TP de Capteurs interfaçage

Travaux Pratiques : Capteurs et interfaçage Ecole Nationale des Sciences Appliquées Khouribga Département Génie Electrique Ces TP a pour objectif l’étude des déférents schémas de mesure à base de déférents capteurs en réalisant les manipulations suivantes : TP N°1 : Etude d’un capteur de température à circuit intégré (C.I) LM335 TP N°2 : Etude et réalisation d’un capteur de vitesse de rotation TP N°3 : Etude d’un capteur inductif TP N°4 : Etude d’un capteur capacitif Ecole Nationale des Sciences Appliquées Khouribga Département Génie Electrique TP N°1 : ETUDE D’UN CAPTEUR DE TEMPERATURE A CIRCUIT INTEGRE (C.I) LM335 Expérimentation 1 : CARACTERISTIQUES DU CAPTEUR DE TEMPERATURE LM335 Résultats : Durée (min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tension 2.98 3.28 3.56 3.71 3.76 3.79 3.84 3.88 3.95 3.99 4.03 298 328 356 371 376 379 384 388 395 399 403 20.34 22.30 24.21 25.23 25.57 25.77 26.11 26.38 26.86 27.13 27.4 (v) Température °K °C Commentaire : quand on chauffer le capteur par le « heater » la valeur de la tension de sortie augmente alors on a démontré la linéarité de ce capteur mais la tension s stabilise a un certain temps. Expérimentation 2 : CONSTRUCTION D4UN THERMOMETRE NUMERIQUE Résultats : Valeur du voltmètre 3.06 3.20 3.38 3.50 Valeur du compteur 3.06 3.21 3.39 3.49 Commentaire : à l’aide de cette circuit de conditionnement on a réussi à transformer la sortie du capteur en fréquence pour mieux adapter à l’outille d’affichage. Expérimentation 3 : ETUDIER LES CARACTERISTIQUES D’UN SYSTEME DE REGULATION DE TEMPERATURE PAR TOUT OU RIEN - Résultats : - Tension de sortie du capteur de température : 2.95 - Niveau de tension de sortie de référence : 2.93 Temps Etat 0 de l’élément OFF 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ON ON OFF OFF OFF ON ON ON OFF OFF 2.91 2.92 2.94 2.94 2.92 2.91 2.92 2.93 2.93 2.94 291 292 294 294 290 291 292 293 293 294 chauffant Tension de sortie du 2.95 capteur Température 295 Ecole Nationale des Sciences Appliquées Khouribga Département Génie Electrique Caractéristique température/temps : - Température Température 296 295 294 293 292 291 290 289 0 2 4 6 8 - La plage de variation de la température est : 295-290 K° - La température moyenne est : 292.64 K° - on observe que la température moyenne est à peu près égale la température de REF. 10 12 Ecole Nationale des Sciences Appliquées Khouribga Département Génie Electrique TP N° 2 : ETUDE ET REALISATION D’UN CAPTEUR DE VITESSE DE ROTATION Expérimentation 1 : CARACTERISTIQUE D’UN PHOTOTRANSISTOR Manipulation : On a connecté le circuit comme indiqué à la figure et on a réglé la résistance à curseur à piste carbone 100 kΩ sur 2 manière à ce que la résistance de charge du transistor soit approximation de 20 kΩ. Puis on a mis sous tension et on a réglé la commande de la résistance bobinée 10kΩ afin d’obtenir une tension nulle en sortie de l’amplificateur de puissance .(a) : En recouvrant de la main l’enceinte transparente, on a trouvé que la tension du collecteur du phototransistor égale à : 5V (b): En exposant le phototransistor à la lumière ambiante, cette tension égale à 4.5 Puis, en augmentant la tension de sortie de l’amplificateur de puissance pas à pas de 1V, on a trouvé les valeurs mentionnés dans tableau ci-dessus : Tension de la lampe 0 1 2 3 4 5 9 10 Tension du collecteur N:5 N :4.97 N :3.84 N :0.80 N :0.76 N :0.73 N :0.689 N :0.68 de phototransistor E :4.55 E :4.55 E :3.20 E :0.79 E :0.76 E :0.73 E :0.69 E :0.68 Ecole Nationale des Sciences Appliquées Khouribga Département Génie Electrique Tension du collecteur de phototransistor (NOIR) 6 5 4 3 2 1 0 0 6 2 4 6 8 10 12 10 12 Tension du collecteur de phototransistor (Eclairage ambiant) 5 4 3 2 1 0 0  2 4 6 8 Il y a une tension minimale d’environ 0.7 à cause de la saturation du transistor. Expérimentation 2 : CARACTERISTIQUES D’UN OPTO-CAPTEUR A BARRIERE ET APPLICATION AU COMPTAGE ET A LA MESURE DE VITESSE Manipulation : Ecole Nationale des Sciences Appliquées Khouribga    Département Génie Electrique On a connecté le circuit comme indiqué à la figure et on a réglé la commande de la résistance bobinée 10 kΩ pour une tension de sortie nulle. Après la mise sous tension, on a noté les valeurs suivantes : Rayon coupé Rayon admis Tension de sortie 0.05 4.716 Statut de la L.E.D Off on En appliquant ce qui est demandé, on a trouvé les valeurs suivantes : Réglage Vitesse de rotation 2.5 3.0 3.5 4.0 454 574 783 995 (trs/s) - Maintenant on règle le commutateur ‘’ free run/1s’’ du compteur/horloge sur 1s (1 seconde) - Donc on aura le tableau suivant : Réglage 5 6 7 8 9 10 Vitesse de rotation 23 29 35 42 46 46 (trs/s) - Réglage pour une vitesse de 1800 trs/min = 6.4k - Est-il aisé d’effectuer ce réglage ? Oui Expérimentation 3 : ETUDE D’UN CAPTEUR DE VITESSE BASE DE LA GENERATRICE TACHYMETRIQUE Manipulation : Ecole Nationale des Sciences Appliquées Khouribga Département Génie Electrique En connectant le circuit comme indiqué sur la figure et suivant la procédure décrite , on a trouvé les résultats notés sur la table ci-dessus : Vitesse de l’arbre 5 (t/sec) 10 20 30 40 Tension de sortie 1.43 (V. numérique) 2.2 4.17 6.31 8.33 Tension de sortie 1.5 (V. cadre mobile) 2.2 4.17 6.5 8.5      Valeur lue au voltmètre =6V Vitesse de l’arbre(6*20=1200 tr/min) =20trs/sec Vitesse de l’arbre lue à l’optocapteur = 27 trs/sec Valeur lue au voltmètre Vitesse de l’arbre (3*20=600 tr/min) =3V =10 trs /sec Ecole Nationale des Sciences Appliquées Khouribga Département Génie Electrique TP N°3 : ETUDE D’UN CAPTEUR INDUCTIF Expérimentation1 : COURBE DE REPONSE Résultats de la procédure expérimentale et calcul : Echantillon de Acier St37 Cuivre matière n Pn/mm Xn/mm s/mm Pn/mm Xn/mm s/mm 1 45 15 0 51 16 0 2 53 13 8 52 14 1 3 54 11 9 52.5 12 1.5 4 54 9 9 53 10 2 5 54 7 9 53 8 2 6 54 5 9 53 6 2 7 54 3 9 53 4 2 8 54 -1 9 53 2 2 9 54 -1 9 535 0 2.5 10 53 -3 8 53.5 -2 2.5 11 53 -5 8 53.5 -4 2.5 12 53 -7 8 53 -6 2 13 52.5 -9 7.5 52.5 -8 1.5 14 52 -11 7 52 -10 1 15 50 -13 5 52 -12 1 16 48 -14 3 52 -14 1 17 45 -15 0 51 -16 0 La trace de la courbe de la distance de commutation s en fonction du décalage latéral x : Trace de la distance s de commutation 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 16 14 12 10 8 6 4 2 la distance s de l'acier 0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 la distance s du cuivre La distance de commutation devient fixe à un certain temps précisément lors que l’échantillon couvre la zone de détection du capteur. Ecole Nationale des Sciences Appliquées Khouribga Département Génie Electrique Expérimentation2 : HYSTERESIS DE COMMUTATION Résultats de la procédure expérimentale : Echantillon pa /mm pe /mm w/mm Sn/mm H/% Acier St37 52 51 1 5 20 Cuivre 55 54 1 5 20 Aluminium 53 52,5 0,5 5 10 On remarque que l’hystérésis dépend de la matière de l’échantillon de mesure utilisé. La course différentielle (H) ou hystérésis est la distance entre le point d’enclenchement, quand la plaquette de mesure s’approche du