Hémomixer Etude de la jauge de contrainte

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1 Hémomixer Etude de la jauge de contrainte TP 2 heures Noms : Prénoms : Classe : Date : Note : /20 Objectifs A l issu de ce TP, les compétences acquises doivent vous permettre plus particulièrement de : - Identifier et caractériser un capteur - Identifier la nature de l information et la nature du signal - Justifier le choix du capteur au regard du cahier des charges - Mettre en œuvre un système dans le respect des règles de sécurité - Justifier le choix de la grandeur physique à mesurer - Qualifier les caractéristiques d entrée-sortie d un capteur - Justifier les caractéristiques d un appareil de mesure - Vérifier la cohérence du modèle choisi avec des résultats d expérimentation Nous nous intéresserons plus particulièrement à l écart entre le système réel et le système simulé. Critères d évaluation et barème Autonomie, quantité et qualité du travail, soin... /3 Q1 à Q5 Identification des caractéristiques du capteur /6 Q6 à Q9 Essais d identification et de caractérisation du capteur /5 Q10 à Q14 Validation du modèle /6 Matériel nécessaire - Hemomixer réel mis en situation dans le laboratoire, - Dossier technique relatif à l hemomixer, - Appareils de mesure : Voltmètre, ampèremètre, oscilloscope, etc Page 1/5

2 Problème technique La société HEMOPHARM, spécialisée dans la commercialisation d appareils médicaux à développé un automate de prélèvement automatique de sang. Cet automate permet de prélever le sang, et s arrête dès que le poids (volume) désiré est atteint. Vous êtes Ingénieur développement auprès de la société HEMOPHARM qui désire innover et souhaite renouveler son offre d automate. La conception nécessite la mise en place d un modèle numérique du système. On vous demande de valider le modèle du capteur de pesage utilisé. Identification des contraintes de fonctionnement liées au contexte d utilisation L hemomixer est un automate de prélèvement dédié aux collectes mobiles. Cet appareil est utilisé pendant la phase de prélèvement. La fonction pesée, qui permet de connaitre le volume de sang prélevé, est assurée par un capteur de pesage à quatre jauges de déformations. Le capteur de pesée (qu on appelle une «jauge de contrainte») est un composant fixé sur une pièce flexible, permettant de générer une tension proportionnelle au poids posé à l une de ses extrémités, et donc proportionnel à la masse (le poids vaut P = m.g pour un objet de masse m soumis à la gravité g = 9.81 m/s 2 ). Le signal étant très faible, il est ensuite amplifié pour être traité. Dans notre étude, on s intéressera aux fonctions pesage et amplification. Identification des caractéristiques du capteur de pesée a- Etude du capteur Le capteur, ou jauge de contrainte, est un capteur délivrant une tension proportionnelle à la force exercée sur le matériau, et donc à la masse. Il est constitué d une résistance déformable directement collée sur la zone de déformation du matériau, qui est intégrée dans un pont de Wheatstone, nécessitant une alimentation externe : Page 2/5

3 Ouvrir le fichier «FT-EP-PO4-FE.pdf». Q1. Quelle est la capacité nominale du capteur? Quelle est la sensibilité nominale du capteur, ainsi que sa tolérance? Exemple : Si = 2 kg avec une sensibilité de 1 mv/v Cela signifie que pour une tension de 1 V d alimentation et une charge de 2000 g, la jauge délivre une tension de 1 mv. Afin d obtenir la tension en sortie de la jauge pour une tension d alimentation quelconque, et une charge de 1 g, il suffit alors de : - Multiplier cette sensibilité par la tension d alimentation ; - Diviser cette valeur par la charge nominale, exprimée en g Q2. Exprimer la tension Tension jauge (mv) en sortie de la jauge en fonction de : - la sensibilité S (mv/v), - la masse m (g) - la capacité Cn (g) - la tension Vcc (V). Q3. Sachant que la tension d alimentation de la jauge est de 8V, déterminer Tension jauge en fonction de la masse m. En déduire la sensibilité de ce système en V/g Q4. Calculer la tension en sortie de la jauge pour un poids de 1000 g, (penser à rajouter la masse du plateau, soit 48g). Compléter la première ligne du document réponse. b- Etude de l amplificateur L activité précédente nous démontre que pour un poids de 1000 g, le signal en sortie du capteur est très faible, donc inexploitable : Il faut l amplifier. Q5. Exprimer en fonction de A et de. Essais d identification et de caractérisation du capteur de pesé On désire visualiser le signal issu de ce capteur. On dispose de bornes mises en place sur le système du laboratoire. Afin d avoir un signal «plus propre», vous mesurerez la tension en sortie du filtre Sortie amplificateur Sortie filtre + amplificateur Page 3/5

4 Q6. Proposer un protocole de mesure pour obtenir le signal de sortie (Tension sortie ) en fonction de la masse sur la balance (m). Signification de «protocole de mesurage» : Préciser la (ou les) grandeur(s) à mesurer, le type d acquisition, les appareils de visualisation utilisés, les sondes éventuelles, calibres, etc. L essai sera réalisé en classe entière par votre professeur. Q7. A l aide de vos mesures, compléter la deuxième ligne du tableau (tension sortie ) du document réponse. Q8. A l aide du logiciel Excel, tracer la courbe Tension sortie = f(tension jauge ). En déduire la valeur du coefficient A. Q9. A l aide du logiciel Excel, tracer la courbe Tension sortie = f(masse). Déterminer la sensibilité S en V/g. Validation du modèle Matlab Télécharger le fichier hemomixer.zip, extraire le répertoire dans un répertoire à votre nom et ouvrir le fichier hemomixer.mdl. Gain à compléter Lancer Matlab «hemomixer.mdl»., ouvrir le dossier hemomixer et double-cliquer sur le fichier Sélectionner le dossier, dans le répertoire contenant les fichiers pour la simulation. Double-cliquer sur le fichier Simulink, «hemomixer.mdl», reconnaissable à son extension mdl. Lancer alors la simulation en cliquant sur «play» dans le menu : Page 4/5

5 Q10.Lancer la simulation pour différentes masses, modifier le gain pour obtenir un modèle cohérent avec vos résultats trouvés lors de vos mesures. Donner la valeur du gain que vous avez choisi. Q11. Comparer les résultats issus de votre simulation avec les résultats issus du système réel. Vous mettrez vos résultats sous forme de tableau, courbe ou équation que vous argumenterez en analysant les écarts. Q12. Refaire un essai avec une rampe (double cliquer sur ), la réponse du modèle est-elle cohérente avec la réalité. Justifier votre réponse. Q13. Conclure sur la validité du modèle. Q14. Compléter le diagramme fonctionnel associé au capteur en précisant : - La nature de la grandeur physique à acquérir, sa gamme de mesure et son unité, - La nature de l image informationnelle obtenue, sa gamme et son unité. Page 5/5

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