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Bilan du groupe sur lactivité ballon, sonde : Maîtrise dExcel : satisfaisante 4/ 5 Compte rendu : souvent bien 4,5/ 5 argumentation satisfaisante très.

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1 Bilan du groupe sur lactivité ballon, sonde : Maîtrise dExcel : satisfaisante 4/ 5 Compte rendu : souvent bien 4,5/ 5 argumentation satisfaisante très souvent complet (sauf au début) bien corrigé à chaque fois toujours envoyé Exploitation des données : 4 / 5 Courbe bien tracées Analyse à compléter Activité en classe : satisfaisante 3,5 / 5 parfois un peu lentes Avant correction finale 15,5 /20 Karina Marion

2 Capteur n°6 de température n°2 Introduction : Variation de la température en fonction de laltitude Recherche dun capteur de température Etalonnage en résistance Photos Etalonnage en tension Prévisions de la courbe détalonnage en tension daprès celle en résistance Page résumé Traitement des données Karina Marion Sommaire : La température ( T ) est une valeur exprimant la chaleur ou le froid, elle est liée à lagitation des molécules. La température se mesure par un thermomètre en degrés Celsius ( °C ), mais lunité du système international est le Kelvin ( K ). Notre ballon sonde sera munis dun capteur de température que nous allons étalonner. On sattend à ce quil mesure des températures comprises entre -55°C et 25°C environ. Bon fichier Excel : 2 feuilles à corriger néanmoins Lexploitation des données est trop limitée et ne correspond pas à la qualité de ce que aviez réalisé jusquà présent. A corriger diapos 13 et 14

3 Introduction : Variation de la température en fonction de laltitude (Utilisation dun graphique Excel) La variation de la température en fonction de laltitude est assez importante pour nous permettre de prévoir les températures auxquelles nous seront confrontés lors du lancer du ballon-sonde. Daprès la tableau de valeurs recueilli sur internet, (http://fr.wikipedia.org/wiki/Atmosph%C3%A8re_normalis%C3%A9e ) nous avons tracer la courbe et obtenu léquation de la température en fonction de laltitude, qui est une fonction affine décroissante de 0 km jusquà 11 km (en effet, la température diminue de 6.5 degrés Celsius tous les kilomètres), ensuite la température stagne pour enfin remonter à partir de 20km. La suite des données nest pas assez précise pour permettre de déterminer une équation, cependant, les données jusquà 30km sont importantes.http://fr.wikipedia.org/wiki/Atmosph%C3%A8re_normalis%C3%A9e Sommaire

4 24 Février 2010 Nous cherchons un capteur de température pouvant relever des température de -55°C à 25°C pour un coût inférieur à 30 euros. Différents sites (exemples : Gotronic, radiospares.. ) permettent de trouver un capteur correspondant à cela. Ensuite, nous avons cherché la fiche technique dun capteur de température donné par le professeur avec un code commande de que nous avons trouvé sur le site Radiospares. Nous avons pu lidentifier grâce à sa référence qui est NTH4G42B104F01 Nous avons remarqué que la résistance de ce capteur avait pour valeur 100 k pour une température de 25°C, donnée que nous lisons sur la courbe du fabricant cest donc un capteur de type résistif. Nous avons étamé ce capteur que nous avons soudé avec un fil noir pour une patte et une rouge pour lautre patte. Nous avons donc pu mesurer la valeur de sa résistance avec un multimètre et nous avons vérifié que le capteur mesurait une résistance denviron 100 k pour une température ambiante. Sommaire Karina ( à gauche ), Marion ( à droite ) et leur capteur Recherche dun capteur de température

