Voici le montage à réaliser :

Il est aussi possible d’utiliser la mallette Educaduino d’Eurosmart, elle permet d’utiliser des capteurs « clé en main » sans câblage. Voir détails en fin d’article

Voici le code Arduino :

// Programme d'utilisation du capteur de température et de pression avec Arduino.
 //Définition des broches analogiques utilisées par le capteur.
 #define _NUMER0_BROCHE_ANALOGIQUE_TENSION A1  //Broche analogique utilisée par le capteur pour la mesure de la tension aux bornes de la CTN
 #define _NUMER0_BROCHE_ANALOGIQUE A0          //Broche analogique utilisée par le capteur pression.
 long temps;
 float R= 10000.0;
 //==================================================================================================
 // Convertit la valeur numérique en une valeur de tension.
 // Le Convertisseur Analogique Numérique converti la tension sur 10bits.  
 // Pour une tension de 0V la valeur numérique est 0.
 // Pour une tension de 5V la valeur numérique est 1023.  
 //==================================================================================================
 float ConvertiValeurMesureAnalogiqueEnTension(int _valeurNumerique)
 {
 // La fonction de conversion valeur numérique/tension est de la forme tension = a * valeurNumerique. 
 const int   _VALEUR_NUMERIQUE_MIN= 0;
 const float _VALEUR_TENSION_MIN  = 0.0;
 const int   _VALEUR_NUMERIQUE_MAX= 1023;   // convertisseur 10bits 
 const float _VALEUR_TENSION_MAX  = 5.0;
   //calcul du coefficient directeur
   float a = (_VALEUR_TENSION_MAX-_VALEUR_TENSION_MIN)/(_VALEUR_NUMERIQUE_MAX-_VALEUR_NUMERIQUE_MIN);
   //calcul de la tension
   float tension_V= a * _valeurNumerique; 
   return(tension_V);
 }
 //==================================================================================================
 // Convertit la valeur de la résistance de la CTN en une valeur de temperature.
 // S'inspire de la méthode de Steinhart.
 //==================================================================================================
 float ConvertiResistanceEnTemperature(float resistance)
 {
 // Caracteristiques de la CTN  
 const float _TEMPERATURE_NOMINALE = 25;
 const float _THERMISTANCE_NOMINALE = 10000;
 const float _COEFFICIENT_B = 3950; 
 float temperature = resistance/ _THERMISTANCE_NOMINALE;
   temperature = log(temperature);
   temperature /= _COEFFICIENT_B;
   temperature += 1.0 /(_TEMPERATURE_NOMINALE + 273.15);
   temperature = 1.0 /temperature;
   temperature -= 273.15;
   return(temperature);
 }
 //==================================================================================================
 // Procédure d'initialisation des périphériques
 //==================================================================================================
 void setup() {
 // Initialisation de la communication série avec le terminal à 9600 baud.
   Serial.begin(9600);
   temps = millis();
 }
 //==================================================================================================
 // Convertit la valeur de tension en une valeur de pression.
 // On mesure une tension de 0,2V pour une pression de  150hPa (un étalonnage du capteur montre que la tension de 0,2 V donnée par le constructeur pour 15 kPa peut varier légèrement ! On a choisi ici 0,27 )
 // On mesure une tension de 4,7V pour une pression de 7000hPa.  
 //==================================================================================================
 float ConvertiTensionEnPression(float _tension)
 {
 // La fonction de conversion tension vers pression est de la forme pression = a * tension +b.  
 const float _VALEUR_PRESSION_MIN= 150.0;
 const float _VALEUR_TENSION_MIN = 0.27;
 const float _VALEUR_PRESSION_MAX= 7000.0; //  
 const float _VALEUR_TENSION_MAX = 4.7;
   // calcul du coefficient directeur
   float a = (_VALEUR_PRESSION_MAX-_VALEUR_PRESSION_MIN)/(_VALEUR_TENSION_MAX-_VALEUR_TENSION_MIN);
   // calcul du coefficient décalage à l'origine.
   float b = _VALEUR_PRESSION_MAX - a * _VALEUR_TENSION_MAX;
   //calcul de la pression
   float pression_Pa= (a * _tension) + b; // Pression en hecto Pascal.
   pression_Pa = pression_Pa * 100;       // Pression en Pascal
   return(pression_Pa);
 }
 //==================================================================================================
 // Boucle principale Arduino.
 //==================================================================================================
 void loop() {
   temps= millis();
   // Lecture de la valeur tension du capteur sur l'entrée analogique _NUMER0_BROCHE_ANALOGIQUE_TENSION. 
   // La valeur mesurée par le Convertisseur Analogique Numérique prend pour valeur 0 pour une tension de 0V et 1023 pour une tension de 5V.
   int valeurNumeriqueTension = analogRead(_NUMER0_BROCHE_ANALOGIQUE_TENSION);
   // Conversion de la valeur numerique en tension.
   float tension_T_V   = ConvertiValeurMesureAnalogiqueEnTension(valeurNumeriqueTension);
 // Calcul du courant , à partir de la tension aux bornes de la résistance de 10 kohms = Tension alimentation - tension CTN
   float courant_A   = (5.0 - tension_T_V)/R; //Calcul de l'intensité du courant en A
   //Calcul de la résistance de la CTN
   float resistance_ohm = tension_T_V / courant_A;
 //Appel de la méthode de la libraire pour la conversion de la résistance en température.
   float temperature_degreC= ConvertiResistanceEnTemperature(resistance_ohm);
 //Affichage des résultats
   Serial.print("t : ");
   Serial.print("\t");
   Serial.print(temps); 
 Serial.print(" Temp : ");    // Transmission de la chaine " Température:"
   Serial.print(temperature_degreC); // Transmission de la temperature en °C
   Serial.print(" degresC ");              // Transmission de l'unité.
 // Lecture de la valeur du capteur sur l'entree analogique. 
   // La valeur mesurée par le Convertisseur Analogique Numérique prend pour valeur 0 pour une tension de 0V et 1023 pour une tension de 5V.
   int valeurNumerique = analogRead(_NUMER0_BROCHE_ANALOGIQUE);
 float tension_P_V   = ConvertiValeurMesureAnalogiqueEnTension(valeurNumerique);
 float pression_Pa = ConvertiTensionEnPression(tension_P_V);
 //Affichage des résultats
 Serial.print(" Pression : ");         // Transmission de la chaine " Pression:"
   Serial.print(pression_Pa);          // Transmission de la pression absolue calculée.
   Serial.println(" Pa");  

