Description du Banc de test

Le banc de dilution des gaz du LAAS (Figure 52) a été réalisé et développé par les services techniques du laboratoire dans le but de pouvoir caractériser des mono et des multi capteurs de gaz conductimétriques sous atmosphères contrôlées (mélanges gazeux injectés en contrôlant les concentrations, contrôle du flux total, contrôle de l’humidité relative et de la température de la chambre de mesure …).

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Figure 52 : Banc de dilution de gaz du LAAS

Par l’intermédiaire de l’interface utilisateur de ce banc (développée sous LabwindowsCVI), nous pouvons également agir sur les capteurs par des contrôles fins de la température de chauffage appliquée, de l’alimentation des couches sensibles, de la mesure des variations de la conductivité qui peuvent varier entre quelques Kilo Ohms et quelques Méga Ohms. Aussi, il nous permet d’enregistrer les mesures à différentes vitesse d’acquisition et sur une longue durée de fonctionnement (plusieurs heures à quelques dizaines d’heures).

Ce banc de test semi-automatique, se compose essentiellement de deux parties, matérielle et logicielle, qui seront présentées dans les paragraphes suivants.

II.1 Partie Matérielle

La partie matérielle du banc de test contient une partie mécanique et une partie électronique.

II.1.1 Partie fluidique :

Elle se compose essentiellement d’une armoire d’alimentation de gaz qui contient 5 bouteilles en format B50 parmi lesquelles une d’air synthétique pur 6.0 (gaz référent ou gaz vecteur). Cette armoire de gaz contient nos gaz cibles définis et présentés dans le chapitre 1, à savoir : (Voir Annexe 2)

 Une bouteille d’Acétaldéhyde C2H4O d’une concentration de 1 ppm dans l’air (avec 80 % d’azote et de 20 % d’oxygène).

 Une bouteille de Formaldéhyde CH2O d’une concentration de 20 ppm dans l’azote.  Une bouteille de dioxyde d’azote NO2 d’une concentration de 1 ppm dans l’air .  Une bouteille de monoxyde de carbone CO d’une concentration de 200 ppm dans l’air.  Une bouteille d’air synthétique pur avec 80 % d’azote et de 20 % d’oxygène

Ces bouteilles sont reliées à des tuyaux en inox qui font la liaison avec des détendeurs puis des débitmètres massiques (Mass-flow controllers) (MFC) de la marque Brooks (Voir Annexe 3) (voir

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Figure 53). De chaque côté des MFC, nous pouvons voir une vanne d’isolation manuelle en amont et une vanne électropneumatique en aval ainsi que des clapets anti-retour. La ligne d’air pur se devise en deux : une ligne pour de l’air sec et une autre pour de l’air humidifié grâce à un bulleur.

Figure 53 : Armoire de distribution des gaz

Le mélange gazeux se retrouve ensuite dans une chambre de mesure : une cellule de test sphérique en verre d’un volume de 250 ml avec une entrée et une sortie de gaz bien étanche. Elle contient aussi deux ouvertures, la première permet le passage du support de capteurs de gaz à caractériser et la deuxième est dédiée pour le support d’un capteur de température et d’humidité (Figure 54). La sortie d’air de cette cellule est branchée à un débitmètre afin de contrôler le flux total passé dans cette chambre de mesure et de détecter d’éventuelles fuites. (Voir Annexe 4)

Figure 54 : Cellule de test

L’ensemble du banc de test (essentiellement la partie mécanique) est placé sous extraction permanente d’air qui sert à aspirer d’éventuelles fuites de gaz toxiques (Voir Annexe 2).

II.1.2 Partie électronique :

La partie électronique du banc de test est composée d’un module d’acquisition des données PXI (PCI eXtensions for Instrumentation) de « National Instrument » avec deux cartes d’acquisition des données constituées de 4 SMU chacune, sachant que pour un multi-capteur avec 4 puces, nous avons besoin de 8 SMU (deux par puce, un pour le contrôle du « heater » et un pour le contrôle du « sense »). La Figure 55 montre ce module d’acquisition des données avec ses deux cartes et leur connecteur.

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Figure 55 : Module d'acquisition des données PXI

Ce module est commandé à distance par un PC à travers une liaison USB. Les capteurs de gaz caractérisés sont également reliés au module PXI par câbles USB (1 câble par capteur). Il est alors possible de générer les signaux nécessaires pour plusieurs fonctionnalités parmi lesquelles on cite :

 Le contrôle des capteurs

 L’application des tensions sur le « heater » permettant sa montée en température  L’alimentation de la couche sensible par l’application d’un courant « Is »  La réalisation des mesures de la résistance des couches sensibles « Rs »  Le renvoi des résultats au PC.

Par ailleurs, le capteur Sensirion SHT15 [163] (Voir Annexe 5) délivre directement à une carte d’acquisition du PC sous format numérique, les valeurs de la température et de l’humidité de la chambre de mesure. Les différentes mesures seront ensuite récupérées et sauvegardées dans ce PC afin de les traiter a posteriori.

L’ensemble des parties du banc du test sont commandées par ce poste informatique à travers une interface Homme-Machine.

Dans la partie suivante, nous présentons cette interface et ses fonctionnalités.

II.2 Partie Logicielle

La partie logicielle, développée au LAAS, est représentée par une interface programmée en « Labwindows CVI » qui sert à automatiser le banc de dilution de gaz. A partir de cette interface informatique, nous pouvons piloter l’ensemble des éléments matériels du banc, fluidique comme électronique. La Figure 56 montre la configuration de cette interface.

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Figure 56 : Configuration de l'interface graphique de pilotage du banc de dilution de gaz

A l’aide de cette interface graphique, nous pouvons définir :

- Le choix des capteurs de gaz à caractériser (4 capteurs au maximum par expérience) - Le débit total

- Le déroulement des injections de gaz dans la cellule du test (appelé « séquence ») et leurs durées - Le choix des concentrations à appliquer par séquence

- Le choix du taux d’humidité relative par séquence

- L’alimentation de la résistance chauffante « heater » en mode isotherme ou en mode dynamique (alimentation en tension à partir de la puissance choisie)

- L’alimentation de la couche sensible (alimentation en courant) - La période d’échantillonnage

- L’enregistrement ou pas des mesures par séquence

L’enregistrement des données est effectué à la fin de chaque séquence dans un fichier CSV. Dans ce fichier, nous obtenons les valeurs mesurées de la résistance des couches sensibles à l’aide du SMU (Signal Measurement Unit) ainsi que tous les paramètres et les caractéristiques du test (temps, numéro des séquences, tensions, courants de mesure, courant de heater, humidité et température de la chambre de mesure, débit total, etc…).

A la fin de chaque test nous récupérons l’ensemble des fichiers enregistrés (un fichier pour chaque capteur avec un fichier descriptif de l’expérience afin de les traiter soit avec un tableur (excel, origin, …) soit avec un logiciel de traitement de données dédié sous Matlab par exemple suivant la complexité du traitement (normalisation, sensibilité, analyse multi-variée, …).

Après avoir présenté les différentes parties du banc de test du LAAS et leurs fonctionnalités, nous nous intéresserons maintenant à la caractérisation des nos capteurs de gaz et plus précisément aux différents protocoles de test possibles.

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