détecteur, et le point de relâchement, quand la plaquette s'éloigne du détecteur. Cette hystérésis est indispensable pour assurer un fonctionnement stable du produit. Expérimentation3 : COMPORTEMENT EN COMMUTATION/ DEPENDANCE DU MATERIAU. Résultats de la procédure expérimentale : Echantillon LED allumée St37 6 mm Aluminium 2,5 mm Cuivre 2 mm Matière synthétique __ Gros aimant permanent 5 mm LED éteinte OUI Le matériau qui ne commute pas la matière synthétique, cela revient à l’effet du champ magnétique car cette dernière ne crée aucun champ magnétique avec le capteur, par contre les autres matériaux commutent, la seule différence est la distance de commutation. Expérimentation4 : HYSTERESIS DE COMMUTATION Résultats de la procédure expérimentale : Nature de segment N Fs/Hz n=en tr/min-1 Extérieur 4 80 1276 intérieur 3 60 1236 intérieur 3 200 4005 Extérieur 4 26 4000 On remarque que les résultats expérimentales sont proches des résultats théoriques. Ecole Nationale des Sciences Appliquées Khouribga Département Génie Electrique TP N°4 : ETUDE D’UN CAPTEUR CAPACITIF Expérimentation 1 : COURBE DE REPONSE Résultats de la procédure expérimentale et calcul : Echantillon de Acier St37 Matière synthétique matière n Pn/mm Xn/mm s/mm Pn/mm Xn/mm s/mm 1 50 18 0 51 13 0 2 55 16 5 53 11 2 3 57 14 7 53.4 9 3 4 59 12 7 54 7 3 5 59 10 7 54 5 3 6 59 8 7 54 3 3 7 59 6 7 54 1 3 8 59 4 7 9 59 2 7 10 59 1 7 La trace de la courbe de la distance de commutation s en fonction du décalage latéral x : 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 Acier St 37 6 7 8 9 10 Matière synthétique La distance de commutation devient fixe à un certain temps précisément lors que l’échantillon couvre la zone de détection du capteur. Ecole Nationale des Sciences Appliquées Khouribga Département Génie Electrique Expérimentation 2 : TYPE DE FONCTIONNEMENT Résultats de la procédure expérimentale : Echantillon P0 /mm Pe /mm S/mm Matière synthétique 47 50 3 Cuivre 47 57 10 Cuivre mis a la terre 47 62 15 On remarque que les matières conductrice sont plus détectable dans le cas d’un capteur capacitif et surtout lorsqu’on les mis à la terre c'est-à-dire lorsqu’on élimine les parasites. La distance de commutation devient plus grande. Expérimentation 3 : COMPORTEMENT EN COMMUTATION/ DEPENDANCE DU MATERIAU. Résultats de la procédure expérimentale : Echantillon LED allumée LED éteinte St37 4 8 Cuivre 4 8 Matière synthétique 4 5.4 Gros aimant permanent 6.9 7.1 Contrairement au capteur inductif toutes les matières sont détectables sauf que les matières conductrices sont les plus par rapport aux autres car le capteur capacitif est basé sur la variation du champ électrostatique et c’est pour cela que la distance du Gros aimant permanent est la petite car il n’y a pas de champs magnétiques. Expérimentation 4 : DETECTION D’UN NIVEAU DE REMPLISSAGE Ecole Nationale des Sciences Appliquées Khouribga Département Génie Electrique Commentaire : Le capteur et le réservoir forment les deux électrodes d’un condensateur. Si le niveau change, la capacité électrique entre les électrodes change aussi. L'électronique du capteur en dérive à quel point le niveau défini est atteint. Le principe de mesure capacitif est une technique robuste pour des domaines d'utilisation dans lesquelles de forts colmatages compliquent la mesure. Expérimentation 5 : COMPTAGE DE FREQUENCE / MESURE DE VITESSE. Résultats de la procédure expérimentale : Nature de segment N Extérieur 4 intérieur 3 intérieur 3 Extérieur 4 Fs/Hz 60 n=en tr/min-1