 delay(5000);                      // Délai en ms d'1s pour faciliter la visualisation.
 }

Lien Github pour ce code : https://github.com/jonasforlot/python-arduino/tree/main/Donn%C3%A9es%20s%C3%A9rie%20PvapSat/Pvap_CTN

Remarque

Un étalonnage du capteur montre que la tension de 0,2 V donnée par le constructeur pour 15 kPa peut varier légèrement ! On a choisi ici 0,27 V)

Un script Python est aussi proposé ici pour récupérer les données et tracer une courbe.

Dans cet article , je ne rentrerai pas dans les détails pour les étapes de récupération de données. Pour cela, je vous invite à consulter l’article qui explique ces différentes étapes sur ce lien :

Récupération des données d’une carte Arduino avec Python

Voici le code Python pour récupérer les données et tracer le graphe en temps réel

 #importation des modules
 import serial
 import serial.tools.list_ports # pour la communication avec le port série
 import matplotlib.pyplot as plt  # pour le tracé de graphe
 from matplotlib import animation # pour la figure animée
 import time # gestion du temps
 

 #initialisation des listes
 

 liste_temps=[] # liste pour stocker les valeurs de temps en partant de t=0
 liste_T = [] # liste pour stocker les valeurs de température
 liste_P = [] # liste pour stocker les valeurs de pression
 

 t_acquisition = 1000.0
 Tmax= 110.0 # en °C
 Pmax =140000.0 # en Pa
 

 #Ecriture dans un fichier txt
 lines=['t\tT\tP\n'] #première ligne du fichier txt
 #pour le graphe en temps réel
 def animate(i):
     global sys,line0,line1,t0,t1,u0,u1
     line_data = Data.readline()
     print (line_data)
     # on retire les caractères d'espacement en début et fin de chaîne
     listeDonnees = line_data.strip()
     # on sépare les informations reçues séparées par les espaces et on stocke ces informations dans une liste pour chacune de lignes
     listeDonnees = line_data.split()
     print (listeDonnees)
 

