TP capteur CTN-secateur

SI SERIE 1
LE SECATEUR
Première SI
ACTIVITE
LE SECATEUR
CAPTEUR DE TEMPERATURE
CENTRE D’INTERET
CI.9 :
ACQUISITION DES INFORMATIONS
THEME : I4
COMPETENCES ATTENDUES
- Identifier les constituants matériels du système d'acquisition.
- Caractériser l'information délivrée en sortie du système d'acquisition.
- Interfacer le capteur avec le milieu où évolue la grandeur à mesurer.
ACQUIS
PREALABLES
CONNAISSANCES
NOUVELLES
CONDITIONS
MATERIELLES
AUCUN
- Fonctionnement d'un capteur de température.
- Principe de base d'un AOP fonctionnant en
comparateur.
- Utilisation du logiciel de simulation EWB.
Documents :
- Dossier technique du Sécateur.
- Manuel scolaire SI
Matériel :
- Le système SECATEUR.
Temps :
- 2 heures.
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1. PRESENTATION
La période de taille de la vigne dure deux à trois mois. Les viticulteurs taillent 8 à 10 heures par jour. Ils répètent donc le même
geste des milliers de fois avec un sécateur.
Les sociétés réalisant du matériel agricole cherchent depuis
longtemps un moyen de réduire la fatigue de la main et du bras tout
en laissant au viticulteur la commande de la coupe et sa liberté de
mouvement.
Selon le type d'énergie disponible, des sociétés ont conçu et réalisé
le sécateur pneumatique, le sécateur hydraulique puis le sécateur
électronique qui permet à l'ouvrier d'être plus mobile. Seuls
inconvénients de ce dernier sécateur : son autonomie et le poids de la
mallette (placée dans une ceinture) contenant les accumulateurs
(réserve d'énergie électrique).
Le sécateur électronique est un outil portatif. Il a été développé en collaboration avec la PME
PELLENC S.A. qui le commercialise depuis 1988.
Caractéristiques
FICHE TECHNIQUE DU SECATEUR
Diamètre de coupe maxi (suivant la nature du bois)
Tension d’alimentation du sécateur
Puissance mécanique moyenne
Vitesse maximale de rotation du moteur
Capacité de la batterie nickel-cadmium
Durée d’utilisation moyenne sans recharge
Tension / Fréquence d’alimentation du chargeur
Puissance apparente du chargeur
Temps de charge moyen
Course de l’écrou à billes
Pas de la vis à billes
Rapport de réduction du réducteur
Masse du sécateur
Masse de la mallette contenant les accumulateurs
22 mm
U = 24 volts
P = 120 Watts
n = 5000 tr/min
q = 4,5 A/h
environ 8 heures
U = 220 Volts/ F = 5O Hz
S = 15 voltampères
t = 12 heures
l = 22 mm
2 mm
r = 1 / 3,67
Ms = 800 g
Mm = 3,5 kg
2. MISE EN SITUATION
Pour actionner la lame mobile du sécateur, il est nécessaire d'avoir une énergie mécanique. Cette énergie est fournie par un
moteur électrique à courant continu. Le sécateur fonctionnant plusieurs heures par jour, le moteur chauffe.
Votre étude portera sur le système de protection électrique du moteur contre les surchauffes.
3. PROBLEMATIQUE
COMMENT ASSURER LA SURVEILLANCE THERMIQUE DE L'ACTIONNEUR DU SÉCATEUR ?
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4. ETUDE
4.1. Fonctionnement du sécateur
Le sécateur fonctionne normalement avec sa batterie chargée pour que l'ensemble puisse être autonome et portable. Mais
compte tenu de son utilisation dans le laboratoire, vous utiliserez la maquette didactique SEC LAB (système issu du modèle réel
mais développé dans un but pédagogique donc comportant des accès plus faciles pour les mesures).
Pour mettre en œuvre le sécateur :
1. Vérifier que le système de protection en plexiglas rend inaccessible les lames du sécateur.
2. Connecter le sécateur à la maquette SEC LAB par la prise SUB 9 broches.
3. Régler l'alimentation stabilisée à 24 V.
4. Relier la borne - de la maquette à l'alimentation par un cordon.
5. Brancher la borne + de la maquette à un cordon SANS LA RELIER À L'ALIMENTATION!!!
6. APPELER LE PROFESSEUR POUR VERIFIER LE MONTAGE !!!!!!!
(Le professeur valide le montage)
7. Faire fonctionner le sécateur et observer la position de la lame mobile en fonction de la position de la gâchette.
8. Couper l'alimentation et enlever, par précaution, le cordon de la borne + de l'alimentation.
CETTE MANIPULATION DOIT ÊTRE EFFECTUÉE LORSQUE LA GACHETTE N'EST PAS APPUYÉE !!!
