b) Insérez sur la matrice le circuit LM 335, la résistance R4 de 2,2 kW et le potentiomètre P2 de 10 kW comme indiqué figure 30-a. Effectuez les liaisons mises en évidence sur cette figure.

Le schéma électrique du circuit réalisé est donné figure 30-b.

6. 1. 2. - ESSAI DE FONCTIONNEMENT

a) Mesurez la température ambiante à l'aide d'un thermomètre afin d'effectuer l'étalonnage du circuit.

b) Calculez la tension VT à l'aide de la formule (5).

Par exemple, pour T = 21° C, VT = 2,98 + 0,01 (21 - 25) = 2,94 volts

Il faut maintenant convertir 2,94 volts en valeur hexadécimale. Pour cela, utilisez les tableaux des figures 20 et 21.

Il faut commencer par le chiffre le plus significatif. Dans le tableau de la figure 21, le nombre immédiatement inférieur à 2,94 est 2,8125 qui correspond au chiffre hexadécimal 9 sur l'afficheur DIS1.

La différence entre 2,94 volts et 2,8125 volts vaut 0,1275 volt. Dans le tableau de la figure 20, c'est 0,117 qui est le plus proche de 0,1275. Le chiffre hexadécimal correspond est 6.

En conclusion, à 21° C, la tension aux bornes du capteur est 2,94 volts et les afficheurs indiquent 96.

c) Mettez le digilab sous tension.

d) Mettez momentanément la broche 5 du convertisseur à la masse.

Selon toute vraisemblance, les afficheurs n'indiqueront pas le nombre que vous avez calculé. Dans ce cas, effectuez l'étalonnage du capteur à l'aide du potentiomètre P2 pour afficher le nombre hexadécimal correct.

Le circuit LM 335 est assez lent à suivre les variations de température, son temps de réponse est d'environ 5 mn.

e) Pour effectuer une mesure, élevez la température du LM 335 en le serrant entre vos doigts.

f) Observez les afficheurs, le nombre affiché augmente lentement et se stabilise après quelques minutes.

Il est possible de calculer approximativement l'indication des afficheurs.

On peut supposer que la température du boîtier du LM 335 s'élève à environ 32° C.

Dans cette hypothèse, la tension aux bornes du LM 335 est :

V32 = 2,98 + 0,01 (32 - 25) = 3,05 volts

A l'aide des deux tableaux précédemment utilisés, on trouve le chiffre 9 qui correspond à 2,8125 volts.

La différence 3,05 - 2,8125 = 0,2375 volt correspond au chiffre hexadécimal C.

Les afficheurs devraient indiquer 9 C dans cette hypothèse.

g) La première partie de l'expérience est terminée. Mettez le digilab hors tension.

Cette expérience est particulièrement intéressante car elle présente une utilisation concrète d'un convertisseur analogique / digital.

La mesure de température revêt une importance toute particulière dans certains systèmes de contrôle industriels.

Le montage proposé est uniquement didactique et ne se prête guère à une application pratique puisque l'affichage n'indique pas la température directement en ° C.

Dans les véritables thermomètres digitaux, la lecture se fait directement en °C. Pour cela, on utilise des convertisseurs analogiques / digitaux qui fournissent une information en code BCD.

La précision du montage n'est pas très élevée car le convertisseur ADC 0804 possède une résolution de 19,5 mV, tandis que la tension du LM 335 varie de 10 mV par °C.

Par ailleurs, le LM 335 a une précision de un degré et le convertisseur une précision de ± 1 LSB.

Toutes ces erreurs s'ajoutent et il en découle une précision relativement faible du thermomètre digital. Toutefois, si l'on restreint la gamme de températures du circuit LM 335 et que l'on modifie la gamme de tension dans laquelle fonctionne le convertisseur, il devient possible d'afficher directement la température.

C'est ce que nous allons faire dans la deuxième partie de l'expérience.

6. 2. - DEUXIÈME PARTIE DE L'EXPÉRIENCE

6. 2. 1. - RÉALISATION DU CIRCUIT

a) Tout en conservant l'essentiel du montage précédent, retirez les résistances R1 et R2 et les six liaisons indiquées en pointillé figure 31.

b) Insérez sur la matrice le potentiomètre P1 de 1 kW et la résistance R5 de 82 kW comme indiqué figure 32-a.

Effectuez les liaisons indiquées mises en évidence sur cette figure.

Le schéma électrique réalisé est donné figure 32-b.

Par rapport au montage précédent, celui-ci permet de faire varier la plage de tension dans laquelle fonctionne le convertisseur. Pour cela, il y a deux potentiomètres P1 et P2.

Le curseur de P1 relié à VIN (-) permet de régler le zéro. Pour une température de 0° C, les afficheurs indiqueront 0 0.

Le curseur de P2 relié à VREF / 2 permet de régler le facteur d'échelle du convertisseur, c'est-à-dire la largeur d'un LSB exprimé en mV.

Ainsi, pour une variation de 1° C, l'affichage hexadécimal varie d'une unité.

Considérons les deux températures 0° C et 100° C. Les deux tensions aux bornes du capteur valent respectivement :

V (0° C) = 2,98 + 0,01 (0 - 25) = 2,73 volts

V (100° C) = 2,98 + 0,01 (100 - 25) = 3,73 volts

Pour que les afficheurs indiquent 0 0 à 0° C, il faut appliquer une tension égale à 2,73 volts sur l'entrée VIN (-) à l'aide du potentiomètre P1.

