[PDF] CENTRAL MEDIA LE THERMOMÈTRE ELECTRONIQUE

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CENTRAL MEDIA

PROJET

Réf.

KCM 433

LE

THERMOMÈTRE

ELECTRONIQUE

Version 3.00

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LE THERMOMÈTRE

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AVANT PROPOS

Ce projet est étudié en tenant compte de son aspect ludique et éducatif pour les ateliers de technologie. Chaque élève apprend à réaliser un projet dans les conditions réelles d "une entreprise. Central Media fabrique tous ses projets dans un seul souci : vous donner une entière satisfaction par des contrôles stricts et rigoureux.

Nous sommes toujours à votre disposition

En cas de doute, d"hésitation ou d"explication supplémentaire n"hésitez pas à contacter nos services technique et assistance.

Par téléphone : 01 48 65 45 59

Par fax : 01 48 65 45 65

Par E-mail : support@centralmedia.fr

- SOMMAIRE -

I : OBJECTIF

I-1 : Etude de base

I-2 : Définition du besoin

I-3 : Désignation du produit

II :

ETUDE DE LA FAISABILITE

II-1 : Fonctionnalité

II-2 : Critères d ' appréciation

II-3 : Facteurs de succès

III :

DOSSIER TECHNIQUE

III-1 : Diagramme structurel

III-2 : Schéma électronique

III-3 : Principe de fonctionnement

III-4 : Nomenclature

IV :

DÉFINITION

IV-1 : La thermistance

IV-2 : La température

IV-3 : La diode électroluminescente

3

V : REALISATION PRATIQUE

V-1 : Opération de brasure

V-2 : Opération d ' implantation

V-3 : Opération de perçage du circuit imprimé

V-4 : Opération de perçage du coffret

VI :

FABRICATION

VI-1 : Typon

VI-2 : Synoptique d ' implantation des composants

VI-3 : Gamme de montage

VII :

TEST TECHNIQUE

VII-1 : Norme électrique

VII-2 : Principe de réglage

VIII :

UTILISATION

ANNEXES

Code des résistances

Code des condensateurs céramiques et polyesters Européens Code des condensateurs céramiques et polyesters non Européens

Kits disponibles

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Le thermomètre Electronique

I : OBJECTIF

Toute fabrication ou création répond à un besoin. Un industriel ne

construit pas n ' importe quoi et n ' importe comment, sans cibler avant toutles besoins de ses clients.

La fabrication d'un objet sans étude préalable, risque de conduire financièrement l' entreprise vers un échec : aucune garantie de vente du produit et de production n'est assurée.

I - 1 : Etude de base

La température est un phénomène physique, dont la valeur réglemente l'activité humaine ainsi

que celle des autres êtres vivants.

Une entreprise décide de réaliser un indicateur de température moyenne. La sonde de référence

est une thermistance : résistance variable en fonction de la température.

I - 2 : Définition du besoin

Le projet doit répondre à un besoin : celui d'indiquer la température. Le module indique la température par une rampe à LEDS colorées : - la couleur verte pour les températures basses - la couleur jaune pour les températures moyennes - la couleur rouge pour les températures hautes La sonde est placée à l'extérieur du module pour mesurer l'air ambiant. Un bouton poussoir permet la lecture et limite la consommation d'énergie électrique.

La mesure de la résistivité de la sonde se fait par un circuit comparateur, réalisé avec des

amplificateurs opérationnels. 6

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I - 3 : Désignation du produit

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II : ETUDE DE LA FAISABILITÉ

Une fois le besoin ciblé, il reste à l ' entreprise à définir les caractéristiques du produit et ses éventuelles contraintes techniques. Une entreprise est limitée par sa structure. Elle ne peut pas

construire n'importe quoi et n'importe comment. A partir d'un cahier descharges, elle réalise un prototype pour garantir la faisabilité du produit.

II - 1 : Fonctionnalité

La fonctionnalité est l'action de définir toutes les applications prévues par le produit :

Le projet se compose de deux parties :

- une première partie joue le rôle de détecteur : c'est à dire la conversion de la température

sous forme de tension électrique, par l'emploi d'une thermistance et d'un amplificateur opérationnel.

