Objectifs :
Lire dans la table normalisée la valeur de la température correspondant à la résistance de la PT100 .
Interpoler la température grâce à cette table et réduire ainsi l'erreur de modélisation.
Etape 1 : Importer un tableau dans LabVIEW
Etape 3 : Exploitation
Etape 4 : utilisation d'un ohmmètre
Etape 5 : encapsuler un sous VI
Etape 6 : Le thermocouple de type K
La
PT100
La sonde PT100 permet de mesurer le changement de résistivité d'un filament de platine enroulé autour d'une tige de verre.
Les sondes PT100 ont une valeur de résistivité de 100 ohms pour 0°C et 138.5 Ω pour 100 °C.
La variation de résistivité est environ de 0.385 ohms/°, avec une précision de +/- 0.3° (classe B) ou +/- 0.15° (classe A) à 0°C
Modèle linéaire 1 :
La table normalisée permet de réduire sensiblement cette erreur.
La
PT100 à trois fils
La résistance des fils n'est pas négligeable.
Pour pouvoir compenser l'erreur due à la résistance des fils, on utilise des PT100 à 3 fils (nos modèles) ou à 4 fils (cf schéma ci dessous).
1. Mesurer la résistance entre 2 fils blanc. 2r
= ....
Garder les mêmes fils de mesure par la suite.
2. La résistance des fils génère une erreur
aléatoire ou systématique ?
Estimer l'incertitude UFils en °C.
Proposer une méthode pour corriger cette erreur.
Une fois corrigée, on considère que UFils = 0 °C.
3. Pour une PT100 de classe B, quelle est la tolérance (UPT100) sur la gamme 0 - 100 °C ?
La norme CEI 751 définit deux classes pour les PT100 :
- Tolérance Classe B : ± (0,30 + 0,005 ltl) de -200°C à +850°C
- Tolérance Classe A : ± (0,15 + 0,002 ltl) de -200°C à +600°C
l t l = valeur absolue de la température en °C
On souhaite mesurer la température ambiante. Pour
les calculs on suppose que Tamb=24°C.
Il est préconisé de ne pas dépasser un courant de 3 mA pour pouvoir
négliger l'auto-échauffement.
4. Tamb correspond à quelle
résistance ?
Le FI2960MT convient-il ? Quel calibre est utilisé ?
Quelle est l'incertitude de UFI2960MT en °C pour Tamb
?
5. Propagation des intertitudes. On considère 4 sources d'incertitude : UPT100, Umodèle , UFils et UFI2960MT.
Déterminer à l'aide de l'étude excel
Table PT100 faite avec le
modèle linéaire 1 : R = 100 *(1 + 3.85.10-3*θ)
Umodèle pour la gamme 0 - 100 °C.
Quelle est l'incertitude élargie lorsque l'on mesure Tamb = 24,0 °C
-
si on utilise le modèle linéaire 1 et que l'on ne corrige pas la résistance des fils ?
-
si on utilise la table normalisée (dans ce cas prendre Umodèle = 0) et que l'on corrige la résistance des fils ?
| en °C | UPT100 | UFI2960MT | Umodèle | Ufils | Utotal |
| Modèle 1 | |||||
| Table | 0 | 0 |
Importance
du choix de la gamme :
Pour une gamme de mesure de -200 à 329°C le modèle linéaire est-il
performant ?
Quelle est l'erreur du modèle linéaire sur cette gamme ?
Proposer un modèle plus performant pour cette gamme.
Conclure : pour la suite
quelle est la meilleure solution ?
Comment pourrait-on réduire cette incertitude ?
Etape 1 : Importer un tableau dans LabVIEW
Objectif : lire un fichier excel à l'aide de LabVIEW et le stocker dans un tableau de cluster de points
- La table normalisée est disponible à l’adresse suivante
- Pour lire cette table avec LabVIEW : il
faut l’ouvrir avec Excel et l’enregistrer au format Texte
(séparateur : tabulation) (*.txt).
