LES CAPTEURS - La physique appliquée en STI

les capteurs

I. Exercice 1 :
La figure 1 permet de déterminer, pour les deux positions extrêmes du
curseur du potentiomètre Rp, les valeurs de la tension de consigne VC
(notée VCH et VCB).













Figure 1

1) Déterminer les expressions de VCH et VCB en fonction de VCC et des
résistances.

2) Applications numériques : VCC = 12 V ; R1 = 2,2 k( ; Rp = 10 k(.
Calculer VCH et VCB.

I. Etude d'un pont de jauge:
La jauge à une résistance qui varie avec la déformation qu'elle subit :
R = R0 + (R Avec R0 = 360 ( et = K.M
M étant la masse placée sur la jauge et K = 4,3-3 Kg-1.











1) Calculer la tension VB - VM en fonction de E si on admet que iB = 0

3) Calculer la tension VA - VM en fonction de E, R0 et R si on admet
que iA = 0

4) En déduire que V peut se mettre sous la forme:
V = E .


Puis en mettant 4R0 en facteur au dénominateur:
V = . ))

5) Application numérique: calculer V pour une masse M = 10 Kg

6) Comment peut se simplifier l'expression de V lorsque la masse M est
inférieure à 15 Kg?

II. Exercice 3 :
Etude de l'électronique du capteur
On effectue un montage mesurant la température qui utilise une thermistance
à CTN (coefficient de température négatif) dont la caractéristique est
donnée en annexe
















R



1) Déterminer les résistances correspondant aux températures [pic]

2) Déterminer V+ en fonction de R?, R et Vcc.

3) Montrer en comparant R? à R, pour des valeurs de températures
supérieures à 25°C que l'on peut écrire : [pic]

7) En déduire les deux valeurs extrêmes de V+, pour[pic].

III. Exercice 4 :
Le capteur est constitué de deux électrodes plantées dans le sol et d'une
photorésistante.
L'ensemble de ce capteur est alimenté sous une tension continue de 12V.
(fig. 1).

1) Etablir l'expression littérale de la tension V2 en fonction de
U, R1 et R.

2) En déduire la valeur de V2 le jour puis la nuit.

3) Etablir la relation entre V1, U, R2 et I2.

4) Calculer la tension V1 dans les deux cas suivants :
- le sol est sec, la résistance du sol est telle que
I2=3mA.
- Le sol est humide, la résistance du sol est telle
que I2=6mA.

IV. Exercice 5 :
Le capteur de position est un capteur résistif linéaire polarisé avec la
tension VCC.
Le curseur lié à l'axe secondaire du réducteur peut tourner de 120° dans
les deux sens par rapport à sa position de repos
La résistance totale du capteur est 240?. Le coefficient du réducteur est
1/20.

1) Calculer les valeurs successives de Vr :
. Si le curseur est à sa position de repos.
. Si le moteur fait ensuite 3 tours dans le sens
trigonométrique.

8) Calculer la durée ? de l'impulsion à envoyer sur le servomoteur si
l'on veut que l'axe de sortie du servomoteur tourne de 54° dans le
sens trigonométrique à partir de sa position de repos, puis s'arrête.

V. Exercice 6 :
On conservera la valeur T=50 pour la suite du problème.
L'intensité i du courant dans la photodiode est donnée par la relation
suivante : [pic]
où l'on désigne :
- par I0, l'intensité du courant d'obscurité :
I0=4.0 ?A.
- par a, la sensibilité de la photodiode : a=0.17
?A/lux.
- par E, l'éclairement de la photodiode (en lux).
- On donne Ve = Ri et Vs/Ve = T

1) Exprimer Ve en fonction de i puis en fonction de I0 et de E.

2) En déduire l'expression de VS en fonction de I0 et de E.

3) Mettre VS sous la forme VS=VS0+kE ;

4) Pour R=10 k?, calculer alors VS0 (tension de sortie quand la
photodiode n'est pas éclairée) et K.

5) Tracer la courbe VS=f(E) pour un éclairement variant de 0 à Em, Em
étant l'éclairement maximal que l'on peut mesurer.
(Em=118 lux) > échelles : [pic]
[pic]

9) Déterminer l'éclairement pour VS=8 V.




-----------------------
VCH

VCB

R1

VCC

R1

Rp

R

R0

E

I-

V-

VS1

V+

V+

R2=100k?

R1=1k?

?

(

+

A1

-

+

VCC

R=47k?

CTN
R?

U

+12V

0V

V1

V2

E1

E2????????????????????????????ú?ú?ø?ô?ô

SOL

R1

R2

R

Fig. 1.

I2

R1=1k?
R2=2k?
RJOUR=10?
RNUIT=1k?

120°

Vr

position de repos

axe secondaire
du réducteur

VCC

curseur

190

180

170

160

150

140

130

120

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

15

550

500

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0

?

R0

R0

A

B

iB

iA[pic]

V = VA -VB
v[pic]