CPGE oujda – Janvier 2013 Devoir Libre : les Capteurs Sup TSI Sujet 1 : STATION METEO AUTONOME   : «   SMA   »

Présentation   :

Pour étudier l’influence du trou d’Ozone sur l’environnement de notre pays, on a décidé d’installer des stations météo autonomes « SMA » dans différent endroit ( Montagnes, forets, plages, Sahara..).Les stations météo prélèvent la température, la pression et la vitesse du vent et transmettent ces données toutes les 10 mn, via une antenne parabolique (liaison satellite), à une banque de données situées à FES afin d’exploiter ces résultats. Ces SMA, sont alimentées en énergie grâce à des panneaux solaires. ( Partie non Etudiée ) L’avantage des SMA :

Fonctionnement continu 7j/7 et 24h/24. Pas de personnels (Economique). Elles permettent d’effectuer des mesures dans des endroits difficiles : Montagne (froid + neige),

Sahara (chaleur + tempête).

ETUDE DES CAPTEURS : Pression et Température

1. Capteur de pression  :

Pour mesurer la pression atmosphérique on utilise le capteur KPY10 de Siemens. L’étendue de mesure du KPY10 est de 02 bars.

Q1  : Dans la suite du sujet, on suppose que Vcap = S.P avec S = 13 mv/bar et P : Pression. Exprimer V en fonction de S, P, R3 et R4.Q2 : Exprimer Vp en fonction de S, P, R3, R4, R5, R6 et VA.Q3  : Sachant que la sensibilité désirée est 20 mv correspond à 0.02 bar, en déduire la relation entre R3, R4,

R5, R6.Q4  :Dans ces conditions, que devient la relation Vp en fonction de P.Q5  :Calculer VAmin et Vamax, quel est le rôle de AJ3.

1

VCCVCC

VCC

VCC

-VCC

-VCC

VCC

-VCC

-VCC

-VCCVCC

Vcap

10k

VA

KPY104558

+

-

3

21

84

4558

+

-

3

21

84

4558

+

-

3

21

84R3

R4

R3

R6

R6

R5

R5

10kAJ3 10k

4558

+ -

3 21

8 4

Vp

2. Capteurs de Température  :

On désire mesurer des températures entre –50C et +50C. Le capteur utilisé est le circuit intégré LM335, il a une sensibilité de 10 mv/K. On ajuste AJ2 pour avoir VC = 3.4815 V à T = 25C.

Q6 : Sachant que Vomin < VO < Vomax. Calculer Vomin ET Vomax

Q7 : On ajuste AJ1 pour avoir VO = 2.7315V. Compléter le tableau suivant : V = VC – V0

T(C) -50C -25C 0C 25C 50CV (V) ……….. ……….. ………… ………. …………

Q8 : la résolution du CAN et de 20 mv correspond à 1C, en déduire la valeur du rapport R1/R2.

Sujet 2 : Fabrication et Distribution de Pizza

ETUDE DU CAPTEUR ET CONDITIONNEUR :

Le groupe cooKsee technologie est le concepteur du premier automate préparateur et distributeur de pizzas.Cet automate cooKsee propose aux consommateurs une pizza de qualité, préparée devant eux en dix minutes au prix d’une pizza à emporter, de jour comme de nuit et sept jours sur sept.Il se présente comme un distributeur automatique (voir DOCUMENT 1 et 2), muni d’une surface vitrée qui dévoile chaque étape de la préparation et de la cuisson de la pizza. Le client choisit une recette parmi un large éventail de propositions.On peut commander une ou plusieurs pizzas identiques ou différentes. La fabrication d’une pizza requiert 10 mn, mais l’automate peut délivrer une pizza toutes les trois minutes. (un nouveau cycle de fabrication peut en effet être lancé alors qu’un ou deux cycles sont déjà en cours)Le client peut suivre la réalisation de la pizza «en direct » ou bien venir la retirer plus tard au moyen du ticket délivré par l’automate lors de la commande (suivi de son règlement par carte bancaire).

2

VCC

VCCVCC

VCC

-VCC

-VCC

VC

VO

10K

4558

+

-

3

21

844558

+

-

3

21

84

CAPTEUR

LM335

1

3

2

DZ

2V5

8K2

1K

12KR1

R1

R2

10KAJ2

4K7AJ1

R2

Vt

L’AUTOMATEL’automate cooKsee est un système automatisé multitâches piloté par un ordinateur relié à un réseau de microcontrôleurs. Il comprend 27 axes asservis. La commande est réalisée en logique floue.

LA FABRICATION D’UNE PIZZALa fabrication d’une pizza repose sur l’utilisation de dosettes qui contiennent la juste proportion des ingrédients nécessaires à sa confection. Deux ou trois types de dosettes (selon le type de pizza souhaitée) sont requises pour la fabrication d’une pizza :

A. Dosettes de type A : elles contiennent la pâte.B. Dosettes de type B : elles contiennent la tomate et le fromage.C. Dosettes de type C : elles contiennent les ingrédients de personnalisation (trois

ingrédients par dosettes : champignons, olives…).

Etude du système de pesage de l’automate :

Schéma Synoptique :

Principe :

La masse à mesurer sollicite un capteur de flexion industriel constitué d'une plaque métallique déformable sur laquelle sont collées des jauges d’extensométrie comme le montre la figure 1.Une jauge d'extensométrie est un capteur résistif traduisant en variation de résistance sa propre déformation (allongement ou compression).

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La variation de résistance de la jauge soumise à une déformation ΔL/L a pour expression:

ΔR/R = K . ΔL/L . avec K=2,2 : facteur de jauge et ΔR/R << 1.

L’ensemble constitué par le plateau et éventuellement les ingrédients repose sur une extrémité de la plaque alors que l’autre extrémité est fixée au bâti.Il s'agit de mesurer la déformation de la plaque métallique dont une extrémité est soumise à la masse M de l’ensemble "plateau + ingrédients éventuels ".La jauge J est collée sur la plaque.R0 : résistance de la jauge au repos (M=0).ΔR /R0 sera proportionnel à la masse M.Ainsi la valeur de la résistance RJ de la jauge peut s'exprimer par la relation: RJ = R0+ΔR

Q9 – Etude du Capteur et principe du conditionneur :

Le conditionneur a pour fonction de délivrer, à partir de la variation de la résistance de la jauge, une tension VAB qui varie (si possible linéairement) avec la déformation subie par la plaque métallique et donc avec la masse M de l’ensemble "plateau + ingrédients éventuels ".La jauge est insérée dans le montage suivant dans lequel R2 , R3 et R4 sont des résistances fixes.

Q91 Exprimer la tension VAB en fonction de E, RJ, R2, R3 et R4.Q92 Déterminer la condition à remplir pour que la tension VAB soit nulle lorsque la masse Mest égale à zéro.

Pour la suite de l’étude, on prendra : R2 = R3 = R4= R0.

Q93 En supposant que ΔR/R0 << 1, établir la relation VAB = f(ΔR/R0 ).La mettre sous la forme VAB = E(ΔR/K1.R0). Exprimer K1.

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Q94 Pour une masse de 4kg l’allongement relatif de la plaque déformable est ΔL/L = 0,16%.Calculer la valeur de la tension VAB pour cette masse.Dans la version commercialisée le "capteur/conditionneur" employé comporte quatre jauges afin d'obtenir une meilleure sensibilité et une insensibilité aux variations de température. Le fabricant de ce capteur de flexion donne les caractéristiques suivantes: Pour E=5VVAB= 0,5μV pour une masse nulle (nous négligerons cette valeur, soit VAB=0)VAB=9,726mV pour une masse de 5Kg.

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