. Par exemple : 47 000 ohms à 25°C.

( couleurs : jaune, violet, orange ).

Quand on compare les deux caractéristiques ci-dessus, on observe une droite avec le capteur KTY-10A et une hyperbole avec le capteur CTN. A priori, c'est un mauvais capteur en raison de sa non linéarité. On aime bien avoir des capteurs linéaires. Une autre considération pour un capteur est sa rapidité de variation au changement de température. Tout dépend dans quelle gamme de mesure, on l'utilise. Le capteur idéal sera utilisé sur une large gamme de température (-70°C à +40°C par exemple) avec une inertie aux variations de température faible.

La relation entre la température ambiante et la résistance est :

Rctn25 est la valeur en ohms à la température de 25°C. Le marquage de couleur est fait suivant la valeur de Rctn25. Par exemple :

jaune-violet-orange : 47 000 ohms à 25°C

T est la température absolue, en Kelvin. T = température en °C ajoutée de 273,15.

B est le coefficient qui caractérise la matière de la CTN. Par exemple : B = 3800 ou B = 4000. ( Voir notice constructeur ).

Pour une petite portion de la caractéristique, il est possible de définir une loi de variation linéaire. Mais pour une large gamme, par exemple -60°C à 30°C, il est utile de placer un circuit de linéarisation à la sortie du capteur. Heureusement ce circuit peut être constitué par une seule résistance, mais il faut calculer la valeur de cette résistance. Le but du montage qui s'appelle un pont diviseur est de fournir des volts qui sont fonction de la résistance de la CTN, donc de la température à mesurer ( celle du capteur ).

Schéma complet avec la résistance de linéarisation et formule de la tension de sortie :

Détermination de la résistance R de linéarisation :

On va choisir une gamme de température de -60°C à +30°C. La première relation du pont diviseur est obtenue en écrivant la valeur du courant dans le pont diviseur : Ip = Us / R ou ce qui revient au même Ip = Vcc / Rctn + R. Ce courant ne doit pas être élevé, sous peine de faire chauffer le capteur.

On peut écrire Us1 et Us2 pour les températures limites de la gamme ou plage de fonctionnement. On peut écrire aussi delta Us = Us1 - Us2. Le meilleur choix sera obtenu quand l'écart delta Us sera le plus grand possible.

Il faut donc trouver la solution par construction graphique. Le tracé se fera avec un tableur Excel :

Voir la feuille EXCEL à télécharger ici :

Utilisation de la feuille Excel pour faire le choix de la résistance de linéarisation R :

--- ouvrir la feuille.

--- cliquez sur l'onglet CALCULR

--- entrez vos valeurs sur les cases bleues : Tbasse, Thaute, B, Rctn25, Pas de R et Vcc. Le calcul se fait à partir de R : Us = f ( R ) suivant le pas choisi, par exemple tous les 100 ohms. Ce pas est correct, ne pas le changer.

--- les colonnes à exploiter sont R et DUs : deltaUs on cherche à savoir quel est le delta Us maximum pour une certaine valeur de R à déterminer.

--- ouvrir l'onglet : deltaUs

Sur le graphique, repérez le maximum de tension deltaUs et notez la valeur de R en correspondance.

Par exemple : de 80 000 à 100 000 ohms, le choix se porte sur une valeur de résistance normalisée :

choisir 82 kohms ou 100 kohms.

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Température autour du capteur en fonction de la tension de sortie :

Le choix de la résistance R dans l'exemple ci-dessus se porte sur une valeur de 82 000 ohms.

La tension d'alimentation est de Vcc = +5V.

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La relation du pont diviseur classique donne la valeur Us = f ( Rctn ) à partir de cette formule, il faut chercher l'équation de la température en fonction de la tension mesurée Us qui sera transmise :

T°C = f ( Us ) C'est maintenant que nous constatons l'inconvénient de la non linéarité du capteur.

--- ouvrir la feuille Excel sur la thermistance :

--- cliquez sur l'onglet : calculTEMP

--- entrez vos valeurs sur les cases bleues : tension alimentation Vcc, R de linéarisation, Rctn0 à 25°C et B.

--- le pas de calcul est automatique, ne pas le changer il est proposé à Vcc/4096.

--- les colonnes à exploiter sont : T°C , Us et Rctn

--- ouvrir les onglets suivants : TdeUs ( température en fonction de la tension de sortie Us )

TdeUsgamme ( sur la gamme définie -60°C à +30°C ),

caractCTN et caractCTN2

résultats :

température = f ( tension de sortie )

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tension de sortie = f ( température )

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résistance CTN = f ( température ) de -10°C à +35°C

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à suivre,