Thermomètre 1

Ce thermomètre à LEDs, de résolution d'affichage de 1 °C, n'est pas un appareil de mesure. Les composants utilisés, notamment celui servant de capteur de température, ne sont pas assez précis pour en faire un instrument de grande précision. Cependant, il s'agit d'un bon exercice, tant pour apprendre comment fonctionne un UAA180, que pour apprendre comment fonctionne une CTN. 

 

Pour un usage professionnel, vous devez vous tourner vers un système plus précis, basé sur l'emploi d'un capteur de température vraiment fait pour cela, genre LM35 (qui est un bon petit composant). Hum, il n'est finalement pas impossible que je parle un peu du LM35 sur cette page...

La simplicité du montage est liée à l'utilisation d'un circuit intégré spécifique de type UAA180, qui fait presque tout à lui seul.



Le circuit intégré UAA180 est ce qu'on appelle un driver de LEDs. C'est un circuit de commande qui intègre une électronique complète permettant d'afficher sur une échelle de LEDs, un niveau électrique qui peut évoluer entre un minimum et un maximum. La limite haute et la limite basse peuvent être ajustée moyennant l'application d'une tension bien précise sur les bornes Ref+ (référence max) et Ref- (référence min). Ici, ces tensions de références peuvent être ajustées, de telle sorte qu'il est possible de spécifier la plage de température désirée. Cependant, afin de rester cohérent avec la tension d'alimentation, la thermistance utilisée et la précision du circuit intégré lui-même, il est sage de se limiter à un affichage précis au degré Celsius près. Douze LEDs étant utilisées, cela permet tout de même une plage de température compatible avec notre environnement de tous les jours (hors périodes canicule). Pour ce montage, une fourchette de température s'étalant de 15°C à 26°C a été retenue. Vous pourrez, tout en conservant la précision de 1°C par LED, décaler cette plage si cela vous tente, par exemple de 17°C à 28°C.

Comment cela fonctionne-t-il avec la température ?

C'est très simple. Le circuit UAA180 va allumer une ou plusieurs LEDs, en fonction de la tension appliquée sur son entrée In (broche 17) et des tensions présentes sur les entrées Ref+ et Ref-. Prenons un exemple, ce sera plus parlant. Admettons que le potentiomètre RV1 ait été réglé pour qu'une tension de 5V soit appliquée sur la borne Ref+ (broche 3), et que le potentiomètre RV2 ait été réglé pour qu'une tension de 3,8V soit appliquée sur la borne Ref- (broche 16). Si la tension appliquée sur l'entrée In du UAA180 est de 4,4V, cela signifie qu'elle se situe au centre de la plage de tension définie par les entrées Ref+ et Ref-. Six LEDs sur les douze vont s'allumer. Si la tension descend à 4,0V, seules les deux premières LEDs D1 et D2 vont s'allumer. Et si la tension d'entrée monte à 5V, alors toutes les LEDs s'allument. 

Sachant cela, il suffit de transformer l'information de température en tension électrique. Pour cela nous utilisons un composant résistif appelé thermistance, dont la valeur change en fonction de la température. Si nous utilisons ce type de composant comme première moitié d'un pont diviseur résistif câblé sur l'alimentation, nous allons obtenir une tension qui variera avec la température. La thermistance utilisée possède une résistance de 10K à 25°C, qui V diminue quand la température augmente. C'est pourquoi on appelle aussi ce composant une résistance CTN (résistance à Coefficient de Température Négatif), voir page Capteurs, paragraphe Capteurs de température.


Gros plan sur la CTN 10K

Pourquoi une diode zener de 5,1V sur l'entrée du UAA180 ?

Tout simplement parce que l'application d'une tension supérieure à 6V sur cette entrée détruit le circuit.

Courant dans les LEDs

Le courant qui circule dans chaque LED est limité en interne, dans le UAA180, et est fixé à 10 mA. Notons au passage que ce courant peut être ajusté entre 0 et 10 mA grâce à l'entrée ILED (broche 2) mais nous n'en faisons pas usage ici, les 10 mA proposés par défaut nous convenant parfaitement.