Par ailleurs, on souhaite qu'à chaque élévation de température de 1° C, l'indication des afficheurs augmente d'une unité.  Or, la tension délivrée par le capteur augmente de 10 mV par °C supplémentaire. Il faut donc que le LSB corresponde à 10 mV. Comme la caractéristique de transfert possède 256 paliers, l'échelle de tension doit correspondre à 10 mV x 256 = 2,56 volts.

Par conséquent, il faut appliquer une tension de 2,56 / 2 = 1,28 volt sur l'entrée VREF / 2 à l'aide du potentiomètre P2.

6. 2. 2. - ESSAI DE FONCTIONNEMENT

a) Disposez le contrôleur sur le calibre 3 V et placez les pointes de touche entre la broche 7 du circuit ADC 0804 (pointe de touche rouge) et la masse (pointe de touche noire).

b) Réglez le potentiomètre P1 de manière à lire sur le galvanomètre 2,73 volts.

c) De même, réglez le potentiomètre P2 de façon que la broche 9 du circuit ADC 0804 soit à 1,28 volt.

Avec ces deux réglages, le thermomètre devrait être théoriquement étalonné. En pratique, il n'en est pas ainsi.

En effet, les deux valeurs de tension calculées sont théoriques.

D'autre part, il y a des tolérances sur les caractéristiques du capteur et sur le convertisseur qu'on ne peut négliger.

Enfin, la précision du contrôleur intervient également.

C'est pour cela qu'un deuxième étalonnage s'avère intéressant afin d'augmenter la précision du thermomètre digital.

Pour cela, vous allez utiliser deux températures de référence : 0° C et la température ambiante.

d) Mettez quelques cubes de glace dans un sachet plastique parfaitement étanche ou bien utilisez une feuille d'aluminium.

e) Mettez le sachet ou la feuille d'aluminium contenant la glace en contact direct avec le capteur. Veillez à ce qu'aucune goutte d'eau ne tombe sur le digilab. Si cela advenait, séchez la matrice avec un sèche-cheveux.

L'indication des afficheurs décroît. Attendez quelques minutes jusqu'à ce qu'elle se stabilise. A ce moment-là, réglez le potentiomètre P1 de façon que l'indication des afficheurs tende à passer de 0 0 à 0 1.

f) Éloignez le sachet de glace, l'indication des afficheurs augmente lentement. Attendez à nouveau plusieurs minutes, puis réglez le potentiomètre P2 de façon que l'indication des afficheurs soit la même que celle donnée par le thermomètre (température ambiante).

N'oubliez pas que l'indication des afficheurs est en code hexadécimal.

Pour 21° C, vous devez lire 15 sur les afficheurs.

En effet, 15₁₆ = 21₁₀

g) Répétez les deux opérations d'étalonnage décrites des les phases e) et f) afin d'augmenter la précision du thermomètre digital.

NOTE :

Pour obtenir une meilleure précision dans l'étalonnage, il faudrait augmenter la plage de température de réglage. Par exemple, il faudrait régler à 0° C et 100° C au lieu de 0° C et 21° C.

Par ailleurs, le capteur peut être à une température de 2 à 3° C supérieure à la température ambiante puisqu'il est situé au-dessus de l'alimentation du digilab.

Maintenant le thermomètre est étalonné, vous pouvez effectuer des mesures de température.

Pour cela, vous pouvez refroidir le capteur avec un ventilateur ou bien l'échauffer avec une lampe.

h) Lorsque l'expérience sera terminée, mettez le digilab hors tension.

7. - CONCLUSIONS GÉNÉRALES

Cette dernière expérience vous a permis de constater qu'il était possible de mieux exploiter le circuit ADC 0804 , en modifiant la plage des tensions pour lesquelles il fonctionne.

Pour cela, il suffit d'appliquer la moitié de cette plage de tension à l'entrée VREF / 2.

Par ailleurs, il est possible de "caler" cette plage de tension entre les valeurs extrêmes 0 volt et 5 volts grâce à l'entrée VIN (-).

Dans l'expérience précédente, ces deux réglages permettent d'obtenir une résolution de 1° C.

La plage de tension valait 1 volt (de 2,73 volts à 3,73 volts), il serait possible d'augmenter la résolution du thermomètre digital.

Pour cela, il faudrait faire correspondre les 256 "marches" du convertisseur à la plage de 1 volt. Autrement dit, le LSB devrait valoir 1 / 256 = 3,9 mV.

Dans ce cas, on perdrait l'avantage de la lecture directe et il faudrait établir des tables de correspondance entre l'indication des afficheurs et la température.

Néanmoins, puisque le LSB correspondrait à 3,9 mV, on obtiendrait un thermomètre avec une résolution supérieure à un degré. Pour chaque variation d'une unité sur les afficheurs, il y aurait une variation de température de 0,4° C environ.

Avec cette dernière expérience, s'achève la partie pratique de l'électronique numérique qui vous a permis de réaliser de nombreux montages illustrant les principes fondamentaux décrits dans la partie théorique du sommaire d'électronique digital.

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