- la seconde partie est l ' affichage sous forme d'une rampe de LEDs Un bouton poussoir assure la lecture de la température et évite la consommation en énergie

électrique du module inutilement.

La thermistance utilisée est une CTN (résistance à coefficient de température négatif).

L'affichage est composé de 8 LEDs dont 3 LEDs sont de couleur rouge, 2 LEDs de couleur jaune et 3 LEDs de couleur verte.

II - 2 : Critères d'appréciation

Les critères d'appréciation définissent les attentes du client face au produit. Le module est compact, facilement transportable et peut être placé partout. Le bouton poussoir est placé sur le haut du boîtier pour assurer une bonne prise en main. Le choix des couleurs des LEDs apporte une lecture rapide et facile de la température :

jaune pour la température idéale, vert pour une température plutôt froide et rouge pour une tempéra-

ture plutôt chaude.

La CTN est placée à l'extérieur du boîtier pour prendre la mesure de la température ambiante.

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II - 3 : Facteurs de succès

Les facteurs de succès sont l'ensemble des remarques d'appréciation du client face au produit :

- ensemble compact et robuste - grande autonomie d ' utilisation - utilisation simple et aisée - autonome - lecture facile et agréable 9

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III : DOSSIER TECHNIQUE

Le cahier des charges et celui du besoin définis, reste à l ' entreprise àélaborer le dossier technique.

Ce dossier permet de comprendre les diverses fonctions du module proposé : dans son usage, dans son fonctionnement global et dans son principe. Le dossier technique coordonne les divers services internes de l ' entreprise.

III - 1 : Diagramme structurel

DEBUT

Conversion

température / tension

Variation de tension

Affichage de la variation

qui indique la température

Arrêt

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III - 2 : Schéma électronique

III - 2. 1 Alimentation

III - 2. 2 Convertisseur température /tension

8 7 6 5

1 2 3 4

IC1

CTNθ°C

R24 R3 R2 R1 R4 R5 R25V out V pol. R 23

9 V DZ2

V pol. 11

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III - 2. 3 Comparateur de tension et affichage

Del8 Del7 Del6 Del5 Del4 Del2 Del3 Del1 R17 R16 R15 R14 R18 R19 R20 R21 R12 R11 R10 2- 3+ 6- 5+ 9- 10+ 13- 12+ 2- 3+ 6- 5+ 9- 10+ 13- 12+ 1 7 8 14 1 7 8 14 4 4 11 11 11 R8 R7 R6 P1 R22 Dz1 R9 R13 R26 Vpol E CI2 CI3 4 1 7 8 14 11 4 11 IC2 IC3 LED8 LED7 LED6 LED5 LED4 LED3 LED2 LED1 12

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III - 3 : Principe de fonctionnement

Les entrées 2 et 3 du circuit intégré UA741 sont montées en comparateur de tension. La CTN

forme avec les résistances R1, R2 et R24 un pont diviseur dont la tension médiane est appliquée à

l'entrée 3. La place occupée par la CTN dans ce montage est très déterminante malgré la symétrie du

pont. En effet, si on intervertit la CTN et la résistance R24, le sens de variation de V out sera inversé.

Les valeurs des résistances R5 et R25 vont déterminer l'amplification de l'UA 741. Elles vont en

outre permettre d'établir le lien entre l'intervalle de température à mesurer ainsi que les valeurs

extrêmes des tensions que l'on souhaiterait avoir pour alimenter le second étage.

L'entrée 8 de l'UA741 reste libre. Les deux entrées 1 et 5, qui correspondent à la compensation

de la tension (Offset Nul) sont elles aussi libres.