5 3 et 10 Mars 2010 Sommaire Tout dabord, on a utilisé les données du fabricant pour réaliser une courbe que lon voulait vérifier par notre étalonnage. On a ensuite testé un modèle mathématique à laide de léquation de la fonction trouvée par Excel : on obtient un écart relatif très faible entre -40°C et 25°C donc le modèle est satisfaisant. Puis, on a réalisé notre propre courbe détalonnage que lon a superposé à la première. Analyse des courbes : Ces courbes représentent la valeur de la résistance du capteur en fonction de la température. Pour les données du fabricants, la courbe est une fonction exponentielle décroissante qui ne passe par lorigine, le domaine de validité est compris entre -40°C et 25°C. Pour notre courbe détalonnage, cest une fonction polynomiale décroissante qui ne passe pas par lorigine. La résistance décroît en fonction de la température, on remarque quon a bien vérifié les données du fabricant car les deux se superposent, sauf en dessous de -20°C (notre modèle mathématique nest plus compatible avec le modèle du fabricant pour des valeurs de température plus faible ) donc la valeur de la résistance pour -40°C (température atteinte avec la bombe réfrigérante) est suspecte : on utilisera la courbe des données du fabricant ( pour les photos, voir page suivante ).voir page suivante Etalonnage du capteur en résistance Nous avons terminé la construction du capteur en isolant avec du scotch les fils soudés. On a réalisé plusieurs mesures de température du capteur pour vérifier les données du fabricant visualisées en courbe : avec une bombe réfrigérante, on a pu mesurer la résistance du capteur pour une température de -40°C, avec le frigo on est allé jusquà -12°C et avec lair ambiant, on a pu faire dautres mesures ( 18°C et 26°C ). On a pu réaliser tout cela grâce à un thermomètre et à notre capteur qui nous indiquait la valeur de la résistance correspondante.

6 3 et 10 Mars 2010 Sommaire Page précédente Photos lors de notre étalonnage : Nous avons inséré notre capteur dans un petit tube en verre, un multimètre mesurait la température de référence et un autre mesurait la résistance de notre capteur. Grâce à une bombe réfrigérante, nous avons projeté un gaz sous pression sur le tube ( dans la bombe réfrigérante, un fluide est présent sous forme liquide, et lorsquil passe sous forme gazeuse lors de la projection, il absorbe la chaleur donc la température diminue ). La température est descendue jusquà -40°C, et nous avons regardé la résistance correspondante, pour réaliser ensuite notre courbe détalonnage. Bombe réfrigérante supposée atteindre -65°C Tube en verre très fin contenant le capteur Multimètre mesurant la température avec une sonde spécifique Multimètre mesurant la résistance Page suivante

7 17 Mars 2010 Sommaire Page précédente Photos prises lors de la vérification de la valeur de la résistance : On voit que le multimètre affiche bien une valeur de 656 k, donc notre soudage est satisfaisant.

8 17 Mars 2010 Sommaire On cherche quelle résistance on peut utiliser pour étalonner en tension notre capteur : daprès les données du tableau, on détermine la température moyenne à laquelle sera confrontée la nacelle durant son voyage et la résistance correspondante. La température moyenne est -10°C ce qui correspond à une résistance de 630 k On a donc soudé deux résistances de 330 k pour obtenir une seule résistance équivalente de 660 k en utilisant une association en série, lécart entre la valeur de la résistance quon doit utiliser et celle que lon utilise est négligeable. Valeurs extrêmes Valeur moyenne : -10 °C 630 k Soudage des deux résistances de 330 k Résistance de 660k Page suivante Recherche de la valeur de la résistance à utiliser lors de létalonnage en tension

9 Etalonnage du capteur : tension en fonction de la température Il faut cependant que lon réalise un étalonnage en tension car, lors du lancement de notre ballon sonde, lordinateur ne pourra interpréter des valeurs quen tension. Pour étalonner ce capteur en fonction de la tension, nous avons du souder 3 fils : vert qui servira à la mesure de la tension, fil rouge relié à la borne positive du générateur 5,0 V ( car KIWI nous fournit une tension de 5 V ) et noir à la borne négative du générateur de tension continue Voir schéma ci-dessous. V 5,0V 0V Mesure (fil branché à la borne positive) Capteur de température R = 656k 24 Mars 2010 Sommaire Page suivante Page précédente G + -