-
- Pour lire ce tableau on utilise la
fonction Lire un fichier
tableur (disponible depuis
programmation → E/S sur fichiers →
Lire un fichier tableur )
-
6. Réaliser et observer ce petit programme :
Pour
exploiter ce tableau nous allons utiliser les fonctions :
-
Interpoler
un tableau 1D. (on donne x et nous récupérons le y correspondant) -
Seuil
d'un tableau 1D.
Etape 2 : Mise en forme du tableau en un tableau de points
Etape 2 : Mise en forme du tableau en un tableau de points - A l’aide d’une boucle For + tunnel auto-indexé d’entrée (il se crée automatiquement…) on lit une à une les lignes du tableau
- Pour chaque ligne du tableau on sépare R et T à l’aide de la fonction programmation → Tableau → Indexer un tableau.
- L’indice 0 correspond à T ;
- L’indice 1 correspond à R.
- On assemble les 2 coordonnées en un cluster de coordonnées à l’aide de la fonction programmation → Cluster → Assembler.
- On souhaite avoir : R→ Cluster (x) et T → Cluster(y)
- On récupère au tunnel auto-indexé de sortie de la boucle le
tableau de point adapté à la fonction Interpoler un tableau 1D.
7. Réaliser et tester ce programme.
Remarque :
remplacer 100 (->N) par le nombre de points de votre tableau.
Ici Table
PT100 au format txt
Stocker le tableau de points sous forme de constantes
- Clic droit sur tableau
- Menu contextuel : Changer en constante
- Copier le tableau de constantes pour l'utiliser dans les programmes suivants.
Etape
3 : Exploitation
8. Utiliser la fonction programmation → Tableau → Interpoler un tableau 1D afin de déterminer la température pour une résistance donnée.
9. Calculer et afficher le résultat obtenu à l’aide du modèle linéaire de la PT100 (100 Ω → 0°C et 138,5 Ω → 100 °C).
10. Quelle méthode vous semble la plus précise ?
11. Modifier le programme afin que la conversion
puisse se faire dans les 2 sens :
l’utilisateur peut changer indifféremment la température ou
la résistance et le programme lui donne la valeur correspondante de
la table.
LabVIEW pour les nuls :
la structure
évènement
Manque de temps ?
Un
VI possible...
Etape 4 : utilisation d'un ohmmètre
12. Mesurer à l'ohmmètre la résistance d'une
PT100.
Corriger cette valeur pour tenir compte de la
résistance des fils.
Afficher la température correspondante en °C.
13. Lire l'ohmmètre FI2960MT directement par LabVIEW.
Etape 5 : encapsuler un sous VI
Nous
allons créer notre premier sous VI.
Nous pourrons réutiliser ce sous VI pour afficher la température
mesurée par la PT100.
Penser à sauver ce VI sous le nom TEMP PT100.VI
Pour appeler ce sous-VI dans un programme, il suffit de Sélectionner un VI...
Cahier
des Charges - Face Avant
Le VI comporte 3 entrées sous forme de commande :
- l'adresse de l'ohmmètre, en 2 fils ;
- la résistance du fil pour correction ;
- le cluster d'erreur, pour respecter le standard d'instrumentation.
De même le VI comporte 3 sorties sous forme d'indicateur :
- l'adresse du FI2960MT ;
- la température correspondante à la mesure de RPT100 ;
- le cluster d'erreur, pour respecter le standard d'instrumentation.
14. Encapsuler ce VI, pour pouvoir
facilement le réutiliser.
Respecter le format adopté par les drivers
d'instruments.
Aide pour encapsuler un VI :
Etape conseillée : créer une icône personnalisée
LabVIEW permet d’utiliser un petit outil de dessin d’icônes. Pour cela, il faut faire un click droit sur l’icône, et choisir « Editer l’icône… ».
Utiliser
notre sous VI
l y a différentes façons de placer l’icône d’un sous-vi dans le diagramme d’un autre vi :
- utiliser l’outil flèche de la souris pour déplacer (glisser-déposer) l’icône du vi dans un autre diagramme,
- prendre le fichier (par exemple « TEMP PT100.vi ») dans l’explorateur de fichiers et faire un glisser-déposer sur le diagramme,
- dans le diagramme, utiliser la palette de fonctions et choisir « Sélectionner un vi… »,
- bien entendu, faire un copier-coller du vi dans un diagramme fonctionne aussi.
