Montage et automatisation d’un dipcoater

Cette section du système se compose de trois éléments: un moteur électrique, un

système de conversion de rotation en translation et un porte-échantillon. Le moteur électrique est de type asynchrone triphasé avec réducteur mécanique associé. La puissance du moteur est de 180 watt faisant ; convertir l‟énergie électrique en mécanique (rotation)

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pour entraîner le système. Le réducteur associé au moteur a un rapport de réduction élevé. La vitesse à sa sortie est ns = 0.783 tr/mn à 50 Hz qui est toujours considérée élevée. Le réducteur mécanique a également pour rôle d'arrêter le moteur afin d'empêcher un entraînement par inertie. Le système de conversion rotation-translation est assuré par un système bielle-manivelle, une poulie de 14 cm de diamètre fixée à l'arbre du réducteur. Le mouvement de rotation de la poulie est transmis à une tige métallique au moyen d'une bielle. Le système de fixation entre la bielle et la tige métallique de la poulie est réalisé par des paliers où deux guides contrôlent le mouvement de la tige métallique faisant le mouvement rectiligne (Figure3.5). L'amplitude du mouvement de translation de la tige métallique est liée proportionnellement à la distance D entre le centre du disque de poulie et le point de la bielle de fixation. Le mouvement de la tige métallique est fixé d'une manière contrôlée sans vibration. Les substrats sont épinglés sur un support d'échantillon fixé à la partie inférieure de la tige métallique. Le porte-échantillon peut contenir quatre substrats à la fois. Le moteur électrique est fixé à une cage métallique dont la face supérieure est renforcée. Deux tiges parallèles sont utilisées pour guider la tige principale.

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Figure3.5.b Photographie du système mécanique

III.2.2 Partie de commande:

La partie de commande se compose d'une armoire électrique comprenant un convertisseur de fréquence, des dispositifs de protection (pour le moteur et l'utilisateur), des boutons poussoirs de commande et un automate de contrôle. La vitesse à la sortie du réducteur mécanique est ns = 0.783 tr/mn à 50 Hz qui est élevée par rapport à la vitesse désirée. Pour cette raison, nous avons adopté un convertisseur de fréquence (variateur) qui utilise une seule phase (230V, 50Hz) et la transformer sur trois phases (200 V, avec fréquence variable de 0.5 à 200 Hz). Ce dispositif permet le réglage de la vitesse du moteur, le sens de sa rotation et sa protection thermomagnétique. Le convertisseur permet de faire varier la vitesse d'immersion et de retrait du substrat par variation de la vitesse du moteur selon la relation:

(3.3) Où :

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: la vitesse de rotation ;

: la fréquence de la tension d‟alimentation.

D‟après la relation précédente, on peut changer la vitesse du moteur en faisant varier la fréquence du convertisseur à l'aide d'un potentiomètre ou par la saisie de données directement sur le convertisseur ou l‟automate. Pour le circuit de commande, nous avons utilisé un automate de contrôle où on peut changer le temps d'immersion. Deux détecteurs de proximité inductifs sont utilisés pour déterminer la position du porte-échantillon (position supérieure et position inférieure). Grâce à ces deux capteurs, nous pouvons éviter le mouvement de la périodicité du système bielle-manivelle. Les étapes successives du système sont présentées sur la figure 3.6.

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III.2.3 Mesure de la vitesse et de la stabilité du système :

Une fois le système est mis au point, nous avons effectué des mesures de la vitesse de trempage-tirage en analysant sa stabilité. Pour mesurer la vitesse de translation de la tige métallique (mouvement d'immersion et de retrait), nous avons utilisé un chronomètre avec deux capteurs dont la distance entre eux est de 5 cm (figure 3.7). À chaque fois, nous changeons la fréquence de variateur et nous mesurons le temps pendant lequel la tige métallique parcourt une distance de 5 cm, d‟où la vitesse de translation est déduite.

Figure 3.7 Système pour mesurer la vitesse.

On définit Sd et Sw les vitesses de trempage et de retrait respectivement (figure 3.8) où Sd a été déduite lorsque la tige se déplace du capteur haut vers le capteur bas et Sw lorsque la tige se déplace du capteur bas vers le haut. Les mesures ont été effectuées plusieurs fois pour vérifier la reproductibilité et la stabilité de la manipulation (figure 3.9). Nous constatons que la vitesse de translation est proportionnelle à la fréquence appliquée au moteur dans la plage [4-25 Hz] et varie de 0.78 à 18 cm/min selon la fréquence. Cette gamme de vitesses est généralement utilisée pour le dépôt des films minces par procédé dip coating. Nous remarquons aussi que la vitesse de trempage est légèrement plus élevée que la vitesse de retrait à la gamme [4 à 17.5 Hz], cette différence peut être justifiée par la gravité qui facilite la descente de la tige métallique vers le bas et le couple de charge du système à tremper plus faible que dans le retrait. Nous remarquons que le système n‟est plus stable à des fréquences inférieures à 3.9 Hz et que la tige pourrait s‟arrêter avant de

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terminer la course. Le variateur utilisé a un rapport U/f constant (U de tension aux bornes du moteur et f la fréquence). Pour ce type d'entraînement, il existe une fréquence limite inférieure correspondant à une tension minimale.

Figure 3.8 Vitesse du trempage (

S

S

Figure 3.9 Stabilité du système à trois fréquences.