10 Etalonnage du capteur : tension en fonction de la température 31 Mars et 28 Avril 2010 Sommaire Après avoir réalisé le montage vu précédemment, nous avons effectué plusieurs mesures : nous avons placé notre capteur à lair ambiant, dans un frigo et dans un congélateur, ce qui nous a permis dobtenir le tableau et la courbe ci- dessous. On remarque que plus la température baisse, plus la tension augmente.précédemment Deux modèles mathématiques fonctionnent bien pour notre courbe : la fonction exponentielle et la fonction polynomiale, en effet, leur écart relatif est très faible. Cependant, on remarque que pour des températures en dessous de -30°C, ces deux modèles ne marchent plus. En effet, ces 2 modèles donnent comme valeur de tension 8,48 V et 6,94 V alors que notre générateur ne peut fournir à ses bornes quune tension de 5,0 V. Nous avons donc réalisé un nouveau modèle en utilisant un modèle linéaire : celui ci nest pas très fiable pour des valeurs entre -30°C et 25°C par rapport aux deux autres modèles mais il lest pour les valeurs inférieures à -30°C.

11 Courbe prévisible de la tension daprès celle en résistance. Sommaire V 0V Mesure (fil branché à la borne positive) 5V R = 656k G +- Ug= 5V Rc Ug = (RI + Rc*I ) = I ( R + Rc ) Urc / Ug = (Rc*I) / I ( R + Rc ) Urc / Ug = Rc / ( R + Rc ) Urc / 5 = Rc / ( 656 +Rc ) U G = Ur + Urc La tension aux bornes du générateur est de 5V. Le voltmètre mesure la tension aux bornes de Rc donc on peut appliquer la loi dOhm UR = RI URc = Rc* I Plus la température baisse, plus la tension augmente. 12 mai 2010 Page suivante

12 Confrontation des deux modèles On remarque que les deux courbes sont presque les mêmes, de plus, la courbe daprès la prévision est plus précise car on a plus de points. En effet, on obtient un écart relatif proche de 1% ce qui montre que lon aurait bien pu prévoir la tension. 19 mai 2010 Sommaire Page précédente

13 Capteur n°06 de température n°2, situé à lintérieur de la nacelle Marion et Karina La température minimale mesurable daprès cette équation est -50°C. ZOOM

14 Traitement des données après lâcher du ballon 26 mai 2010 Sommaire Page suivante Daprès la courbe de laltitude en fonction du temps de vol du ballon, celui-ci est monté jusquà atteindre environ 13km à 12h03, puis sa vitesse a diminué ( environ 1m/s ) mais il a continué à monter jusquà 16 km, et à 12h41, il a dû éclater car laltitude a diminué jusquà 13h14. Après cette heure, toutes les données recueillies par Kiwi paraissent fausses donc il a dû avoir un disfonctionnement. Les deux courbes superposées représentent la variation de la température, à lintérieur et à lextérieur de notre nacelle, en fonction du temps de vol de notre ballon. On observe que les deux courbes sont presque identiques, donc la nacelle ne devait pas être très bien isolée. ???? Quelle est la différence de température entre linté et lext ???. On remarque une baisse de la température pendant une heure environ car laltitude augmente : elle passe de 23°C à 0°C environ en combien de temps ? Variation de température par km ?. Ensuite, la température augmente de 3°C en 1 heure environ et à 12h45min, le ballon éclate, donc la température augmente ???? car laltitude baisse, puis elle chute de nouveau pendant 20 minutes, jusquà -11°C environ (peut-être que le couvercle de la nacelle sest ouvert donc que la température a diminué). La température remonte soudain de 6°C pendant 15min. Variation de la temp par km ? Est-ce logique ?

15 Sommaire Page précédente Traitement des données après lâcher du ballon 2 juin 2010 ( fin ) Les images montrent les données reçu par lordinateur pendant le vol du ballon. Notre courbe est de couleur jaune. Analyse rapide de cette courbe ?


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