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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2

Lycée Voltaire Legrand Bruno et Carillet André

THÈME SOCIÉTALSanté : assistance médicale

PROBLÉMATIQUE Pour un débit réglé sur l’appareil, vérifier l’autonomie de la batterie,respecte-t-elle le cahier des charges ? OBJECTIFS- Mise en œuvre des systèmes dans leurs conditions réelles d’exploitation.-Mesure de l’écart entre les performances attendues et les performances estimées par la mesure du courant consommé.- Analyse des performances du système et modification de l’autonomie.- Modélisation des courants consommés- Mesure de l’écart performances simulées / performances mesurées.

SITUATION DANS LE CYCLE DE FORMATION1ème année du cycle terminal (début de première année)

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PROBLÈME TECHNIQUE

Vérification de l’autonomie de la batterie et modification du choix de la technologie.

CENTRES D’INTÉRÊT

Expérimenter et mesurer la consommation énergétique du pousse seringue.

Analyser les constituants du système réel d’un point de vue structurel.

Mettre en œuvre un protocole de mesure.

ORGANISATION DE LA CLASSE

Le laboratoire est équipé de deux systèmes réel instrumentés .

La séquence s’adresse à une partie de la classe selon les effectifs. Il est possible de mettre en parallèle 2 études de cas différents (sécateur, voiture RC, etc).

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Aide à l’assistance médicale

Besoin Libérer le personnel médical

Quelques indications du cahier des charges

-Plage de débit-Choix automatique de la seringue-Précision sur les débits-Seuil d’occlusion-Autonomie électrique

Grandeurs mesurables

-Débit-Vitesse de déplacement linéaire-Vitesse de rotation du moteur-Energie électrique consommée

Grandeurs simulées -Programmation de la commande du moteur.-Vérification de la rotation du moteur.- Modélisation de la consommation

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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2Déroulement de la séquence


L M M J V S D L M M J V S D

Semaine 1 Semaine 2

TP(2h)

C/TD(2h)

C/TD(2h) Evaluation sommative

Rest(2h)

Séquence

Compétences

Analyser Modéliser Expérimenter Communiquer

A1 A2 A3 B1 B2 B3 B4 C1 C2 D2 D3

N°Séance

1 TP

2 Cours

3 TD

4 Com.

5Evaluation

Scie

nces

de

l’ing

énie

ur p

rogr

amm

e 20

11Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2

Résumé des compétences attendues

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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2Semaine 1 : Capacités à transmettre


Analyser

Compétences attendues

Connaissances Capacités

A1 Fonction d’usage. Identifier et caractériser les fonctions de services.

A2 Architecture fonctionnelle -Identifier composants -Décrire les rôles respectifs

A2 Chaîne d’énergie. Identifier et décrire la chaîne d’énergieAnalyser les apports d’énergie (transfert, stockage).

A2 Impact environnemental Evaluer l’impact environnemental (matériaux, énergie, nuisances).

A3 Analyse des écarts -Quantifier les écarts entre valeurs attendues et valeurs mesurées.

-Quantifier les écarts entre la simulation et les valeurs attendues.

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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2Semaine 1 : suite des capacités à transmettre


Modéliser



B1 Energie et puissance. Décrire les lois d’évolution des grandeurs.Utiliser les lois et relations entre les grandeurs.

B2 Chaîne d’énergie Associer un modèle aux composants d’une chaîne d’énergie.

B3 Paramètre d’une simulation Adapter les paramètres de simulation.

B4 Modèles de connaissances Vérifier la compatibilité des résultats obtenus (amplitudes et variations) avec les lois et principes physiques d’évolution des grandeurs.

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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2Semaine 1 : suite des capacités à transmettre


Communiquer



C1 Prévision quantitative de la réponse du système.

Identifier le comportement du système et prévoir l’ordre de grandeur de la mesure.

C2 Appareils de mesure et principe d’utilisation.

Mettre en œuvre Ampèremètre voltmètre.

Utilisation d’un tableur afin de réaliser les calculs et présenter la courbe de l’autonomie du P.S. en fonction du débit.

Expérimenter



D2 Internet Effectuer une synthèse des informations.

D3 Production de documents Production d’un diaporama.

