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Circuits électroniques
commande du chauffage central
Electronique

Tout sur un circuit perforé

Les circuits électroniques sont généralement si simples qu'une plaquette perforée suffit amplement. Toute l'intelligence se trouve dans le logiciel, les circuits électroniques ne servent que d'interface.

Cet amplificateur opérationnel quadruple sert de watchdog. Le logiciel doit fournir une impulsion toutes les secondes. Quand il n'y a pas d'impulsions, toutes les fonctions importantes sont bloquées (ferméture des vannes de gaz et arrêt du circulateur). Si l'interruption dure plus de 5 minutes (alors qu'il y a avait des impulsions au préalable), cela signifie que le logiciel est bloqué. L'ordinateur reçoit alors un reset.

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Détecteur de flamme

Détecteur de flamme par ionisation du gaz (effet diode)

Les bruleurs de chaudière sont équipés d'un détecteur de flamme. Les bruleurs à mazout utilisent un LDR (light dependent resistor) car la flamme éclaire en jaune. On utilise de plus en plus des détecteurs PIR adaptés (infra-rouges passifs).

Un gaz n'émet pas de lumière (si le bruleur est bien réglé), c'est pour cela qu'il faut utiliser une autre méthode. Les appareils plus anciens utilisent un thermostat ou un thermocouple (qui réagissent lentement). On utilise maintenant un détecteur d'ionisation qui mesure la présence de la flamme. Ce détecteur réagit en moins d'une seconde.

Une flamme a un effet redresseur (indiqué par la diode rouge sur le schéma ci-dessus) et une impédance très élevée de l'ordre de 100 MΩ. C'est la raison de l'utilisation d'amplificateurs opérationnels à effet de champ (FET) de type LF353. La mesure de la flamme n'est pas possible avec un amplificateur opérationnel classique. Le premier étage sert de tampon haute impédance et le second étage rend le signal positif, pour qu'il puisse être numérisé par l'interface.

Le transfo, le petit condensateur et la diode (le plasma) forment un circuit Delon, un redresseur qui a comme référence la masse. Un plasma (un gaz ionisé) est également légèrement conducteur, mais j'utilise spécifiquement l'effet redresseur pour éliminer l'influence d'une contamination éventuelle. Une contamination est conductrice dans les deux sens (pas d'effet redresseur). L'effet redresseur provient du déplacement des ions dans le gaz en combustion. Si la flamme s'éteint, il y toujours déplacement de gaz, mais celui-ci n'est plus ionisé et ne conduit donc plus l'électricité.

Le détecteur d'ionisation doit être protégé des décharges électriques en provenance de l'électrode d'allumage toute proche. Cela peut se faire par un VDR basse tension ou des diodes. L'utilisation d'une résistance d'entrée de 10MΩ protège l'amplificateur.

Détecteur de flamme par chaleur

On peut également détecter la présence du gaz enflammé par un thermocouple. La température peut monter très haut et seul un thermocouple résiste aux hautes températures (sa durée de vie est malheureusement limitée, ce qui n'est pas le cas avec un détecteur par ionisation).

Le signal du thermocouple est d'environ 40mV (flamme présente) selon le positionnement de la sonde. Dès que la flamme s'éteint, la tension chute rapidement à 30mV, pour ensuite diminuer plus lentement. Le plus simple est d'amplifier le signal 100× (tension de sortie de 0 à 5V) et d'envoyer le signal amplifié à un comparateur dont on règlera le niveau "flamme éteinte" à 75% de la valeur "flamme allumée".

Une compensation de la soudure froide n'est pas nécessaire car la température de la soudure froide est basse en comparaison de la température de la soudure chaude et la détection de la flamme ne nécessite pas une mesure exacte de la température.

Oscillateur

Les convertisseurs A/D ont une résolution de 256 bits. Comment est-il possible d'afficher une température avec deux décimales?

Superposition d'une légère oscillation
Les températures des locaux d'habitation vont de 15 à 25°, ce qui nous donne environ 25 points de mesure par degré. Mais nous pouvons augmenter la précision de la conversion en superposant une oscillation au signal à numériser.

Supposons que la valeur exacte soit de 106.3. La conversion fournit les valeurs suivantes sans signal superposé:
106 106 106 106 106 106 106 106 106 106
Avec le signal superposé nous avons:
106 107 107 108 107 106 106 105 105 106 arrondi 106.3

L'amplitude du signal que nous superposons ne joue pas un role prépondérant, il doit être suffisant pour être détecté par le convertisseur, mais pas si fort qu'il provoque un écrètage. Même la forme du signal n'a pas d'importance, pour autant qu'il soit symmétrique par rapport au noveau moyen: sinus, triangle, dent de scie: OK, onde carrée, impulsion: pas OK.
Le schéma présente un oscillateur simple. Le second étage produit un signal plus linéaire en éliminant l'écrètage éventuel.

Ce système est utilisé dans certains anciens lecteurs de CD Philips (du temps que Philips fabriquait encore ses lecteurs....). Il s'agissait des lasers CMD 4/19 et l'oscillation qui était ajoutée facilitait la numérisation du signal d'erreur. Le lecteur fonctionnait sans oscillateur, mais était moins fiable.

Il n'est pas nécessaire d'effectuer 10 mesures par période, il est même possible d'effectuer une mesure toutes les 10 périodes. Dans mon système, j'effectue une conversion toutes les 5 secondes, tandis que l'oscillateur travaille à environ 1.7Hz. Je fais donc une mesure toutes les 8 à 9 périodes. Un filtre low pass élimine la composante variable et me fournit une mesure 10 fois plus précise que la résolution numérique de mon convertisseur.

Différentiel analogique
J'utilise un système différent pour la température de la chaudière, notament un différentiel poussée (amplification électronique de la dérive). Une mesure précise de la température de l'eau n'est pas importante, mais il est important de savoir si la température monte ou descent, et à quelle vitesse.

Le différentiel analogique amplifie fortement le bruit de fond inhérent du capteur, ce qui produit une variation stochastique de la valeur numérisée. Cette valeur est ensuite légèrement intégrée et me donne une valeur qui réagit rapidement aux changements de la température de l'eau.

Quel que soit le système utilisé, oscillateur ou bruit de fond, la variation de la mesure et son intégration dans le temps permet une meilleure résolution que les 256 bits du convertisseur.

Le principe de l'intégration de nombreuses mesures est utilisé dans les tout nouveaux capteurs (encore en phase de test): capteurs binaires

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