4.2. Etude de la mesure de la température
Pour protéger le moteur, on mesure la température sur le radiateur des transistors de puissance (Ce sont des composants
électroniques qui pilotent le moteur, vous verras cela dans le détail plus tard). On mesure la température avec une C.T.N. .
1. Que signifie C.T.N ? Indiquer un autre capteur qui permet de mesurer la température ?
2. Expliquer le fonctionnement de la C.T.N. en complétant l'algorithme ci-dessous par les mots AUGMENTE ou
DIMINUE.
La température
de la CTN
augmente
Oui
La résistance de la C.T.N.
.........................
Non
La température
de la CTN
…………………………
Le courant dans la C.T.N.
.........................
La résistance de la C.T.N.
.........................
La tension aux bornes la C.T.N.
.........................
Le courant dans la C.T.N.
.........................
La tension aux bornes la C.T.N.
.........................
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4.3. Etude des ponts de résistances
Vcc
La C.T.N. est incluse dans le montage ci-contre.
Le montage est alimenté sous Vcc = 24V.
Le composant AOP est un Amplificateur Opérationnel. Il comprend deux
entrées - et +, et une sortie S. Dans cette configuration, on dit qu'il est
monté en comparateur : c'est-à-dire que la tension de sortie Vs ne prend que
deux valeurs ( 0 V ou Vcc) suivant la différence de potentiel entre les bornes
+ et -.
Si le potentiel à la borne + est supérieur au potentiel à la borne - alors la
sortie Vs = Vcc. Dans le cas contraire, Vs = 0 V.
V1
R49
AOP
Rθ
+
R50
R51
V2
Remarque : Aucun courant ne rentre dans les bornes + et -.
L'amplificateur opérationnel est associé à deux ponts de résistances : l'un
sert de référence (R49 et R50), l'autre sert à la mesure de la température (Rθ
et R51).
►
∞
S
Vs
OV
1. Repérer le montage de la figure ci-dessus sur la maquette Seclab.
2. Exprimer la tension de référence V1 en fonction de Vcc, R49 et R50. Si Vcc est constante, que peut-on dire de V1 ?
Justifier votre réponse.
2. Exprimer la tension de mesure V2 en fonction de Vcc, Rθ et R51. Si Vcc est constante et que Rθ varie en fonction de la
température, que peut-on dire de V2 ?
3. Exprimer V2-V1.
4. Indiquer la valeur de Vs lorsque V2-V1 est supérieure à 0, puis lorsque V2-V1 est inférieure à 0.
5. Compléter l'allure du signal VS en fonction de V1 et V2. (Voir document réponse 1)
5. MISE EN ŒUVRE
1. Mettre en œuvre les mesureurs nécessaires à la mesure de V1, V2 et VS
2. Faire valider le schéma par le professeur puis mettre sous tension.
3. Comparer la valeur de V1 à celle calculée précédemment.
4. Visualiser l'évolution de V2 et de VS lorsque la température de la CTN varie. Les allures correspondent elles à la
théorie ?
Remarque : profiter de cette activité pour vous initier à l'utilisation de l'oscilloscope.
6. SYNTHESE - EXPLOITATION DES RÉSULTATS
1. Pour quelle valeur de Rθ a t-on Vs = Vcc ?
3. Lorsque la température dépasse un certain seuil, la tension Vs passe à Vcc. Cela signifie donc que le moteur chauffe
de façon excessive. Que peut-on faire alors de Vs ?
Fin de l'activité : Veuillez ranger le matériel, le poste de travail.
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La température
de la CTN
augmente
Première SI
Non
La température
de la CTN
…………………………
Oui
La résistance de la C.T.N.
.........................
Le courant dans la C.T.N.
.........................
La résistance de la C.T.N.
.........................
La tension aux bornes la C.T.N.
.........................
Le courant dans la C.T.N.
.........................
La tension aux bornes la C.T.N.
.........................
DOCUMENT REPONSE
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