La visualisation de la température à mesurer va s'effectuer par l'intermédiaire d'une série de

huit diodes électroluminescentes. Ce sont des LEDs standards diffusantes de 5 mm de diamètre. Les

trois séries de couleurs (trois vertes, deux jaunes et trois rouges), utilisées dans le montage, sont

réparties de la manière suivante :

Couleur de la LEDTempérature indiquée

Les trois vertes12°C ; 14°C ; 16°C

Les deux jaunes18°C ; 20°C

Les trois rouges22°C ; 24°C ; 26°C

Une diode électroluminescente émet de la lumière lorsqu'elle est polarisée dans le sens direct,

lorsque son anode est branchée au pôle positif de la source. La LED montée à la sortie d'un comparateur

donné sera allumée lorsque le signal de l'entrée non inverseuse sera supérieur au signal présent à

l'entrée inverseuse correspondante. Ce montage (page 10) utilise une collection de 8 amplificateurs opérationnels regroupés par 4

dans deux boîtiers. Ces quatre amplificateurs opérationnels fonctionnent en comparateur de tension et

ont leur entrée non inverseuse raccordée en parallèle (bornes 3, 5, 10, 12). C'est sur cette entrée parallèle

que sera appliquée le signal E=V out , issu du C.I. UA741.

Les entrées inverseuses (bornes 2, 6, 9, 13) sont connectées au noeud d'un réseau de résistan-

ces séries montées en diviseur de tension et polarisant chaque comparateur à son niveau de change-

ment d'état. Elles reçoivent la tension de polarisation par l'intermédiaire de la résistance R13.

Une diode zéner DZ1, montée en parallèle avec les résistances séries des entrées inverseuses

limite la tension maximale permettant l'allumage de la huitième LED. Les valeurs extrêmes permettant

l'allumage de toutes les LEDs vont dépendre du rapport entre R13 et P1 d'une part, R22 et R26 d'autre

part. Le choix de cet intervalle de tension doit être le même que celui délivré par le signal E.

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III - 4 : Nomenclature

DessinRep.Nb. DésignationSymbole

R1 1 résistance de 1,5 kilo ohms R2 1 résistance de 1,5 kilo ohms R3 1 résistance de 2,7 kilo ohms R4 1 résistance de 1 kilo ohms R5 1 résistance de 1 kilo ohms R6 à 12 8 résistance de 43 ohms R13 1 résistance de 270 ohms R14 à 21 8 résistance de 1 kilo ohms R22 1 résistance de 47 kilo ohms R 24 1 résistance de 68 kilo ohms R23 14

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Rep.Nb.Désignation

SymboleDessin

IC3 - IC2 2 circuit intégré LM 324 IC1 1 circuit intégré μA741 LED 6 à 8 3 diode électroluminescente rouge Φ 5mm LED 1 à 3 3 diode électroluminescente verte Φ 5mm LED 4 et 5 2 diode électroluminescente jaune Φ 5mm

INT 1 bouton poussoir

R25 1 résistance de 130 ohms R26 1 résistance de 8,2 kilo ohms CTN 1 thermistance CTN de 100 Kilo ohms PRV 1 résistance variable verticale 2 kilo ohms DZ1 1 diode zéner de 5,6 volts DZ2 1 diode zéner de 7,5 volts 15

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Rep.Nb.Désignation

SymboleDessin

fil1 1 fil noir de 10 cm fil2 2 fil blanc ou jaune de 10 cm Su8 1 support de C.I 8 broches Su14 2 support de C.I 14 broches CPL 1 coupleur de pile 9 volts

CI 1 circuit imprimé dim = 62 x 55 mm

SA123 1 boîtier plastique de couleur 16

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IV : DÉFINITION

Le prototype utilise des éléments dans sa conception et sa mise au point. Ceci nécessite une définition pour chaque phase utilisée par l ' objet. Elles serviront de base pour la fabrication de l'objet par l'entreprise.

IV . 1 : La thermistance

Une thermistance est un composant électronique dont la résistivité ohmique varie avec la température.

IV - 2 : La température

La chaleur est une énergie. La température est une valeur quantitative qui exprime la tendance relative d'un corps à céder de la chaleur.

IV - 3 : La diode électroluminescente

Une diode est construite à partir de semi-conducteurs. Sans entrer dans les détails, il existe deux grands types de semi-conducteurs : le type N et son

inverse le type P. La diode électroluminescente est formée par la jonction d'un semi-conducteur de type

N avec celui d'un type P.

Cet assemblage impose un sens d'alimentation de la diode électroluminescente : en effet si

celle-ci est alimentée en sens contraire elle ne conduit pas le courant. Inversement lorsque la diode

électroluminescente est alimentée correctement, le courant passant dans la diode émet de la lumière.

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