Scie

nces

de

l’ing

énie

ur p

rogr

amm

e 20

11• Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2• Semaine 1 : Contenu

TP COURS TD

Mesure de l’autonomie électrique (durée 2h)

Analyse du besoinAnalyse fonctionnelle

Identifier les composants réalisant l’alimentation et le stockage électrique.

Mesure du débit de la batterie en cours de fonctionnement.

Tracé de la courbe d’autonomie de la batterie (tableur) en fonction du débit affiché.

Conclure sur la validité entre l’autonomie mesurée et calculée et celle du CDFC.

Mesure du courant de recharge de la batterie et détermination du temps de recharge.

Les accumulateurs (durée 1h)

Caractéristiques:Tension d’une cellule élémentaire, énergie stockée, débit maxi.

Principe de charge Décharge (loi de Peuklert)

Synthèse des accumulateurs(tableau masse, volume, densité énergétique)

Les condensateurs (durée 1h)

ConstitutionEnergie emmagasinéeCharge et décharge

Comparaison énergétique.

Modélisation (durée 1h)

Modifier les paramètres du moteur pour s’approcher au plus près de la consommation du PS

Mesure en simulation du courant consommé par la batterie pour différentes valeurs de débit (modification de la durée des pas.)

Mesure des écarts entre réel et simulé.

Conversion AC/DC (durée 1h)-Transformateur-Redresseur-Filtrage

Calcul et choix d’un condensateur de filtrage d’une tension redressée en fonction du courant consommé.


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Développement de la séquence et de ses séances

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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2Semaine 1 TP


TP: Mesure de l’autonomie électrique du PS

Prérequis :

Mesure de I et U

.

Documents fournis:

Schéma de l’alimentation du P.S.

Courbes de décharge batterie.

Dossier technique.

Objectifs élève:

-Mesurer la consommation du P.S. et en déduire l’autonomie de la batterie pour différents débits.

-Comparer les résultats avec le cahier des charges comment améliorer l’autonomie du pousse seringue.

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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2Semaine 1 : TP travail à effectuer


1)Compléter le diagramme pieuvre puis le schéma fonctionnel.

2)Retrouver le nom des composants réalisant l’alimentation.

2) Mettre en place les appareils de mesure (V et A).Mesurer la consommation de la batterie du P.S. pour différents débits.

3) le tracer de l’autonomie pour différentes mesures.Sous Tableur.

4) Quantifier les écarts entre les résultats précédents avec les courbes de Peuklert.

5) Quantifier les écarts avec le cahier des charges et les mesures obtenues trouver une solution pour améliorer cette autonomie.

6) Proposer un protocole pour mesurer l’autonomie réelle.

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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2Semaine 1 : Cours


Caractéristiques générales de batteries Durée:1h

1 Tension d’un élément 2 Quantité électrique stockée3 Energie stockée4 Courant de charge5 Courant de décharge6 Tableau récapitulatif des densités massiques énergétiques

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Bleigelakku.jpg

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:NiCd_various.jpg

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Lipolyo1rp.jpg

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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2Semaine 1 : TP travail à effectuer


1) DéfinitionsConstitution Capacité électriqueCapacité énergétique

2) Charge DéchargeCourbeEquation temporelle

3) Supercondensateur Constitution

4) Comparaison des différents stockage électrique

2

22..

2

1

C

QUCE UCQ .

Les condensateurs

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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2Semaine 1 : TD travail à effectuer


A partir du schéma sous Proteus :

- Retrouver et modifier les valeurs internes du moteur pour s’approcher au plus près du réel. Modéliser la consommation de la partie commande. Durée:10mn

- A partir de relation vitesse moteur/débit.

Calculer les valeurs de période d’un pas pour les valeurs extrêmes de débit. Durée:10mn

- Modifier les valeurs dans Flowcode et implanter cette valeur dans Proteus.

Durée:20mn

- Mesurer le courant total débité par l’alimentation pour les valeurs extrêmes.

- Conclure sur la validité des modèles.

