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Electronique > Réalisations > Affichage / Mesures > Thermomètre 005

Dernière mise à jour : 26/06/2023

Présentation

Ce thermomètre permet de mettre en relief (et de compenser) la non-linéarité des thermistances NTC (Negative Temperature Coefficient).

Pour cela, un écran LCD affiche une température calculée sans compensation et la valeur calculée avec compensation.

Remarque préalable

On m'a un jour demandé pourquoi s'enquiquiner avec des thermistances NTC pour afficher une valeur de température, sachant qu'il existait sur le marché de nombreux capteurs de température numériques étalonnés et bien plus précis. La réponse est simple : une thermistance associée à une résistance est toujours plus économique que le moins cher des capteurs numériques de température. Et comme de plus en plus l'affichage d'une température se fait sous forme numérique avec un processeur doté d'un logiciel embarqué, il suffit d'apporter une compensation logicielle pour contrer les imperfections du composant. Le développement se fait une fois pour toute, c'est tout bénéfice pour les développements suivants.

Schéma

Montage ultra-simple dans lequel la thermistance RT1 et la résistance R1 forment un pont divisieur résistif, idem pour R2 et RT2.

Chacun des deux ponts diviseurs R1/RT1 et R2/RT2 fournit une tension de valeur proportionnelle à la température des sondes. Les deux tensions sont numérisées par le convertisseur analogique/numérique intégré dans le PIC, avec une résolution de 10 bits, via les lignes RA0/AN0 et RA1/AN1. Bien qu'assez "linéaire", le degré de proportionnalité température/tension des sondes ne forme pas une droite parfaite et la valeur de tension obtenue en sortie des ponts diviseurs est plus ou moins décallée de la réalité. Pour corriger les non-linéarités d'une thermistance NTC, plusieurs solutions existent :

correction matérielle, par exemple en plaçant une résistance de valeur déterminée en parallèle sur la NTC et une autre en série
correction logicielle avec une formule adaptée
correction logicielle avec segments de droite "simulant" au plus près la courbe de la NTC

C'est cette dernière solution que j'ai adoptée ici, à raison de 16 segments pour la plage de mesure comprise entre 0°C et +64°C, chaque segment correspondant à une étendue de 4°C.

Une seule ou deux sondes ?

Le montage proposé permet de relier une ou deux sondes NTC (RT1 seule, RT2 seule, ou RT1 et RT2). Dans le cas où une seule sonde est utilisée, elle peut être raccordée soit sur l'entrée An0 soit sur l'entrée An1. L'entrée non utilisée doit être accordée à la masse.

Si une seule sonde est raccordée, le système affiche la valeur de température correspondante (quelle originalité !).
Si deux sondes sont raccordées, alors le système affiche des valeurs moyennées.

Précision des mesures

Remarque : une sonde de température câblée dans un pont diviseur résistif induit forcément le passage d'un courant électrique dans ladite sonde. Même si ce courant est faible, il provoque un échauffement de la sonde, ce qui induit une erreur de lecture. Pour que cette erreur soit minime, on peut envisager d'alimenter la sonde uniquement pendant la lecture, puis de la laisser reposer entre deux mesures consécutives. C'est la raison d'être du cavalier JP1, qui permet d'alimenter les ponts diviseurs soit de manière permanente (point haut des ponts diviseurs relié directement au +5V) soit uniquement durant la lecture de la tension à l'entrée du convertisseur analogique/numérique du PIC (point haut des ponts diviseurs relié à la ligne RA2 qui n'est rendue active que pendant le bref instant de lecture).

Important :

La procédure logicielle de compensation que j'ai adoptée s'accorde (est liée) à la thermistance de 47k que j'avais sous la main. On ne peut pas avoir l'assurance que les paramètres propres à chaque composant qui le rendent "imprécis" sont toujours les mêmes. Ici, les deux sondes ont la même valeur théorique de 47k à 25°C, mais la première sonde RT1 possède un coefficient "B" de 4050, tandis que la seconde sonde RT2 possède un coefficient "B" de valeur égale à 4000 ( Nota 1). En résumé, utiliser le logiciel que je mets ici à disposition peut donner chez vous des résultats différents de ceux que j'ai observés. Ceci dit, les écarts observés avec la valeur compensée devrait toujours être moindres que sans compensation...
Lorsque les ponts diviseurs résistifs sont alimentés poinctuellement par la ligne RA2 du PIC, la température affichée peut légèrement différer de celle lue en alimentant en permanence lesdits ponts diviseurs. Cela bien sûr en raison du self-échauffement évoquée ci-avant, mais aussi par le fait que la tension réellement délivrée par la ligne RA2 peut être légèrement inférieure à la tension d'alimentation +5V.

Nota 1 - Le coefficient B est une constante liée au matériau utilisé pour la NTC, sa valeur est comprise entre 3000 et 5000. Ce coefficient décrit le gradient de la courbe de résistivité R/T sur une plage de température comprise entre deux valeurs. La première valeur de température (T1) est égale à 25°C, c'est le "point de base". La seconde valeur de température (T2) peut être par exemple 100°C.

Des parasites sur la ligne ?

Si la ou les sondes de température sont déportées sur une grande distance, il se peut que vous observiez des variations inattendues sur les valeurs affichées. Dans un tel cas de figure, ajoutez simplement un condensateur de 100n entre chaque entrée de lecture analogique du PIC (broche RA0/AN0 ou RA1/AN1) et la masse.

Logiciel du PIC

Logiciel compilé (*.hex) en libre service dans l'archive suivante.
Thermomètre 005 - PIC 16F88 - 26/06/2023

Si vous souhaitez recevoir par la poste un PIC préprogrammé et prêt à utiliser, merci de consulter la page PIC - Sources.

Circuit imprimé (PCB)

Non réalisé.

Historique

26/06/2023
- Ajout possibilité de lecture d'une ou deux sondes de température NTC (si deux sondes détectées, affichage moyenne des deux).
- Ajout possibilité d'alimenter les sondes de température uniquement lors de la mesure (sondes non alimentées entre deux mesures).

25/06/2023
- Première mise à disposition.