TP CI9 – Mesure de température par automate d`un bain du chariot

TP CI9 – Mesure de température par automate d’un
bain du chariot traitement de surface
Chariot traitement de surface
Problématique
Comment peut-on transformer une température en signal numérique utilisable
par l’automate ?
Centres d’intérêt
1
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4
5
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Savoirs
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Thèmes associés
AF1
AF2
AF3
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
R9
E1
E2
E3
E8
E9
E10
E14
E11
E12
E15
E17
E13
E18
E19
E4
E7
E16
E5
E6
I5
I13
I3
I4
I1
I2
I11
I6
I7
I8
I9
I10
I12
A
B
C
D
A1
B11
C11
D1
A2
B12
B21
B22
B31
B32
B41
B42
B51
B52
C12
C21
C22
C23
C24
D2
Compétences attendues
• Expliciter les caractéristiques d’E/S du conditionneur éventuel
• Identifier la grandeur physique à mesurer et la nature de l’information
délivrée par le capteur
• Mesure des signaux en divers points du système d’acquisition
• Décrire et représenter l’évolution d’un signal en entrée et en sortie des
différents éléments
• Justifier le choix d’un capteur
Condition de travail
• Durée : 2h
• Matériel :
Chariot traitement de surface
Carte CAN
2 alimentations stabilisées
2 GBF
Multimètres
Oscilloscope
Evaluation
Le TP est évalué en cours de séance et en fonction du compte rendu
Note Commentaire
Etude de la structure
/6
Etude de la sonde
/7
Etude du CAN
/7
Total
/20
09-10 SI CI9 Capteur CAN
Bac S-Sciences de l’Ingénieur
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TP CI9 – Mesure de température par automate d’un
bain du chariot traitement de surface
On désire contrôler par l’automate la température d’un des bains du chariot de traitement de
surface. Pour cela, une résistance associée à un contacteur permettra le chauffage du bain.
L’automate pilotera le contacteur. Une sonde de température collée au bain indiquera à
l’automate, par l’intermédiaire d’un convertisseur, la température du bain. En fonction de la
température mesurée, l’automate décidera ou non de mettre en chauffe la résistance.
Synoptique de la chaîne complète
Bain
Résistance
Préactionneur
(contacteur)
Sonde
API
Convertisseur
E
N
T
R
E
E
S
S
O
R
T
I
E
S
Chaîne d’acquisition
Nous allons dans ce TP étudier :
- le fonctionnement de la sonde
- le fonctionnement du convertisseur
I-
Etude de la structure d’acquisition
(20 min)
On peut décomposer la chaîne d’acquisition
en la chaîne suivante :
On appelle la grandeur physique à mesurer
le mesurande.
Dans ce TP, nous allons nous intéresser aux
fonctions
transformation
et
conditionnement.
1- D’après vous quel est le mesurande ?
2- En vous aidant du sujet complet, indiquer quel élément réalise la transformation.
3- En quoi est transformé le mesurande (type analogique, numérique, TOR) ?
4- Quel est l’élément qui réalise la fonction conditionnement ?
5- Quel est le type du signal de mesure transmissible (type analogique, numérique, TOR) ?
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bain du chariot traitement de surface
IIEtude de la sonde (10 min)
Dans cette partie, nous allons nous intéresser au système qui transforme la grandeur physique à
mesurer en grandeur physique mesurable :
On donne le schéma de la sonde et l’allure de la résistance de la CTN en fonction de la
température :
Attention
Evolutions de R25 en fonction de la température
aux unités
(paramétrées pour différentes résistances valeurs de R25)
Vref=5,12V
-θ
R25=680Ω
Résistance variant avec
la température
i=0
R=420Ω
Tension issue de la sonde
entrant sur Ex
1-Quel composant transforme la température en une grandeur exploitable ?
2-En quoi cette information de température est-elle transformée ?
3-Quel est le type de signal issu de la sonde (tension, courant, pneumatique, …,
numérique, TOR, analogique) ?
4-Calculer la tension issue de la sonde pour une température de 20°C
5-Calculer la tension issue de la sonde pour une température de 100°C
6-Calculer la tension issue de la sonde pour une température de 150°C
7-Compléter le tableau de la page suivante pour la colonne Ex
Pour utiliser la carte, on simulera le fonctionnement de la sonde à l’aide d’un potentiomètre multitours.