Le FI2960MT est capable afficher directement la température d'une PT100 ou d'un thermocouple.
L'appel de ce driver demande environ 700 ms alors que notre sous VI s'exécute en 10 ms environ !
Etape 6 : Le thermocouple de type K
Objectif : écrire un sous VI nous permettant d'utiliser un thermocouple de type K avec LabVIEW.
Le
thermocouple repose sur les effets thermoélectriques dans les métaux :
- L'effet Seebeck ou Thomson : une différence de potentiel apparait à la jonction de deux matériaux soumis à une différence de température.
- L'effet Peltier : c'est l'effet réciproque.
Si on applique un courant électrique entre les 2 jonctions, l'une des jonctions se refroidit légèrement, pendant que l'autre se réchauffe.
La force électromotrice qui apparait dans le circuit dépend de la nature des deux conducteurs et des températures des deux jonctions: celles-ci sont appelées respectivement :
Soudure chaude : Jonction de l'ensemble thermocouple soumis à la température à mesurer : c'est la jonction Capteur.
Soudure froide : Jonction de l'ensemble thermocouple
maintenu à une température connue ou à 0 °C : c'est la jonction
Référence.
Aujourd'hui nous allons indiquer à LabVIEW la température de
référence de la soudure froide maintenue à température ambiante,
sans la mesurer.
Une erreur sur la température ambiante indiquée, entraine une erreur
d'offset (biais de mesure)
La sensibilité d'un thermocouple de type K sur la gamme 0 à 100°C
est de 40,7 µV/°C.
Ce coefficient est quasi-constant, on l'appelle aussi la constante
de Seebeck.
Il faut donc un voltmètre de précision pour pouvoir exploiter
correctement ce capteur.
Le FI2960MT a pour son calibre 100 mV une incertitude maximale de 6
µV soit 0,15°C.
Un thermocouple a un temps de réponse très rapide.
Table
normalisée d'un thermocouple de type K
Dans le cas où la température ambiante, donc celle de la jonction
de référence, est différente de 0°C, on peut calculer la température
de la jonction de mesure, si on connaît la température de la
jonction de référence :
E0
= Em + Er
E0 :
tension SC / 0°C Em :
tension mesurée /SF
Er : tension SF / 0°C
Exemple :
Sortie thermocouple : Em = 1
mV
Tamb = 23°C soit Er = 0,919 mV
E0 = Em + Er = 1,919 mV
Lecture de la table pour E0 = 2,919 mV
T = 47,5 °C
15. Recommencer l'étape 5, lorsque l'on utilise
un thermocouple de type K.
Ci-joint la
Face Avant
souhaitée et la
table normalisée V(T) sous forme de constante (V en mV et T en
°C).
La table normalisée du thermocouple de type
K en mV au format txt est
disponible ici.
La soudure froide est simulée par une
commande avec une valeur par défaut de 23°C.
a. Convertir Tamb en Er (fem
en mV de la sonde de référence) grâce à la table
b. E0 = Er + Em avec Em tension
mesurée aux bornes du thermocouple (VFI2960MT
en mV)
c.
Lire le T correspondant à E0 dans la table.
Comparaison temps de réponse
Mettre en oeuvre une PT100 et un thermocouple de type K avec 2 multimètres FI2960MT.
Prévoir une Source Froide (SF : eau à température ambiante) et une Source Chaude (SC : eau chaude).
16. Réaliser un VI qui récupère la
température de la PT100 et de la CTN à l'aide de vos sous VIs.
Afficher ces températures et les
associer (à l'aide d'un cluster) sur un graphe déroulant.
Plonger les sondes dans SF, attendre que la température se stabilise.
Réinitialiser votre graphe.
Puis au top départ, déclencher votre graphe et placer le plus rapidement possible les sondes dans SC.
Arréter le graphe lorsque la température est stabilisée. Puis joindre une copie du graphe à votre compte rendu.
Comparer les 2 graphes et conclure sur les
propriétés dynamiques de chaque capteur :
Temps de réponse : un capteur est il plus rapide qu'un autre
?
Sensibilité au bruit : un capteur est-il plus sensible qu'un
autre au bruit ?
....