Température et capteurs thermiques | 2de Bac Pro
Température et capteurs thermiques | Questions guidées à compléter
| 0 K | Température ambiante normale | |
| 293 K | Zéro absolu (−273 °C) | |
| 373 K | Température d'ébullition de l'eau |
1. T (K) = T (°C) + 273
2. T(K) = 80 + 273 = 353 K
3. T(°C) = 623 − 273 = 350 °C
4. 0 K ↔ Zéro absolu | 293 K ↔ Température ambiante | 373 K ↔ Ébullition de l'eau
Voici le tableau de la CTN d'une sonde d'étuve de séchage :
| T (°C) | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
|---|---|---|---|---|---|
| R (kΩ) | 10 | 6 | 3,5 | 2 | 0,8 |
1. CTN = Coefficient de Température Négatif. Quand T augmente, R diminue.
2. À 60 °C, R = 3,5 kΩ ; à 80 °C, R = 2 kΩ. Oui, R diminue bien quand T augmente.
3. R = 5 kΩ se situe entre 40 °C (R = 6) et 60 °C (R = 3,5) → T ≈ 47–50 °C environ.
4. R = 10 kΩ → T = 20 °C. Le chauffage doit être ON car la température réelle (20 °C) est très inférieure à la consigne (80 °C).
Température et capteurs thermiques | Problèmes de programme
1. CTN = Coefficient de Température Négatif. Quand T augmente, la résistance R diminue. C'est l'inverse d'une résistance métallique classique.
2. \( T(\text{K}) = T(°\text{C}) + 273 \). T = 87 + 273 = 360 K.
3. \( \Delta R = 10 - 2{,}5 = \mathbf{7{,}5 \text{ k}\Omega} \). R a diminué de 7,5 kΩ → comportement CTN confirmé.
4. La CTN fournit un signal électrique (tension/résistance) intégrable dans un circuit de régulation automatique, contrairement au thermomètre à liquide qui ne fournit qu'une lecture visuelle.
5. Pour le four de vernissage (200–900 °C) : seul le thermocouple supporte les très hautes températures. La CTN est limitée à environ +150 °C.
Un thermostat d'atelier de menuiserie utilise une CTN. Voici son tableau de caractéristiques :
| T (°C) | 10 | 15 | 21 | 25 | 30 |
|---|---|---|---|---|---|
| R (kΩ) | 12 | 8 | 5 | 3,5 | 2,5 |
La consigne du thermostat est réglée à 21 °C (R_consigne = 5 kΩ).
1. R passe de 12 kΩ (10 °C) à 2,5 kΩ (30 °C) : R diminue quand T augmente. C'est le comportement attendu d'une CTN (Coefficient de Température Négatif).
2. R = 10 kΩ se situe entre 12 kΩ (10 °C) et 8 kΩ (15 °C) → T réelle ≈ 12 °C. T_réelle < T_consigne (21 °C).
3. Le chauffage doit se mettre ON : la température est trop basse par rapport à la consigne. Le régulateur active l'aérotherme ou la résistance chauffante.
4. R = 2,5 kΩ → T = 30 °C > 21 °C → le régulateur coupe le chauffage (OFF) car l'atelier est trop chaud.
Température et capteurs thermiques | Problèmes de diagnostic – type BTS
Un système de régulation de séchage du bois utilise une CTN avec le tableau suivant :
| T (°C) | 20 | 50 | 70 | 87 | 100 |
|---|---|---|---|---|---|
| R (kΩ) | 10 | 4 | 3 | 2,5 | 0,8 |
1. 87 °C → 360 K ; 100 °C → 373 K. \(\Delta T = 373 - 360 = 13 \text{ K} = 13 °\text{C}\).
2. \(\Delta R = R(87) - R(100) = 2{,}5 - 0{,}8 = 1{,}7 \text{ k}\Omega\).
\(\Delta R / \Delta T = 1{,}7 / 13 \approx 0{,}13 \text{ k}\Omega/°\text{C}\).
Entre 20 °C et 50 °C : \(\Delta R = 10 - 4 = 6 \text{ k}\Omega\) pour 30 °C → 0,20 kΩ/°C. La CTN est donc plus sensible aux basses températures.
3. R = 3 kΩ correspond à T = 70 °C d'après le tableau. À 50 °C, R = 4 kΩ > 3 kΩ → ventilation non active (température pas encore atteinte).
4. Interpolation entre 87 °C (R = 2,5 kΩ) et 100 °C (R = 0,8 kΩ) :
\(T = 87 + (2{,}5 - 1{,}2) \times \dfrac{100-87}{2{,}5-0{,}8} = 87 + 1{,}3 \times \dfrac{13}{1{,}7} \approx 87 + 9{,}9 \approx \mathbf{97 °C}\)
T ≈ 97 °C est en dehors de la plage 70–90 °C → situation anormale, légère surchauffe.
5.
CTN : plage −50 à +150 °C, signal résistif intégrable, peu coûteuse, relation non linéaire (utiliser table).
Pt100 : plage −200 à +850 °C, signal résistif quasi linéaire, très précise (±0,1 °C), référence industrielle.
Thermocouple : plage −200 à +1 000 °C, signal quelques mV (amplificateur nécessaire), robuste → adapté aux très hautes températures.
Infrarouge : mesure sans contact, plage étendue, précision ±1–2 °C → adapté aux surfaces mobiles ou inaccessibles.
Choix pour étuve automatisée 0–150 °C : Pt100 si haute précision requise, CTN si coût est prioritaire. Le thermocouple est surdimensionné pour cette plage. L'infrarouge n'est pas adapté à une mesure continue en régulation.
Un responsable d'atelier de menuiserie signale que l'étuve chauffe en permanence sans s'arrêter, même lorsque la consigne est atteinte. Le technicien suspecte la sonde CTN.
1. R → ∞ : la résistance est très grande. D'après la courbe CTN, R grande = T très basse → le régulateur croit que l'étuve est très froide → il maintient le chauffage ON en permanence.
2. Circuit ouvert (fil coupé/débranché) : R → ∞ → T simulée très froide → chauffage ON permanent → surchauffe.
Court-circuit (fils qui se touchent) : R = 0 Ω → T simulée très chaude → chauffage OFF permanent → étuve ne chauffe pas.
Symptôme "chauffage toujours ON" → circuit ouvert le plus probable.
3. Procédure :
1. Couper l'alimentation du régulateur (sécurité électrique).
2. Débrancher le connecteur de la sonde CTN.
3. Mesurer R à l'ohmmètre sur les bornes de la CTN (étuve à température ambiante).
4. Comparer R_mesurée à la valeur attendue dans le tableau à T_ambiante : si R → ∞, circuit ouvert confirmé ; si R = 0, court-circuit confirmé.
4. D'après le tableau, R = 3 kΩ → T = 70 °C. T_réelle = 68 °C. Écart = 70 − 68 = 2 °C. L'écart est à la limite du seuil acceptable (≤ 2 °C) → CTN acceptable mais à surveiller. Un recalibrage ou un remplacement peut être envisagé si l'application est critique.