 

     if len(listeDonnees)== 11 : # parfois des lignes de données vides peuvent être envoyées, il faut les "écarter"
         temps = (float(listeDonnees[2].decode()))/1000.0 # après consulation des données, nous choisissons le 3ème élément de listeDonnees
         temp = float(listeDonnees[5].decode()) # après consulation des données, nous choisissons le 4ème élément de listeDonnees
         pression = float(listeDonnees[9].decode()) # après consulation des données, nous choisissons le 10ème élément de listeDonnees
 

         while temps <= t_acquisition:
             liste_T.append(temp)
             print("Température = %f"%(temp)) # affichage de la valeur de la température
             liste_temps.append(temps)
             print("temps mesuré = %f"%(temps), " s") # affichage de la valeur du temps absolu
             liste_P.append(pression)
             print("Pression = %f"%(pression)) # affichage de la valeur de la pression
             line0.set_data(liste_temps,liste_T)
             line1.set_data(liste_temps,liste_P)
 

             line = str(liste_temps[-1]) +'\t'+ str(liste_T[-1])+'\t'+ str(liste_P[-1])+'\n'
             lines.append(line)
             fichier = open('U:\Documents\data_arduino.txt', 'w').writelines(lines) #création d'un nouveau fichier texte,indiquer le bon chemin
             return line0,line1,
 

 # Fonction pour la récupération des données série venant de la carte Arduino
 def recup_port_Arduino() :
     ports = list(serial.tools.list_ports.comports())
     for p in ports:
         if 'Arduino' in p.description :
             mData = serial.Serial(p.device,9600)
     print(mData.is_open) # Affiche et vérifie que le port est ouvert
     print(mData.name) # Affiche le nom du port
     return mData
 

 

 

 

 

 

 Data =recup_port_Arduino() #récupération des données
 

 # Création figure
 fig,(ax1,ax2) = plt.subplots(2,figsize=(10,10))
 line0, = ax1.plot([],[])
 line1, = ax2.plot([],[])
 ax1.set_xlabel('temps en s')
 ax1.set_ylabel('température en °C')
 ax1.axis([0,t_acquisition,0,Tmax])
 ax2.set_xlabel('temps en s')
 ax2.set_ylabel('Pression en Pa')
 ax2.axis([0,t_acquisition,0.0,Pmax])
 

 

 #Animation
 ani = animation.FuncAnimation(fig, animate, frames=2000,  interval=20,repeat=False)
 

 plt.show()
 

 # plt.close(fig)
 Data.close() # pour arrêter la lecture des données série
 

 

 fig,(ax1,ax2) = plt.subplots(2,figsize=(10,10))
 ax1.set_title('température=f(t)') # titre du graphique
 ax1.scatter(liste_temps,liste_T, color ='r', marker = 'o') # On affiche les points de coordonnées (t,T) avec des points rouges
 ax1.set_xlabel('temps en s')
 ax1.set_ylabel('température en °C')
 ax1.axis([min(liste_temps),max(liste_temps),min(liste_T),max(liste_T)])  #limites pour les axes avec les valeurs extrêmes de temps et de température
 

 ax2.set_title('pression=f(t)') # titre du graphique
 ax2.scatter(liste_temps,liste_P, color ='b', marker = 'o') # On affiche les points de coordonnées (t,P) avec des points bleus
 ax2.set_xlabel('temps en s')
 ax2.set_ylabel('Pression en Pa')
 ax2.axis([min(liste_temps),max(liste_temps),min(liste_P),max(liste_P)])  #limites pour les axes avec les valeurs extrêmes de temps et de pression
 plt.show()  #afficher le graphique (ne rien mettre dans la parenthèse)
 

 

 

 

 

 

 

Lien Github pour ce script : https://github.com/jonasforlot/python-arduino/blob/main/Donn%C3%A9es%20s%C3%A9rie%20PvapSat/P_Vap_Arduino_CTN.py

Application

Etude de l’évolution de la pression de vapeur saturante de l’eau

Matériel :

• 1 potence + 1 noix
• Chauffe-ballon et support boy
• Ballon 500 mL Pyrex rempli à moitié d’eau distillée avec quelques grains de carborundum
• Bouchon 3 trous avec robinet + tuyau pour capteur pression + sonde CTN
• Le dispositif avec Arduino décrit dans cet article

Protocole

Courbe

Complément

Utilisation de la carte Educaduino d’Eurosmart

Matériel :

• 1 potence + 1 noix
• Chauffe-ballon et support boy
• Ballon 500 mL Pyrex rempli à moitié d’eau distillée avec quelques grains de carborundum
• Bouchon 3 trous avec robinet + tuyau pour capteur pression + sonde CTN
• 1 carte Educaduino avec écran LCD + capteurs pression absolue et température + câble

Protocole

Voici le code Arduino :

