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Do it yourself:
les mesures de la température
Températures
A l'étape précédente, nous avons préparé notre installation et fait des choix (choix de l'ordinateur, placement, etc...)

Température des locaux

La température des locaux et de la chaudière doivent être convertis en une tension électrique qui sera numérisée. La plupart des convertisseurs acceptent une tension de 0 à 5 volts. Notre signal de température doit donc aller de 0.5 à 4.5V.

Il est possible d'utiliser un circuit intégré "all in one" qui mesure la température et produit une valeur numérique, mais aucun atteint la précision requise. L'amplificateur et le convertisseur A/D produisent de la chaleur: ces circuits ont une précision inhérente faible. Il s'agit par exemple des sondes "one wire" de Dallas semiconductors.

J'utilise un LM3911N comme sonde de température. Ce circuit fournit 10mV par degré, signal qui doit être amplifié environ 30×. L'amplificateur augmente fortement la dérive du signal (réagit très fort aux changements les plus infimes de la température). Cette dérive sera corrigée en partie par un lissage par le logiciel. La sonde est placée sur le boitier (pour réagir rampdement) tandis que le circuit d'amplification est placé dans le boitier.

Le signal amplifié est transmis par un cable microphonique vers les convertisseurs A/D situés à coté de l'ordinateur. La sonde et l'amplificateur recoivent leur alimentation directement via un fin cable audio (+12 et -12V), la consommation totale est de quelques mA: pas besoin d'une alimentation séparée!

Velleman kit K8067

Le kit Velleman K8067 est maintenant disponible (il ne l'était pas au moment de la réalisation de mon système). Tandis que le module précédent produisait une tension, ce module-ci produit un courant comme tous les capteurs utilisés dans un environement industriel. La boucle de courant 4-20mA est un standard industriel. On trouve facilement des capteurs qui transforment une valeur physique en mesure numérique. Ces appareils sont de qualité industrielle (résistance à la pluie et aux fortes chaleurs), mais le prix est aussi... industriel.

Il existe des convertisseurs à boucle de courant qui ont une sortie sérielle RS 232 - RS 422 ou RS 485 qui permet de franchir une plus grande distance, jusqu’à 1000m (ce qui est pas mal pour notre petite habitaion unifamiliale...)

L'avantage d'une boucle de courant est que les pertes dans les cables et les défauts de masse sont neutralisés, c'est pour cela qu'on les utilise dans l'industrie. Comment convertir un courant en tension est expliqué dans la notice qui accompagne le kit K8067. Il suffit de placer une résistance en parallèle sur l'entrée du convertisseur A/D K8055

La sonde du K8067 peut être placée à distance, ce qui est idéal pour mesurer la température de la chaudière. La sonde est au format TO-92 (ressemble à un petit transistor). L'amplificateur est alors placé à l'extérieur de la chaudière.

Pour une mesure de température des locaux, nous plaçons le capteur hors du boitier et le circuit d'amplificateur dans le boitier. Le circuit qui produit notre bouche de courant génère de la chaleur (200mW au maximum).

Le kit peut être utilisé tel quel, mais nous allons ajouter un amplificateur de dérive (pour augmenter le différentiel de notre régulateur PID), indiqué en rouge sur le schéma. Cette dérive est en partie lissée par le logiciel (ce qui d'un coup augmente aussi la précision de la conversion) et nous permet de faire une prédiction de la température. Nous pouvons ainsi éteindre le chauffage avant que la température désirée ne soit atteinte, l'inertie thermique de l'eau faisant le reste.

Nous plaçons une résistance de 250Ω en fin de boucle, donc juste à l'entrée du convertisseur A/D pour transformer le courant en tension. Il est possible de modifier la portée en utilisant une autre résistance de charge. 250Ω est idéal pour une mesure de la température de la chaudière. Pour la température des locaux, on utilisera plutot 1kΩ.

Si tu utilises un multiplexeur pour faire aboutir plusieurs signaux à numériser sur un seul convertisseur: il faut placer la résistance de charge de chaque boucle à l'entrée du multiplex (donc une résistance par boucle) et non pas une seule résistance à l'entrée du convertisseur. Dans ce dernier cas le courant de boucle circule dans l'interrupteur (un transistor CMOS), ce qui peut influencer la précision de la mesure.

Température de la chaudière

Pour la mesure de la température de la chaudière, on peut utiliser un capteur LM335Z d'un kit Velleman-kit qu'on place dans la buse de mesure (bien isoler les trois fils).


Sonde d'un ancien Philips Space Cube
Limer la partie plastique pour permettre l'introduction de la sonde dans la buse de mesure de la chaudière
Mais on peut aussi utiliser une sonde d'un Philips Space Cube (les premiers fours à micro-ondes de Philips, qui n'était pas encore repris par Whirlpool). La sonde est une résistance à coéfficient de température négatif (NTC) qui a une résistance de 60kΩ à 20° et de 1kΩ à 60°. Le gradient est tout sauf linéaire, mais cela n'a que peu d'influence pour la mesure de la température de l'eau. Nous connectons la sonde entre le +12V et une résistance de 1.5kΩ à la masse. La sonde sert de source de courant et la résistance transforme le courant en tension, comme une boucle de courant classique. Le gradient de voltage est le plus grand dans la région qui nous interesse (températures de 40 à 60°)

Lors d'une mesure de température linèaire, une équation au premier degré suffit pour transformer la mesure en température effective. Dans le cas contraire (résistance NTC), il faut utiliser une équation quadratique.

Dans les dernières étapes, nous allons rendre notre système auto-paramétré: le système va calculer la quantité de chaleur nécessaire et chauffer la chaudière à la bonne température. Le logiciel n'a pas besoin de connaitre la température absolue de l'eau, le logiciel "sait" que la température de l'eau doit indiquer 45° pour maintenir le local à la bonne température. La température exacte de l'eau n'a pas d'importance.

A l'étape suivante, nous allons préparer les interfaces avec l'ordinateur.

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