Durée:15mn

+88.8

M1

RA0/AN02

RA1/AN1 3

RA2/AN2/VREF-/CVREF4

RA4/T0CKI/C1OUT6

RA5/AN4/SS/C2OUT 7

RE0/AN5/RD 8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS 10

OSC1/CLKIN 13

OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI/CCP216

RC2/CCP117

RC3/SCK/SCL18

RD0/PSP019

RD1/PSP120

RB7/PGD40

RB6/PGC39RB5

38RB437RB3/PGM

36RB235RB1

34RB0/INT33

RD7/PSP730

RD6/PSP629RD5/PSP5

28RD4/PSP427RD3/PSP3

22RD2/PSP221

RC7/RX/DT26RC6/TX/CK

25RC5/SDO24RC4/SDI/SDA

23

RA3/AN3/VREF+ 5

RC0/T1OSO/T1CKI15

MCLR/Vpp/THV 1

U1

PIC16F877A

a1a2b1b2

S1

S4

S3

S2

1B1

2B2

3B3

4B4

5B5

6B6

7B7

8B8

1C18

2C 17

3C16

4C 15

5C14

6C 13

7C12

8C 11

COM 10

U2

ULN2803

a1a2b1b2

S1S2S3S4

BAT26

6V

6V 6V

RST

CLKCE

+88.8

Amps

6V

REMARQUE : Pendant cette heure de TD,les élèves possèdent les simulations correspondant à leur montage de TP et donc à un questionnement différent à adapter suivant le cas.

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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2Semaine 1 : TD suite


Modéliser la consommation maxi du P.S. par une résistance.Durée:10mn

Retrouver la relation de la variation de U aux bornes de C en considérant que celui-ci se décharge sous I constant. (Q=CU Q=It)Durée:20mn

Calculer la valeur de ΔUc pour différentes valeurs de C (pour la consommation maximale du P.S.)Vérifier les valeurs obtenues à l’aide de Proteus.Durée:20mn

Retrouver sur le schéma la valeur de C de filtrage calculer ΔUc maximal.Vérifier les valeurs à l’aide de Proteus.Durée:10mn

BR1

BRIDGER174

C1(1)

C1500u

TR1

TRAN-2P2S

+88.8

AC Volts

(+)

Remarque: Durant cette heure le questionnement du TD sera commun à tous les élèves.

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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2Semaine 2 : Restitution


Pour chaque groupe: préparation d’un diaporama afin d’exposer :

- Leurs mesures effectuées pour déterminer l’autonomie du système ainsi que leurs résultats.- Une analyse sur la validité et les limites des valeurs de simulation. *PS écart de I en fonction du débit non attendu en simulation,

*sécateur non prise en compte du couple nécessaire a l’extension du ressort.*Non prise en compte des accélérations et décélération en fonctionnement normal d’utilisation.

- Une analyse du type de batteries (avantages inconvénients)*Plomb pour pousse seringue, NImH voiture RC, CdNi sécateur).

- Choix du temps de charge (avantages inconvénients) (rapide voiture RC, lent pour le PS et sécateur)

Durée:1heure

Présentation à la classe de 20mn pour chaque groupe.Durée:1heure

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50

100

150

200

250

300

350

400

courant consommé en mA

courant consomée en mA

0 10 25 50 75 100 125 150 175 2000.002.004.006.008.00

10.0012.0014.0016.0018.0020.00

autonomie en heure

autonomie

<<

BR1

2W04G

C11000u

VI3 VO 2

ADJ

1

U1LM317T

R1220

R21k

D1

1N4007

D2

1N4007

BATTERIE PLOMB 6V6

BR2

2W04G

EDF 230 Volts

12 à 15 Volts

TR1

TRAN-2P2S

C210u

+VCC

GND

FA11 FA12 FA13

FA14 FA15

FA16

<<

??

?

?

?

?

?

?

Seringue liquide et cathéter

milieu hospitalier

supportpersonnel médical

patient

POUSSE SERINGUE

énergie

Fp1 injecter de façon régulière un liquide thérapeutique au patient selon un débit programmé.Fp2 libérer le personnel médical pour d’autres interventions.Fc3 avertir le personnel d’un dysfonctionnement.Fc4 prévenir de la fin de la perfusion.Fc5 accepter différents types de seringues, mise en place aisée et rapide de la seringue.Fc6 le support ne doit pas glisser.Fc7 être facile à nettoyer pour faciliter le fonctionnement en milieu aseptisé.Fc8 être alimenté sous 240 V et sous alimentation continue ou alternative de 12 Volts et avoir une autonomie de plusieurs heures en cas de défaillance de la tension secteur.

<<

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