 #include                   //Librairie d'utilisation de l'écran LCD 2*16.
 LiquidCrystal ecranLCD(12, 11, 5, 4, 3, 2); //Création de l'objet d'exploitation de l'afficheur LCD.
 //Définition des broches analogiques utilisées par le capteur.
 #define _NUMER0_BROCHE_ANALOGIQUE_TENSION A12  //Broche analogique utilisée par le capteur pour la mesure de la tension. (Dépend de la localisation du capteur sur la carte EDUCA DUINO Lab).
 #define _NUMER0_BROCHE_ANALOGIQUE_COURANT A13 //Broche analogique utilisée par le capteur pour la mesure du courant. (Dépend de la localisation du capteur sur la carte EDUCA DUINO Lab).
 #define _NUMER0_BROCHE_ANALOGIQUE A8          //Broche analogique utilisée par le capteur pression. (Dépend de la localisation du capteur sur la carte EDUCA DUINO Lab).
 long temps;
 //==================================================================================================
 // Converti la valeur numérique en une valeur de tension.
 // Le Convertisseur Analogique Numérique converti la tension sur 10bits.  
 // Pour une tension de 0V la valeur numérique est 0.
 // Pour une tension de 5V la valeur numérique est 1023.  
 //==================================================================================================
 float ConvertiValeurMesureAnalogiqueEnTension(int _valeurNumerique)
 {
 // La fonction de conversion valeur numérique/tension est de la forme tension = a * valeurNumerique. 
 const int   _VALEUR_NUMERIQUE_MIN= 0;
 const float _VALEUR_TENSION_MIN  = 0.0;
 const int   _VALEUR_NUMERIQUE_MAX= 1023;   // convertisseur 10bits 
 const float _VALEUR_TENSION_MAX  = 5.0;
   //calcul du coefficient directeur
   float a = (_VALEUR_TENSION_MAX-_VALEUR_TENSION_MIN)/(_VALEUR_NUMERIQUE_MAX-_VALEUR_NUMERIQUE_MIN);
   //calcul de la tension
   float tension_V= a * _valeurNumerique; 
   return(tension_V);
 }
 //==================================================================================================
 // Converti la valeur numérique en une valeur de tension.
 // Le Convertisseur Analogique Numerique converti en un courant.  
 // Le courant est determiné par la mesure d'une tension aux bornes d'une résistance de 10kOhms
 //==================================================================================================
 float ConvertiValeurMesureAnalogiqueEnCourant(int _valeurNumerique)
 {
 const float _RESISTANCE = 10000.0; //Résistance de 10kOhms    
   // Conversion de la valeur numérique en tension
   float tension_V= ConvertiValeurMesureAnalogiqueEnTension(_valeurNumerique); 
   float courant_A= tension_V / _RESISTANCE;
   return(courant_A);
 }
 //==================================================================================================
 // Converti la valeur de la résistance de la CTN en une valeur de temperature.
 // S'inspire de la méthode de Steinhart.
 //==================================================================================================
 float ConvertiResistanceEnTemperature(float resistance)
 {
 // Caracteristiques de la CTN  
 const float _TEMPERATURE_NOMINALE = 25;
 const float _THERMISTANCE_NOMINALE = 10000;
 const float _COEFFICIENT_B = 3950; 
 float temperature = resistance/ _THERMISTANCE_NOMINALE;
   temperature = log(temperature);
   temperature /= _COEFFICIENT_B;
   temperature += 1.0 /(_TEMPERATURE_NOMINALE + 273.15);
   temperature = 1.0 /temperature;
   temperature -= 273.15;
   return(temperature);
 }
 //==================================================================================================
 // Procédure d'initialisation des périphériques
 //==================================================================================================
 void setup() {
   //Initialisation de l'écran LCD 2 lignes de 16 caractères.
   ecranLCD.begin(16, 2);
   // Initialisation de la communication série avec le terminal à 9600 baud.
   Serial.begin(9600);
   temps = millis();
 }
 //==================================================================================================
 // Converti la valeur de tension en une valeur de pression.
 // On mesure une tension de 0V pour une pression de  200hPa.
 // On mesure une tension de 5V pour une pression de 4000hPa.  
 //==================================================================================================
 float ConvertiTensionEnPression(float _tension)
 {
 // La fonction de conversion tension vers pression est de la forme pression = a * tension +b.  
