TP CI9 Mesure de température par automate d un bain du chariot traitement de surface

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1 Chariot traitement de surface Problématique Comment peut-on transformer une température en signal numérique utilisable par l automate? Centres d intérêt Savoirs A B C D Thèmes associés A1 B11 C11 D1 AF1 R I3 I1 I6 I12 A2 B12 C12 D2 AF2 R I4 I2 I7 B21 C21 AF3 R I5 I11 I8 B22 C22 R I13 I9 B31 C23 R5 I10 B32 C24 R6 B41 R7 B42 R8 B51 R9 Compétences attendues xpliciter les caractéristiques d /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 valuation Le TP est évalué en cours de séance et en fonction du compte rendu Note Commentaire tude de la structure /6 tude de la sonde /7 tude du CAN /7 Total /20 B SI CI9 Capteur CAN Bac S-Sciences de l Ingénieur Page 1/6

2 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. n fonction de la température mesurée, l automate décidera ou non de mettre en chauffe la résistance. Bain Synoptique de la chaîne complète Résistance Sonde Préactionneur (contacteur) API Convertisseur Chaîne d acquisition N T R S S O R T I S Nous allons dans ce TP étudier : - le fonctionnement de la sonde - le fonctionnement du convertisseur I- tude 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- n vous aidant du sujet complet, indiquer quel élément réalise la transformation. 3- n 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)? SI CI9 Capteur CAN Bac S-Sciences de l Ingénieur Page 2/6

3 II- tude 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 volutions de R aux unités 25 en fonction de la température (paramétrées pour différentes résistances valeurs de R 25 ) Vref=5,12V -θ R25=680Ω i=0 Résistance variant avec la température R=420Ω Tension issue de la sonde entrant sur x 1-Quel composant transforme la température en une grandeur exploitable? 2-n 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 x Pour utiliser la carte, on simulera le fonctionnement de la sonde à l aide d un potentiomètre multitours SI CI9 Capteur CAN Bac S-Sciences de l Ingénieur Page 3/6

4 III- tude 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 chantillonneur bloqueur ; - un bloc convertisseur AN. Horloge H x (t) Horloge H y (t) Signal issu de la sonde x (t) chantillonneur - bloqueur Alimentations Préparation de la maquette : Signal de sortie du bloqueur S x (t) y (t) Convertisseur A/N Alimentations + tension de référence (5,12V) - réaliser les branchements des alimentations sur la maquette ; Signal de sortie Vers API N p (t) - vérifier que le réglage de V ref est à 5,12V (plage pleine échelle [0 ; 5.12V]). a. tude 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 ntrant en x. Nous considèrerons que le circuit chantillonneur-bloqueur laisse passer le signal x et que y =S x = x dans certaines conditions. tude théorique : 1- Compléter le tableau de la page suivante pour la colonne S x. 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 (N p calculé ) SI CI9 Capteur CAN Bac S-Sciences de l Ingénieur Page 4/6

5 Manipulation : Relier S x à y Appliquer en H x un signal de 2kHz Appliquer en H y un signal de 500kHz Relier x 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 Mesurande 7- Lire le code formé par les LD et compléter le tableau ci-après pour la colonne Leds allumées. 8- Transformer le code donné par le Leds en code binaire 1 et compléter le tableau pour la colonne N p binaire. 9- Convertir ce code obtenu en code décimal et compléter le tableau pour la colonne N p décimal. 10- Comparer le résultat pratique au résultat théorique (notamment, parler de l origine des différences entre N p calculé et N p décimal. x (sortie de la sonde) S x (sortie du bloqueur) N p calculé Leds allumées N p binaire (sortie du convertisseur) L 7 L 6 L 5 L 4 L 3 L 2 L 1 L 0 N p décimal (sortie du convertisseur) Remarque : les diodes sont montées en anode commune. Cela signifie que l on doit mettre à 0 les sorties du convertisseur pour les allumer SI CI9 Capteur CAN Bac S-Sciences de l Ingénieur Page 5/6

6 b. tude du bloqueur (s il vous reste du temps) Manipulation afin de comprendre ce qu est un chantillonneur - bloqueur : - appliquer, à l aide d un GBF, une tension x (t) = U max sin (ω.t) avec U max = 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 H x (t) ; 1- Quel matériel peut-on utiliser pour visualiser les allures des signaux Hx, S x, et x? 2- Visualiser et imprimer les allures de H x et S x en même temps et H x et x en même temps. xploitation des mesures : 3- Indiquer sur chacune des courbes la période T x de H x (appelée période d échantillonnage) 4- Indiquer pour chaque oscillogramme la période T e d un palier de S x 5- Que peut-on dire de T e? 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? SI CI9 Capteur CAN Bac S-Sciences de l Ingénieur Page 6/6