Peut-on utiliser une CTP ?

L'usage d'une thermistance CTP (Coefficient de Température Positif) pour R1 est possible, il faut simplement intervertir la position de cette dernière avec la résistance R2. Le diviseur de tension formé par ces deux composants aura alors un comportement inverse : la tension fournie au point commun R1/R2 diminuera quand la valeur de la CTP diminuera, c'est à dire quand la température diminuera. L'évolution de l'affichage sera donc bien la même qu'avec une CTN. 

Linéarité de l'affichage

Les CTN et CTP ne présentent pas une courbe de variation vraiment linéaire, et le passage d'un point d'affichage à un autre se sera pas totalement identique pour l'ensemble de la plage couverte. Cependant, la non-linéarité est relativement faible sur la plage réellement utilisée, à savoir une dizaine de degrés Celsius. Si vous souhaitez améliorer un peu la linéarité pour ce montage, placez une résistance de 10K en parallèle sur la CTN de 10K, et descendez la valeur de R2 à 4K7. Tel quel, ce montage fonctionne tout de même assez bien et est suffisamment précis pour un contrôle "domestique". Évidement, pour une application professionnelle, il faut chercher autre chose, cela a déjà été dit en introduction.

L'étalonnage d'un système de mesure de température est toujours un peu casse-pied il faut bien l'admettre. Nous avons bien nos références 0° C avec de la glace pilée, et 100 °C avec de l'eau bouillante (et encore ça dépend de l'altitude), mais pour le cas qui nous concerne, pas très utile. L'idéal est de disposer d'un thermomètre de précision qui sert de référence, juste pour les réglages. Ou à défaut, utiliser deux thermomètres grand public différents, posés l'un contre l'autre avec un élastique et faire la moyenne des deux températures affichées. Dans tous les cas, sachant que la thermistance fait 10 Kohms à 25 °C, on doit avoir une tension proche de 4V sur l'entrée In du UAA180 à cette température de 25 °C. On peut donc de façon empirique régler la tension de référence haute (Ref+) entre 4V et 4,2V. La résistance de la CTN monte à quelques dizaines de Kohms (entre 50K et 100K) pour une température de 10 °C. Vous pouvez ainsi régler Ref- aux alentours de 1,5V. Ces deux valeurs de référence constituent un point de départ, elles doivent être ajustées en fonction de la CTN que vous utiliserez et de la plage de fonctionnement souhaitée. Je sais, cette méthode d'étalonnage n'est guère professionnelle. Mais le but de cette réalisation n'est pas, je le rappelle, de faire un montage qui "fera foi".

Vous êtes nombreux à dire du bien du capteur de température intégré LM35, qui délivre par défaut une tension de 10 mV/°C. Et vous vous demandez, de façon tout à fait légitime, si ce circuit ne pourrait pas être utilisé en remplacement de la thermistance, et en association avec le UAA180. Et bien oui, c'est possible, moyennant quelques composants additionnels. Voyez donc le schéma suivant.

Pour une plage de température comprise entre 15 °C et 26 °C, vous devez régler RV1 pour qu'une tension de 2.675V soit appliquée sur la borne Ref+ (broche 3), et régler le potentiomètre RV2 pour qu'une tension de 1.575V soit appliquée sur la borne Ref- (broche 16). Bien sûr, en utilisant ce circuit à LM35, il faut supprimer les deux composants R1 et R2 du schéma d'origine. Mais dites-moi, c'est tout de même plus simple à étalonner avec un circuit de ce genre...

Disponible, fait pour la thermistance mais pas pour le LM35. Le typon que je mets à disposition ici est une version redessinée du circuit visible en photo, qui date de 20 ans, et qui faisait partie d'un kit de marque BIP.



Typon aux formats BMP 600 dpi et au format PDF