Avant correction finale 15,5 /20 Karina Marion Avant correction finale 15,5 /20 Bilan du groupe sur l’activité ballon, sonde : Maîtrise d’Excel : 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

Capteur n°6 de température n°2 Karina Marion Capteur n°6 de température n°2 La température ( T ) est une valeur exprimant la chaleur ou le froid, elle est liée à l’agitation des molécules. La température se mesure par un thermomètre en degrés Celsius ( °C ), mais l’unité du système international est le Kelvin ( K ). Notre ballon sonde sera munis d’un capteur de température que nous allons étalonner. On s’attend à ce qu’il mesure des températures comprises entre -55°C et 25°C environ. Sommaire : Introduction : Variation de la température en fonction de l’altitude Recherche d’un capteur de température Etalonnage en résistance Photos Etalonnage en tension Prévisions de la courbe d’étalonnage en tension d’après celle en résistance Page résumé Traitement des données Bon fichier Excel : 2 feuilles à corriger néanmoins L’exploitation des données est trop limitée et ne correspond pas à la qualité de ce que aviez réalisé jusqu’à présent. A corriger diapos 13 et 14

Sommaire Introduction : Variation de la température en fonction de l’altitude (Utilisation d’un graphique Excel) La variation de la température en fonction de l’altitude est assez importante pour nous permettre de prévoir les températures auxquelles nous seront confrontés lors du lancer du ballon-sonde. D’après 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 l’équation de la température en fonction de l’altitude , qui est une fonction affine décroissante de 0 km jusqu’à 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 n’est pas assez précise pour permettre de déterminer une équation, cependant, les données jusqu’à 30km sont importantes.

Recherche d’un capteur de température Sommaire 24 Février 2010 Recherche d’un capteur de température 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 d’un capteur de température donné par le professeur avec un code commande de 164-6297 que nous avons trouvé sur le site Radiospares. Nous avons pu l’identifier grâce à sa référence qui est NTH4G42B104F01 Nous avons remarqué que la résistance de ce capteur avait pour valeur 100 kW pour une température de 25°C, donnée que nous lisons sur la courbe du fabricant c’est 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 l’autre patte. Nous avons donc pu mesurer la valeur de sa résistance avec un multimètre et nous avons vérifié que le capteur mesurait une résistance d’environ 100 kW pour une température ambiante. Karina ( à gauche ), Marion ( à droite ) et leur capteur

Etalonnage du capteur en résistance Sommaire 3 et 10 Mars 2010 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 jusqu’à -12°C et avec l’air ambiant, on a pu faire d’autres 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. Tout d’abord , on a utilisé les données du fabricant pour réaliser une courbe que l’on voulait vérifier par notre étalonnage. On a ensuite testé un modèle mathématique à l’aide de l’équation 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 d’étalonnage que l’on 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 l’origine, le domaine de validité est compris entre -40°C et 25°C. Pour notre courbe d’étalonnage, c’est une fonction polynomiale décroissante qui ne passe pas par l’origine. La résistance décroît en fonction de la température, on remarque qu’on a bien vérifié les données du fabricant car les deux se superposent, sauf en dessous de -20°C (notre modèle mathématique n’est 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 ).

Photos lors de notre étalonnage : Sommaire 3 et 10 Mars 2010 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 lorsqu’il passe sous forme gazeuse lors de la projection, il absorbe la chaleur donc la température diminue ). La température est descendue jusqu’à -40°C, et nous avons regardé la résistance correspondante, pour réaliser ensuite notre courbe d’étalonnage. Multimètre mesurant la résistance Tube en verre très fin contenant le capteur Multimètre mesurant la température avec une sonde spécifique Bombe réfrigérante supposée atteindre -65°C Page suivante Page précédente

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

Soudage des deux résistances de 330 kW Sommaire 17 Mars 2010 Recherche de la valeur de la résistance à utiliser lors de l’étalonnage en tension On cherche quelle résistance on peut utiliser pour étalonner en tension notre capteur : d’après 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 kW. On a donc soudé deux résistances de 330 kW pour obtenir une seule résistance équivalente de 660 kW, en utilisant une association en série, l’écart entre la valeur de la résistance qu’on doit utiliser et celle que l’on utilise est négligeable. 630 kW Soudage des deux résistances de 330 kW Valeur moyenne : -10 °C Valeurs extrêmes Résistance de 660kW Page suivante

Etalonnage du capteur : tension en fonction de la température Sommaire 24 Mars 2010 Etalonnage du capteur : tension en fonction de la température Il faut cependant que l’on réalise un étalonnage en tension car, lors du lancement de notre ballon sonde, l’ordinateur ne pourra interpréter des valeurs qu’en 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. 0V Mesure (fil branché à la borne positive) V Capteur de température - G R = 656kW + 5,0V Page précédente Page suivante

Etalonnage du capteur : tension en fonction de la température Sommaire 31 Mars et 28 Avril 2010 Etalonnage du capteur : tension en fonction de la température Après avoir réalisé le montage vu précédemment , nous avons effectué plusieurs mesures : nous avons placé notre capteur à l’air ambiant, dans un frigo et dans un congélateur, ce qui nous a permis d’obtenir le tableau et la courbe ci-dessous. On remarque que plus la température baisse, plus la tension augmente. 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 qu’une tension de 5,0 V. Nous avons donc réalisé un nouveau modèle en utilisant un modèle linéaire : celui ci n’est pas très fiable pour des valeurs entre -30°C et 25°C par rapport aux deux autres modèles mais il l’est pour les valeurs inférieures à -30°C.

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

Confrontation des deux modèles Sommaire 19 mai 2010 Confrontation des deux modèles On remarque que les deux courbes sont presque les mêmes, de plus, la courbe d’après 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 l’on aurait bien pu prévoir la tension. Page précédente

Capteur n°06 de température n°2, situé à l’intérieur de la nacelle ZOOM La température minimale mesurable d’après cette équation est -50°C. Marion et Karina

Traitement des données après lâcher du ballon Sommaire Traitement des données après lâcher du ballon 26 mai 2010 D’après la courbe de l’altitude en fonction du temps de vol du ballon, celui-ci est monté jusqu’à atteindre environ 13km à 12h03, puis sa vitesse a diminué ( environ 1m/s ) mais il a continué à monter jusqu’à 16 km, et à 12h41, il a dû éclater car l’altitude a diminué jusqu’à 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 l’intérieur et à l’extérieur 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 l’inté et l’ext ??? . On remarque une baisse de la température pendant une heure environ car l’altitude 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 l’altitude baisse, puis elle chute de nouveau pendant 20 minutes, jusqu’à -11°C environ (peut-être que le couvercle de la nacelle s’est 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 ? Page suivante

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