 const float _VALEUR_PRESSION_MIN= 200.0;
 const float _VALEUR_TENSION_MIN = 0.0;
 const float _VALEUR_PRESSION_MAX= 4000.0; //  
 const float _VALEUR_TENSION_MAX = 5.0;
   // calcul du coefficient directeur
   float a = (_VALEUR_PRESSION_MAX-_VALEUR_PRESSION_MIN)/(_VALEUR_TENSION_MAX-_VALEUR_TENSION_MIN);
   // calcul du coefficient décalage à l'origine.
   float b = _VALEUR_PRESSION_MAX - a * _VALEUR_TENSION_MAX;
   //calcul de la pression
   float pression_Pa= (a * _tension) + b; // Pression en hecto Pascal.
   pression_Pa = pression_Pa * 100;       // Pression en Pascal
   return(pression_Pa);
 }
 //==================================================================================================
 // Boucle principale Arduino.
 //==================================================================================================
 void loop() {
   temps= millis();
   // Lecture de la valeur tension du capteur sur l'entrée analogique _NUMER0_BROCHE_ANALOGIQUE_TENSION. 
   // La valeur mesurée par le Convertisseur Analogique Numérique prend pour valeur 0 pour une tension de 0V et 1023 pour une tension de 5V.
   int valeurNumeriqueTension = analogRead(_NUMER0_BROCHE_ANALOGIQUE_TENSION);
   // Conversion de la valeur numerique en tension.
   float tension_T_V   = ConvertiValeurMesureAnalogiqueEnTension(valeurNumeriqueTension);
 // Lecture de la valeur courant du capteur sur l'entree analogique _NUMER0_BROCHE_ANALOGIQUE_TENSION. 
   // La valeur mesurée par le Convertisseur Analogique Numérique prend pour valeur 0 pour une tension de 0V et 1023 pour une tension de 5V.
   // Le courant est déterminé par la mesure de la tension aux bornes d'une résistance de 10kOhms.
   int valeurNumeriqueCourant = analogRead(_NUMER0_BROCHE_ANALOGIQUE_COURANT);
   // Conversion de la valeur numérique en courant.
   float courant_A   = ConvertiValeurMesureAnalogiqueEnCourant(valeurNumeriqueCourant);
 //Calcul de la résistance
   float resistance_ohm = tension_T_V / courant_A;
 //Appel de la méthode de la libraire pour la conversion de la résistance en température.
   float temperature_degreC= ConvertiResistanceEnTemperature(resistance_ohm);
 //Affichage des résultats
   Serial.print("t : ");
   Serial.print("\t");
   Serial.print(temps); 
 Serial.print(" Temp : ");    // Transmission de la chaine " Température:"
   Serial.print(temperature_degreC); // Transmission de la temperature en °C
   Serial.print(" degresC ");              // Transmission de l'unité.
 // Lecture de la valeur du capteur sur l'entree analogique. 
   // La valeur mesurée par le Convertisseur Analogique Numérique prend pour valeur 0 pour une tension de 0V et 1023 pour une tension de 5V.
   int valeurNumerique = analogRead(_NUMER0_BROCHE_ANALOGIQUE);
 float tension_P_V   = ConvertiValeurMesureAnalogiqueEnTension(valeurNumerique);
 float pression_Pa = ConvertiTensionEnPression(tension_P_V);
 //Affichage des résultats
 Serial.print(" Pression : ");         // Transmission de la chaine " Pression:"
   Serial.print(pression_Pa);          // Transmission de la pression absolue calculée.
   Serial.println(" Pa");    
 ecranLCD.clear();                     // Efface l'écran et positionne le curseur en 1ère colonne, 1ère ligne.
   ecranLCD.setCursor(0,0);              // Positionne le curseur en 1ère colonne, 1ère ligne.
   ecranLCD.print("T = ");        // Affichage du mot "Temperature".
 // Affichage de la température en °C
 ecranLCD.print(temperature_degreC);   // Affichage de la température.
   ecranLCD.print((char)223);            // Affichage du caractère '°'.
   ecranLCD.print("C");                  // Affichage de l'unité.
 ecranLCD.setCursor(0,1);              // Positionne le curseur en 1ère colonne, 2ème ligne.
   ecranLCD.print("P = ");           // Affichage du mot "Pression"
 // Affichage de la pression en Pascal
 ecranLCD.print(pression_Pa);   // Affichage de la pression absolue en Pa.
   ecranLCD.print(" Pa");                // Affichage de l'unité.
 delay(5000);                      // Délai en ms d'1s pour faciliter la visualisation.
 }

Lien Github pour ce code : https://github.com/jonasforlot/python-arduino/blob/main/Donn%C3%A9es%20s%C3%A9rie%20PvapSat/Pvap_CTN_LCD.ino

Une fois ce code Arduino téléversé, nous pouvons récupérer les valeurs avec le même script Python utilisé en début d’article :

Lien Github : https://github.com/jonasforlot/python-arduino/blob/main/Donn%C3%A9es%20s%C3%A9rie%20PvapSat/P_Vap_Arduino_CTN.py