CHAPITRE 3 : Présentation de l’autoclave matachana 21EX
3.2. L’autoclave matachana 21EX
3.2.5. Les composants de l’autoclave intervenant dans la régulation du plateau de
3.2.5.1. Capteur de température
Les capteurs de température permettent de mesurer la température à vide ou en charge à l’intérieur de la cuve de l’autoclave.
Selon la norme EN 285, les capteurs de température d’un autoclave doit, soit du type à résistance de platine, capteurs passifs soit des thermocouples, capteurs actifs.
Le capteur de température se trouvant dans l’autoclave matachana 21EX est un capteur à résistance de platine.
Capteur passif : capteur à résistance de platine
Les capteurs à résistance de platine sont les capteurs passifs les plus utilisés dans les autoclaves notamment les capteurs Pt-100 (Sonde Pt-100).
L’image 3.3 est celle d’un capteur Pt-100 :
Image 3.3 : Schéma Sonde Pt-100
Principe de fonctionnement
Le fonctionnement de ces types de capteurs de température est basé sur l'influence de la température sur la résistance électrique d'un conducteur. La mesure d'une température est donc ramenée à la mesure d'une résistance. La caractéristique résistance/température est de nature différente pour un métal et un agglomérat d'oxydes métalliques, deux cas sont distingués.
Concrètement, une fois chauffé, la résistance du métal augmente et inversement une fois refroidie, elle diminue. Faire passer le courant à travers une sonde Pt-100 génère une tension à travers la sonde Pt-100. En mesurant cette tension, vous pouvez déterminer sa résistance et ainsi, sa température.
Les matériaux utilisés pour les sondes Pt-100 incluent le nickel (Ni) et le cuivre (Cu) mais le platine (Pt) est le plus courant en raison de l’étendue de sa gamme de températures, de sa précision et de sa stabilité.
PRESENTATION DE L’AUTOCLAVE MATACHANA 21EX
Allure des caractéristiques
La sonde Pt-100 est un capteur de température qui est utilisé dans le domaine industriel (agroalimentaire, chimie, …). Ce capteur est constitué d’une résistance en Platine. La valeur initiale du Pt-100 est de 100 ohms correspondant à une température de 0°C.
Les sondes Pt-100 sont habituellement classées par leur résistance nominale à 0°C. Les valeurs de résistance nominale pour les sondes Pt-100 à film fin en platine sont comprises entre 100 et 1000 Ω. La relation entre la résistance et la température est presque linéaire et respecte l’équation suivante :
Pour T > 0 °C, RT = R0 [1 + AT + BT2] (1) Avec:
RT : résistance du capteur à la température T ;
R0 : résistance nominale du capteur ;
T: la température en oC (degré Celsius) ;
A et B : ce sont des coefficients liés au métal avec : A = 3.9083*10-3 et B = -5.775*10-7
La figure suivante montre la relation qui existe entre la résistance et la température pour une sonde Pt-100 à travers une courbe :
Figure 3.6: La courbe résistance/température pour une sonde en platine de 100 Ω, communément appelée sonde Pt-100
D’après la loi d’ohm U=R*I, si l’intensité I est constante, alors la variation de la tension
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d’intensité de 1 mA dans la sonde Pt-100 et on mesure la tension aux bornes de la résistance pour déterminer la valeur de la résistance et de la température grâce à la relation vue ci-dessus.
3.2.5.2. Capteur de pression
Les capteurs de pression permettent de mesurer la pression de la vapeur d’eau saturée à l’intérieur de la cuve.
Le capteur de pression se trouvant dans l’autoclave 21EX est un capteur à jauge de contrainte.
Les capteurs à jauge de contrainte ont une faible sensibilité, mais sont robustes, relativement simples et possèdent d’excellentes caractéristiques de linéarité et d’hystérésis dans une grande gamme de température.
L’image 3.4 est celle d’un capteur de pression à jauge de contrainte :
Image 3.4 : Capteur de pression à jauge de contrainte
Constitution d’une jauge de contrainte Une jauge de contrainte est constituée :
d’un corps d’épreuve qui est la partie qui subit les déformations. Il est généralement en acier avec une forme cylindrique ;
d’un support (résines époxydes ou des polyimides) qui sert de lien entre le corps d’épreuve et la jauge elle-même ;
d’une colle qui réalise la liaison entre le support de la jauge et le corps d’épreuve. C’est aussi un isolant ;
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la jauge elle-même formée d’une grille de conducteur filiforme (Constantan, Karma, Silicium, …) de résistivité 𝝆 , de section S et de longueur nL, L étant la longueur d’un brin et n leur nombre ; n est généralement compris entre 10 et 20. La jauge subit une déformation identique à celle du corps d’épreuve.
