Realisation d’un ph-metre et d’un thermometre numerique

De nos jours, l’évolution de la technologie est devenue incontournable. Presque tous les domaines sont concernés. C’est l’un des piliers du développement de la société et surtout de l’économie. L’un des éléments de base de cette croissance est l’électronique, qui, à partir de la seconde partie du 20ème siècle, a su répondre aux besoins de l’homme pour s’épanouir et faciliter les productions en grande quantité dans nombreux secteurs comme l’industrie et les recherches scientifiques.

Sur ce point de vue, le domaine de la chimie a pu profiter des avantages de la technologie par l’intermédiaire de l’électronique, une des disciplinesque l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo enseigne. L’utilisation des machines dans le concept « Assisté par ordinateur » a porté dans les laboratoires de chimie des transformations considérables.

REALISATION D’UN PH-METRE ET D’UN THERMOMETRE NUMERIQUE 

Réalisation d’un module pH-mètre 

Conception

Les électrodes de verres sont très utilisées dans les laboratoires de chimie pour la mesure de concentration d’ions d’hydrogène (valeur du pH) d’une solution. Le principe de construction d’une telle électrode est celui de la cellule galvanique c’est-à-dire le fer est plongé dans un bain d’oxyde de zinc pour le protéger de l’oxydation. La tension de sortie est proportionnelle à la valeur du pH de la solution à mesurer. La valeur du pH dépend également de la température de la solution. Le pH mètre sera donc un voltmètre compensé en température. Il existe trois types d’électrode de mesure : L’électrode de verre, l’électrode de référence et l’électrode combiné [1]. Le choix est d’utiliser l’électrode combiné, il est plus facile de manipuler une seule électrode plutôt que deux. Ce type d’électrode combine en une seule entité une électrode de verre et une électrode de référence. Un deuxième avantage est que cela aide à s’assurer que les deux électrodes soient bien à la même température pendant le déroulement des mesures.

Les meilleures électrodes combinées sont les électrodes dites « symétriques » , pour lesquelles la nature et la dimension des éléments de référence sont les mêmes pour l’électrode de verre et pour l’électrode de référence, et pour lesquelles les solutions internes sont de composition les plus proches possibles. Dans ces conditions les variations de potentiels des éléments de référence interne et externe dus aux variations de température s’équilibrent, ce qui permet de renforcer la fiabilité des mesures effectuées.

Fonctionnement

La tension au point A est amplifiée par U1 dont la sortie est divisée par R3 et R2 qui sont des résistances à couche métallique, de façon à avoir une tension de sortie convenable. L’amplificateur opérationnel U3 est monté en amplificateur différentiel sommateur, sa tension de sortie sera traitée par un convertisseur analogique et un ordinateur qui affiche la valeur du pH de la solution. Les potentiels ajustables P2 et P5 fixent le gain des étages U2 et U1. P3 assure une polarisation correcte d’U2 .

Procédure de calibrage 

• L’entrée étant court-circuitée, P3est réglé pour obtenir 0 V au point C.
• L’entrée étant toujours court-circuitée, on ajuste le potentiomètre P4 pour avoir 7 V au point D.
• La résistance ajustable P1 est réglée pour obtenir 0 V en A quand la CTP est à 25°C.
• Une électrode de verre plongée dans une solution de pH = 7 est connectée à l’entrée du circuit. P4 est alors ajusté pour obtenir 7 V en D, la température de la solution étant de 25°C.
• L’électrode de verre est plongée dans une solution de pH = 4 et la résistance ajustable P2 est réglée pour lire 4 V au point D, la solution étant toujours à 25°C.
• On réchauffe alors la solution (de pH = 4) jusqu’à 70°C et, en y plongeant la CTP, la tension en D devrait toujours être de 4 V ; si ce n’est pas le cas, il faut ajuster P5.
• Enfin, il faut répéter plusieurs fois la procédure à partir du troisième point pour que les valeurs du pH soit correctes à 25°C et à 70°C.

Réalisation d’un capteur de température 

Utilisation du LM35 

A propos du LM35, la plage de la température obtenu à la sortie du capteur est de -55°C jusqu’à +150°C mais si on change les caractéristiques du courant qui entre ou sort de la LM35, on peut obtenir une autre plage. on ajoute à la sortie une résistance de 75 Ω en série avec un condensateur polarisé de 1 µF qui joue le rôle d’un filtre. Grâce à ces changements, nous obtenons à la sortie, une plage de tension de 0 V jusqu’à 1,28 V avec Vs=5V. On peut avoir une température de 0°C à +128°C, c’est-àdire la résolution est de 0,01V/°C ou 10mV/°C.

Tension de référence

Pour convertir la tension analogique en tension numérique, nous proposons d’utiliser le convertisseur analogique-numérique. Notons que la plage de tension livrée par le LM35 est de 0 V à 1 ,28V, donc la tension de référence pour le convertisseur est de 1,28V/2 équivaut à 0,64V. Lafigure 1.8est alors un circuit qui fait diminuer la tension d’alimentation 5V qui correspond aussi à la tension d’alimentation du CAN pour obtenir la tension de référence de 0,64 V.