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bain du chariot traitement de surface
III-
Etude du convertisseur
Nous allons nous intéresser au circuit de conditionnement du signal :
On peut décomposer le circuit chargé de faire la conversion en 2 grands blocs :
- un bloc Echantillonneur bloqueur ;
- un bloc convertisseur AN.
Horloge Hx(t)
Signal issu
de la
sonde
Ex(t)
Echantillonneur bloqueur
Alimentations
Horloge Hy(t)
Convertisseur A/N
Signal de
sortie du
bloqueur
Sx(t)
Ey(t)
Signal de
sortie
Vers API
Np(t)
Alimentations + tension
de référence (5,12V)
Préparation de la maquette :
- réaliser les branchements des alimentations sur la maquette ;
- vérifier que le réglage de Vref est à 5,12V (plage pleine échelle [0 ; 5.12V]).
a. Etude du CAN (50 min)
Nous allons nous intéresser au Convertisseur A/N.
Nous simulerons le signal issu de la sonder grâce à un potentiomètre multi-tours
Entrant en Ex.
Nous considèrerons que le circuit Echantillonneur-bloqueur laisse passer le signal
Ex et que Ey=Sx=Ex dans certaines conditions.
Etude théorique :
1- Compléter le tableau de la page suivante pour la colonne Sx.
2- Quel est le type (num, ana, TOR) de signal entrant dans le convertisseur
A/N ?
3- Quel est le type de signal sortant du circuit ?
4- Compte tenu de la documentation technique fournie sur le circuit
ADC0804, indiquer sur combien de bits le convertisseur converti.
5- Calculer la valeur du quantum (ou le pas de progression) sachant que la
tension de référence est de 5,12V.
6- Pour les 3 valeurs de températures données dans la question 1, calculer
le code de sortie du circuit et compléter le tableau suivant pour la
colonne (Np calculé).
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Manipulation :
Relier Sx à Ey
Appliquer en Hx un signal de 2kHz
Appliquer en Hy un signal de 500kHz
Relier Ex au fil de sortie du potentiomètre multi tours
Pour chacune des températures données au 1
Régler à l’aide d’un multimètre la tension de sortie du potentiomètre
7- Lire le code formé par les LED et compléter le tableau ci-après pour la
colonne Leds allumées.
8- Transformer le code donné par le Leds en code binaire1 et compléter le
tableau pour la colonne Np binaire.
9- Convertir ce code obtenu en code décimal et compléter le tableau pour
la colonne Np décimal.
10- Comparer le résultat pratique au résultat théorique (notamment, parler
de l’origine des différences entre Np calculé et Np décimal.
Ex
Sx (sortie
Mesurande (sortie du
de la bloqueur)
sonde)
Np
calculé
Leds allumées
L7
L6
L5
L4
L3
L2
L1
L0
Np
binaire Np
décimal
(sortie
du (sortie
du
convertisseur) convertisseur)
20°
100°
150°
1
Remarque : les diodes sont montées en anode commune. Cela signifie que l’on doit mettre à 0 les sorties du convertisseur pour les allumer.
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b. Etude du bloqueur (s’il vous reste du temps)
Manipulation afin de comprendre ce qu’est un Echantillonneur - bloqueur :
- appliquer, à l’aide d’un GBF, une tension Ex(t) = Umax sin (ω.t) avec Umax = 4V,
ω = 2.π.f pour f = 100Hz ;
- appliquer, à l’aide d’un GBF, un signal périodique carré TTL (0-5V, 2kHz) sur
l’entrée Hx(t) ;
1- Quel matériel peut-on utiliser pour visualiser les allures des signaux Hx, Sx,
et Ex ?
2- Visualiser et imprimer les allures de Hx et Sx en même temps et Hx et Ex en
même temps.
Exploitation des mesures :
3- Indiquer sur chacune des courbes la période Tx de Hx (appelée période
d’échantillonnage)
4- Indiquer pour chaque oscillogramme la période Te d’un palier de Sx
5- Que peut-on dire de Te ?
6- Que se passe-t-il si la fréquence du signal d’entrée est trop grande par
rapport à la fréquence d’échantillonnage ?
7- Sachant que l’on attaque le convertisseur A/N après ce circuit, quel est le
rôle de l’échantillonneur bloqueur ?
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