Principe de fonctionnement des capteurs à jauge de contrainte
Un capteur à jauge de contrainte contient généralement quatre jauges de contraintes, reliées entre elles dans un montage que l’on nomme pont de Wheatstone.
Lorsque qu’on exerce une force sur le corps d’épreuve, il se déforme entrainant la variation de la résistance de la jauge. Ainsi, le signal de sortie du pont de jauges délivre des informations sur l’importance de cette déformation permettant de calculer la force agissant sur les jauges.
Le fonctionnement des capteurs à jauges de contrainte est fondé alors sur la variation de la résistance électrique de la jauge proportionnellement à sa déformation. C’est le coefficient ou le facteur de jauge k qui traduit cette proportionnalité suivant la relation :
Delta(R)/R=k Delta(L)/L (2)
• k est une constante qui dépend des matériaux considérés et de la température. Elle caractérise la sensibilité de la jauge.
• Delta(L)/L représente la déformation dont on peut obtenir la pression (contrainte mécanique) avec la loi de Hooke :
Contrainte mécanique = Module de Young * Déformation (3)
C’est le module de Young qui détermine la rigidité du corps d’épreuve de la jauge (partie de la jauge qui subira les déformations). Plus le module de Young est faible, plus le matériau est moins rigide donc subira une forte déformation.
La mesure de la pression revient donc à mesurer une résistance. La variation de la résistance des jauges se mesure par deux méthodes :
le montage potentiométrique ;
et le pont de Wheatstone.
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3.2.5.3. Thermostat de sécurité
Les thermostats sont des interrupteurs électriques commandés par la température. Leur rôle est de régler la température d’une surface froide ou d’une ambiance froide entre deux limites prédéterminées et aussi voisines que possible de la température réelle que l’on désire obtenir. Nous aurons donc l’encadrement de la température désirée entre une limite supérieure et une limite inférieure.
Le thermostat de l’autoclave en question est un thermostat à sonde électronique. Une sonde est une thermistance, parcourue par un faible courant; elle voit sa résistance diminuée pour une élévation de sa température. Lorsque la résistance très faible (température élevée), la température est suffisante pour alimenter la bobine d’un relais incorporé au boîtier du thermostat. La sonde est reliée au boîtier du thermostat par deux fils permettant un éloignement jusqu’à 200m, mais se limiter à 50 m.
3.2.5.4. Soupape de sécurité
Elle est conçue pour évacuer un débit gazeux en cas de surpression. Sur tout autoclave, cette soupape est réglée pour s’ouvrir avant le dépassement de la pression admissible par l’appareil.
Lorsque la pression interne de la chambre de l’autoclave dépasse la pression de tarage de la soupape, elle soulève le clapet et permet l’échappement du trop-plein d’énergie. Le ressort se comprime et reste comprimé tant que la pression interne du réservoir est supérieure à la pression de refermeture.
Une soupape est constituée d’un ressort, d’un clapet et d’une buse.
3.2.5.5. Electrovanne
Les électrovannes permettent d’ouvrir et de fermer la voie de passage d’un fluide. Leur ouverture et leur fermeture sont commandées électriquement. Les électrovannes se situent à différents endroits dans un autoclave et agissent à différentes phases du cycle de stérilisation.
Un autoclave comporte les électrovannes suivantes :
électrovanne double enveloppe-enceinte : à chaque montée en pression et en température, cet électrovanne s’ouvre pour injecter de la vapeur. Une fois la consigne atteinte, elle se ferme. Pour maintenir la pression et la température constante pendant le
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plateau de stérilisation, elle s’ouvre et se ferme de nombreuses fois pour injecter de la vapeur et compenser la déperdition calorique de l’enceinte ;
électrovanne double enveloppe-condenseur : cet électrovanne n’est sollicitée que pour la mise à l’arrêt de l’autoclave ;
électrovanne enceinte-condenseur : pendant la phase du vide du préchauffage, elle s’ouvre et la pompe à vide crée le vide et le maintient. La vapeur est dirigée vers le condenseur pour y être condensée ;
électrovanne condenseur-bâche : pendant la phase de détente et de vide, elle s’ouvre.
La vapeur condensée est envoyée dans la bâche ;
électrovanne air stérile : en fin de cycle de stérilisation, cet électrovanne s’ouvre pour que l’enceinte de l’autoclave revienne à la pression atmosphérique ;
électrovanne vidange : elle permet de faire la vidange de l’eau du réservoir.
Une électrovanne est constituée de deux parties :
une constituée de bobine, culasse, bague de déphasage, ressort ;
et l’autre d’un corps avec des orifices de raccordement obturés par un clapet qui assiste un piston.
Il y a deux types d’électrovannes que sont Normalement Ouvert (NO) et Normalement Fermées (NC).