La Conception du Banc d’essai :

d= ^𝑒 𝐵𝑝𝑑 𝑉𝑐 ⁄ 𝑝𝐴 . 𝑙𝑛 (1 +¹ 𝛾) [12]

La tension de claquage est alors :

𝑉𝐶𝑙𝑎𝑞𝑢𝑎𝑔𝑒= ^𝐵𝑝𝑑

𝑙𝑛[ ^𝐴𝑝𝑑

𝑙𝑛(1+_𝛾)¹]

[13]

4. La Conception du Banc d’essai :

Dans cette partie, on présents l’étude qui a été faite pour le choix des éléments de chaque système ainsi que leur rôle dans l’expriment.

Figure 7 : Schéma banc d’essai du capteur

4.1 Le Système mécanique :

1. Quatre bouteilles de gaz :

* Une bouteille de gaz Argon, S10, Pression 200 bar (Taille petite) * Une bouteille de gaz Oxygène, S10, Pression 200 bar (Taille petite) * Une bouteille de gaz Hélium, S10, Pression 200 bar (Taille petite) * Une bouteille de gaz CO2, M14, Pression 49,5 bar (Taille moyenne)

2. Quatre détendeurs de pression :

Détendeur bouteille double détente à piston et à soufflet, en laiton chromé équipé de deux manomètres. (Tube de type Bourdon) (Un haute pression, un basse pression). Plage de pression aval : 0-1 bar. Ces détendeurs sont dédiés pour les applications exigeant une grande précision de pression. La pression d’entrée étant toujours 1 bar. Ces détendeurs répondent aux besoins de ce système vu qu’il injecte le gaz à une pression constante et stable.

3. Cinq vannes à vides (électrovanne) : La fuite dans le système mécanique représente un problème majeur puisque le mélange final ne serait pas précis en sa présence. C’est pourquoi, ces vannes à vides sont très utiles pour garantir que le mélange dans le tube soit précis grâce à l’étanchéité qu’ils disposent.

4. Deux capteur de pression Optique (Fibre Optique) : Un capteur avec une gamme de mesure de 0-344 mbar et un autre avec une gamme 0-1034 mbar.

5. Pompe à vide sèche : pour baisser la tension dans le tube (vide limite jusqu’à 5*10^-2 mbar).

6. Tuyaux, embouts, et colliers de serrage.

7. Tube à vide gomme (D.int = 6 mm, D.ext = 18 mm) ce tuyau est dédié pour les applications de vide (épaisseur très grande afin de supporter la baisse de pression).

4.2 Le Système Electrique :

1. Autotransformateur VARIAC avec motorisation : entrée : 230 V, Sortie : 0 - 600 V, piloté par un moteur DC pour varier la tension de sortie.

2. Alimentation Stabilisée : Transformateur 230V AC - 24 DC, 2,5A : pour l’alimentation des électrovannes et du moteur DC du VARIAC.

3. Transformateur de contrôle : 600V-230V, pour la mesure de tension lorsqu’on change la tension aux bornes de tube à décharge.

4. Un capteur de tension : Une carte électronique compatible avec Arduino pour mesurer la tension de sortie du VARIAC.

4.3 Le Système de Contrôle :

Carte Arduino MEGA et cartes relais : Le contrôle se fait par une carte électronique Arduino MEGA qui est connecté à l’ordinateur PC pour l’automatisation du processus entière (pilotage, à l’aide des relais, des électrovannes, du VARIAC, de la pompe à vide, du capteur de pression, de la caméra CCD, etc…) et pour la lecture et l’acquisition des données (pression à la sortie du tube, tension de transformateur, etc…). Un convertisseur analogique numérique de haute précision (16 bits) est également utilisé pour que les données acquises soient précises.

4.4 Le Système Optique :

1. Caméra RGB Digital (CCD, 3 bandes) : cette caméra permet de mesurer un mélange de 4 gaz maximum (Nombre de gaz = nombre de bandes + 1, Lakkis S, Younes R, Ghandour M, Alayli Y 2015).

Une caméra multi spectrale avec 4 bandes et/ou 7 bandes sera utilisé aussi dans l’avenir.

2. Micro Tube à décharge (électrodes Tungstène) : *Distance entre électrodes 35 mm

*Distance entre électrodes 20mm

4.5 Le Fonctionnement du banc d’essai

Premièrement, nous choisissons le nombre de gaz que nous allons injecter dans le tube et le pourcentage de chacun de ces gaz, et avant de commencer l’injection de nos gaz dans le tube à décharge, nous devons le vider, pour ce faire, nous envoyons un signal de commande pour ouvrir l’électrovanne (5) qui lie le tube à la pompe, et un autre signal pour démarrer la pompe.

Nous attendons quelques secondes, le temps que la pompe aspire tous les résidus du gaz dans le tube et le vide. Puis, on commence par y injecter le premier gaz avec son pourcentage choisi (l’injection se fait par pulsation, c’est à dire l’ouverture et la fermeture de l’électrovanne du premier gaz 10 fois par seconde). Un capteur de pression nous renvoie la pression dans le tube en temps réel, l’injection du premier gaz est finie lorsque le capteur nous envoie la valeur de pression qui reflète la quantité que nous voulons utiliser pour ce premier gaz. Puis nous fermons l’électrovanne (5) et nous arrêtons la pompe.

Nous refaisons la même procédure pour le reste des gaz qu’on veut mélanger avec leurs pourcentages respectifs, la pression totale dans le tube doit être l’unité.

Après remplissage du tube avec un mélange sous une pression de 1 bar, nous allons diminuer la pression à quelques millibars, car l’ionisation d’un gaz se fait à une pression très basse, cette pression est à optimiser lors des expériences. La dépression du gaz dans le tube se fait en ouvrant l’électrovanne (5) et en démarrant la pompe comme nous avons fait lors de la vidange du tube des résidus au début.

Maintenant que le tube contient un mélange de gaz sous faible pression, nous allons l’alimenter afin de l’ioniser. Pour cela, nous allons augmenter la tension aux bornes du tube en démarrant le moteur DC, le moteur est arrêté une fois que la tension aux bornes du tube atteint la tension de claquage.

Une fois que le tube a émis de la lumière, le moteur est arrêté, nous allons récupérer l’image du tube prise par notre caméra CCD. L’image sera traitée à l’aide d’un

programme implémenté sous Matlab, le traitement de cette image nous renvoie les valeurs des intensités des trois couleurs de base (rouge, vert et bleu). Pour avoir le spectre optimal correspondant à un mélange donné, nous allons chercher expérimentalement la tension optimale et la pression optimale qui donne de meilleurs résultats au niveau des intensités des couleurs du spectre.