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

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1 Bilan du groupe sur lactivité ballon, sonde : Maîtrise dExcel : 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

2 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 détalonnage en tension et voir si on pouvait prévoir cette courbe avec celle de létalonnage 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 létalonnage : PETOIN Marie (droite) LICHIERE Laurie (gauche) Bon fichier Excel à part la dernière feuille à reprendre Lexploitation des données est insuffisante et ne correspond pas à la qualité de ce que aviez réalisé jusquà présent. A corriger diapos 11 et 13

3 Sommaire. -La température => Explications préalables. -Thermistance => Recherche dun capteur mesurant la température. -Thermistance Données concernant la thermistance chez un constructeur. -Courbe détalonnage en résistance -Conversion Convertir les données en résistance pour létalonnage en tension. -Courbe détalonnage en tension -Suite de létalonnage en tension -Capteur Disposition et autres

4 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 lintérieur 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 détalonnage. Nos mesures vont être effectuées en °C pour plus de facilité. La température. Menu La température (en °C) varie en fonction de laltitude (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) La température moyenne au sol est de 15°C et diminue de -6.5 °C par km daltitude. La courbe en violet est la représentation du modèle mathématique pour ces altitudes : La température diminue jusquà 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.

5 Etalonnage dun 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 lutilisation de la thermistance nous remarquons que lon 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%. Menu 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.

6 Menu Les données du tableau ci dessous sont à vérifier par un étalonnage en résistance. Température nominale. Température à 30 km daltitude. 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 détalonnage. 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 détalonnage proposé par le fabriquant puis une autre avec nos mesures. Valeurs trouvées au réfrigérateur puis au congélateur Valeur de la résistance. TempératureRésistanceModèleEcart relatif t (°C) R ( k ) % , , , , ,99 Spécification technique trouvé sur le mode demploi. Comparaison des données du fabriquant avec nos données. TempératureRésistanceModèleEcart relatif t (°C) R (k ) % , , , , , , , , , , , , , , ,95

7 Cette courbe est une fonction exponentielle Plus la température augmente plus la résistance diminue. La courbe verte correspond à la courbe du fabricant, les données sont obtenues grâce au mode demploi 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 lavons 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 quil 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. 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 laide dune bombe « Top givre » Courbe détalonnage en thermistance Menu

8 De la résistance à la tension. Menu Soudage Choix de la Résistance : Pour trouver la valeur de la résistance à prendre il faut à laide 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 dun appareil de mesure de tension. On met des résistances (ici trois) en série (on additionne ainsi leur valeurs jusquà 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= Circuit

9 Etalonnage en tension. Réalisation de mesures avec le circuit : Courbe détalonnage en tension : La courbe obtenue est une fonction linéaire de modèle mathématiques : U = T Nous effectuons une série de mesures avec le circuit pour obtenir les tensions correspondantes à différentes températures de références. Congélateur posant avec MarieLaurie et le frigidaire TempératureTension T en °CU en V bombe-404,1 congelateur prof-223, ,56 121,3 200,78 210,72 Daprès cette courbe détalonnage plus la température diminue plus la tension augmente aux bornes du générateur. Menu

10 De la résistance à la tension (prévision de la courbe détalonnage 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 dun 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. Les deux courbes détalonnage sont correspondantes on en déduit que lon pouvait faire létalonnage 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. La valeur de la tension pour -50°C, est de 4.4 V aux bornes du générateur. TempératureRésistanceModèleEcart relatifTension t (°C) R ( k ) %(en v) ,014, ,183, ,752, ,991, ,150, ,990,6 La courbe violette représente lutilisation du modèle mathématiques. U=U générateur * (R/( R+V R ) La courbe bleue représente la température en fonction de la tension

11 Capteur n° 05 de température n°1 Daprès notre étalonnage plus la température diminue plus la tension augmente (jusquà une valeur de 5V pour une température denviron -60°C). TempératureTension t (°C)(en v) -504,4 -132,5 01,7 200,8 Capteur numéro 5 sur la nacelle. n°5 Thermistance et placée à lextérieur de la nacelle (voir photo); Le montage et létalonnage ont été réalisés par les chercheuses en MPI de 2°14 : Laurie Lichiere & Marie Petoin. Menu

12 Résultat de lenvoi du ballon : Vous avez oublié de montrer votre courbe sur lacquisition 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. Titre à revoir

13 Température intérieure et extérieure.

14 On remarque que au cours du temps, plus la température diminue en fonction de laltitude lors de la montée jusquà 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 !

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