Choix de différentes parties du système à réaliser

Utilisation du CAN de type ADC0804 

Il existe plusieurs types de Convertisseur Analogique Numérique, on distingue :

Les convertisseurs à intégration, comme l’ADL500 de « National Semi-conductor »
Le convertisseur à équilibre de charge ou « incrémental »
Le convertisseur à approximations successives, exemple : ADS7807 de « Texas Instruments »
Le convertisseur « Flash », comme l’AD9000 de « Texas Instruments »
Le convertisseur « Pipeline », exemple : AD875de « Maxim »
Le convertisseur « Subranging » ou « Semi-flash », comme l’ADC0820 de « Texas Instruments »
Les convertisseurs à suréchantillonnage
Les convertisseurs « Sigma-delta » .

Le choix de l’emploi du CAN de type ADC0804 est déterminé par les paramètres suivants : Les ADC080X représentent la majorité des convertisseurs à usage général. Les convertisseurs à approximations successives représentent un excellent compromis en termes de précision, de vitesse et de prix.Les convertisseurs analogiques – numériques de type ADC0801, ADC0802, ADC0803, ADC0804 (Fig2.2)et ADC0805 utilisent l’architecture à approximation successive de 8 bits de technologie CMOS. Ces convertisseurs emploient une échelle potentiométrique modifiée et sont conçues pour fonctionner avec le bus de la commande 8080A par l’intermédiaire de ses sorties trois-état.

La tension analogique à convertir est appliquée à la borne 6 et le résultat est disponible sur les bornes 11 à 18. Nous allons connecter la borne 1 (Chip Select) ainsi que la borne 7 (Vin -) à la masse de telle sorte que le circuit soit toujours sélectionné. L’ADC0804 possède un oscillateur interne qui ne nécessite qu’un condensateur et une résistance externe pour fonctionner. Il suffit donc de connecter un condensateur de 150 pF entre la borne 4 et la masse et une résistance de 10 kΩ entre les bornes 4 et 19. Pour l’alimentation, connectons la borne 20 à +5 V. Les bornes 8 et 10 sont connectées à la masse.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1: REALISATION D’UN PH-METRE ET D’UN THERMOMETRE NUMERIQUE
1. REALISATION D’UN MODULE PH-METRE
1.1 CONCEPTION
1.2 FONCTIONNEMENT
1.3 PROCEDURE DE CALIBRAGE
1.4 LE CIRCUIT « OFFSET »
2. REALISATION D’UN CAPTEUR DE TEMPERATURE
2.1 UTILISATION DU LM35
2.2 TENSION DE REFERENCE
2.3 BRANCHEMENT DU CAPTEUR LM35 AU CAN
CHAPITRE 2 : LE SYSTEME A REALISER
I. CONCEPT DU SYSTEME A REALISER
II. CHOIX DE DIFFERENTES PARTIES DU SYSTEME A REALISER
1. UTILISATION DU CAN DE TYPE ADC0804
2. UTILISATION D’UN COMMUTATEUR DE TYPE CD4016
3. RELATION ENTRE LE CD4016, L’ADC0804 ET LE PORT PARALLELE
4. REALISATION DE LA COMMANDE D’UN MOTEUR PAS A PAS A L’AIDE DU CIRCUIT INTEGRE ULN2003
5. LES ALIMENTATIONS
CHAPITRE 3: REALISATION D’UN DOSEUR ET D’UN LOGICIEL DE COMMANDE
1. LE DOSEUR
1.1 LES POMPES DOSEUSES
1.2 LE MOTEUR PAS A PAS
2. LE LOGICIEL « DOAO » OU DOSAGE ASSISTE PAR ORDINATEUR
2.1 LES PRINCIPES FONDAMENTAUX
2.2 ALGORITHME DE CALCUL GENERAL
2.3 CALCUL DU PH
a) Algorithme de calcul du pH
b) Extrait du code de la fonction utilisée dans le calcul du pH
2.4 CALCUL DE LA TEMPERATURE
a) Algorithme de calcul de la température
b) Extrait du code de la fonction traitant la conversion
2.5 ALGORITHME DE COMMANDE DU MOTEUR
a) Algorithme pour faire avancer le moteur
b) Algorithme pour remettre le moteur à sa position initial
c) Fonction déterminant la sélection de la valeur correspondante à une nouvelle position
2.6 RELATION ENTRE LES BROCHES DU PORT PARALLELE AVEC LE CONTROLE DU LOGICIEL
2.7 LES ADRESSES DES REGISTRES NECESSAIRES A CES COMMANDES
2.8 L’INTERFACE DU LOGICIEL « DOAO»
2.9 CARACTERISTIQUES DU LOGICIEL « DOAO »
3. LE PORT PARALLELE
3.1 GENERALITES
3.2 BROCHAGE DU PORT PARALLELE
a) Registres de commande
b) Utilisation du port entrée/sortie parallèle
4. SECURITE DU PC
CONCLUSION
ANNEXE 2 : FICHE TECHNIQUE DU LM35
ANNEXE 3 : FICHE TECHNIQUE DU CIRCUIT INTEGRE ADC0804
ANNEXE 4 : FICHE TECHNIQUE DU CIRCUIT INTEGRE CD4016
ANNEXE 5 : FICHE TECHNIQUE DU CIRCUIT INTEGRE ULN2003
REFERENCES

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