Aurélie 22/01/13
 

 

Les capteurs météo : Bts CIRA 2012.

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Etude de la girouette :
  Ce capteur est constitué d'un potentiomètre sans butée de valeur P = 2,2 kW alimenté par une source continue Vcc = 10 V. L'indicateur de la girouette, s'oriente suivant la direction du vent. La tension recueillie entre le curseur C et le point A est représentative d'un angle compris entre 0 et 360°. Elle est appliquée sur une entrée analogique du régulateur. Chaque position de la girouette génère un niveau de tension qui correspond à un angle de rotation par rapport à  0° ( nord géographique ).

Le potentiomètre est linéaire, on suppose que :
a=0 et a = 1 : le vent indiqué souffle du sud vers le nord.
a=0,5 mi-course : le vent est vers le sud.
Le schéma ci-dessous donne un synoptique simplifié de ce dispositif.

Etude du capteur d'angle et de l'adaptateur.
La conversion résistance / angle de rotation est réalisée par le montage suivant :

Enoncer les approximations à prendre en considération pour supposer que l'amplificateur intégré est parfait.
Les intensités de courants dans les deux entrées sont nulles et la tension Ud est nulle.

Préciser en le justifiant le mode de fonctionnement.
Il existe une liaison entre l'entrée inverseuse et la sortie de l'A.O : l'amplificateur fonctionne en mode linéaire.
Cette liaison étant assurée par un simple fil, il s'agit d'un montage suiveur de tension.
Exprimer Vp en fonction de Vcc, a, P et R.
Vcc = (R+P)Icc ; Vp = (1-a)PIcc ; Vp = (1-a)PVcc / (R+P)= (1-a)*2,2*10 / 4,4 = 5(1-a).
Exprimer V1 en fonction de Vp puis en fonction de a.
V1 =
Vp = (1-a)PVcc / (R+P).
Le montage suiveur de tension permet d'adapter les impédances. L'impédance d'entrée de l'A.O est infinie ; l'impédance de sortie est très faible. La tension de sortie reste constante quelle que soit l'intensité.

Le fonctionnement de la girouette suppose qu'à a=0 correspond l'angle q=0 et qu'à a=1 correspond l'angle q = 360°. Le potentiomètre est linéaire.
Exprimer a en fonction de q ( en degré).
q = 360 a.
Quel sera l'angle indiqué pour un vent soufflant de l'ouest vers l'est puis un vent contraire soufflant de l'est vers l'ouest.
Respectivement 90° et 270°.
Montrer que V1 = aq + V10.
V1(1-q / 360)PVcc / (R+P) = -q / 360PVcc / (R+P) + PVcc / (R+P).
a = -
PVcc / (360(R+P)) = -2,2*10 / (360*(2,2 +2,2)) =-1,39 10-2 V °-1.
V10 =
PVcc / (R+P) = 2,2 *10 / 4,4 = 5 V.


Etude du conditionneur de signal.
La tension V1 élaborée à l'étage précédent est appliquée à l'entrée du montage conditionneur qui permet une adaptation affine. Il sert à rendre la tension Vd proportionnelle à l'angle q. Vd = k q.
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Exprimer VE- en fonction de V1 et Vd.

V1 = VE-+ Ri et Vd + Ri = VE- ;
V1 =VE-+ VE- -Vd ; VE-= ½(V1 +Vd).
Exprimer VE+ en fonction de Vcc, R et R0.

Vcc= VE+ + Ri' avec VE+ = R0 i' ; Vcc = VE+ + RVE+/ R0  =VE+ (1+R/R0). VE+ = Vcc /(1+R/R0).
Calculer R0 si VE+ = ½V10 = 2,5 V.
1+R/R0 =Vcc /VE+ ; R/R0 =Vcc /VE+ -1 ; R0 =R / (Vcc /VE+ -1) =1/(10/2,5-1) =1/3 = 0,33 kW.
LorsqueVE+ = ½V10, donner Vd en fonction de V1 et V10. En déduire la constante k.
VE-= ½(V1 +Vd) ; VE+ = ½V10 VE-=VE+ ½(V1 +Vd) =½V10  ; Vd=V10  -V1.
Vd = k q  ; V1 = aq + V10 ;  Vd = V10  -V1 = -aq ; par suite k = -a =1,39 10-2 V °-1.



Choix du convertisseur analogique CAN.
Le régulateur est équipé d'une carte d'acquisition avec un CAN d'entrée de caractéristiques : 6 bits- Gamme 0 à 5 V.
Quelle est la valeur maximale Nmax de sortie de ce type de CAN ?
Il existe
26 = 64 combinaisons de sortie possible ; la première vaut zéro et la plus grande vaut Nmax = 26 -1= 63 ( en décimal ) ou bien 5 V.
Quelle est la tension pleine échelle UPE ?
UPE = 5-0 = 5 V.
Quelle est sa résolution q ? A quelle valeur d'angle qmin correspond-elle ?
q= 5 / 63 = 0,0794 ~0,08 V ;
qmin =360 / 63 =5,7 °.
Donner la valeur numérique lue sur par le régulateur lorsque la girouette indique un vent sud-ouest vers nord-est.
q = 45° ; 45 / 5,7  7,9 ~ 8 soit 0,63 V.
Afin d'améliorer la précision de la mesure, on remplace le CAN précédent par un CAN de caractéristiques : n bits- Gamme 0 à 5 V.
On désire une précision telle que qmini = 2°C.
Calculer la nouvelle résolution q'.
360 / 2 = 180 ; 5 / 180 ~ 0,028 V.
En déduire le nombre de bits nécessaires.
CAN 8 bits :28 = 256 combinaisons possibles ; Nmax = 255 ;  5 / 255=0,0196 V ; 360 / 255 = 1,4°, valeur inférieure à la précision 2°.



Etude du capteur d'humidité
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Le degré hygroscopique qui permet de chiffrer le taux d'humidité de l'air ambiant se mesure par l'intermédiaire d'un capteur capacitif.
La capacité C varie en fonction du taux d'humidité %HR de l'environnement. Les caractéristiques techniques données par le constructeur sont :
Gamme d'utilisation : 10 % <%HR < 90 % à 23°C ; bonne linéarité entre 10% et 90 % à 23°C ; précision 3,6 pF soit 4,5 %HR.
A l'aide de la courbe déterminer la sensibilité, le décalage de zéro du capteur, la valeur de C correspondant à 40 %.


  


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