Détecteur d’inondation

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Détecteur d’inondation

1. Un capteur détecteur d’eau

a. Le capteur : Pile

a.1. Qu’est-ce qu’une pile ?

Une pile électrochimique est constituée d’une solution et de deux électrodes de nature chimique différente : la tension à ses bornes dépend de la nature de la solution et des électrodes.

On envisage, pour simplifier, que l’inondation correspond à de l’eau du robinet.

a.2. Différents types de piles

Vous avez à votre disposition des lames métalliques bien décapées.

Mettre 2 ou 3 cm d’eau du robinet dans un bécher et y plonger deux lames de nature différente : (Faire vérifier par le professeur !)

Noter dans le tableau ci-dessous la tension approximative mesurée en Volt et le nom de la lame qui est le pôle + de cette pile.

En déduire la constitution de la pile qui vous paraît la plus performante : La hauteur d’eau a-t-elle une influence importante sur la tension Upile ? Justifier avec des mesures)

Remarque 1 :

Quelle est la tension aux bornes de cette pile s’il n’y a pas d’eau ? Explication : l’air est un …

Remarque 2 :

Réaliser une expérience prouvant qu’il faut des lames de nature différentes

(Faire vérifier par le professeur ! b. La visualisation : la LED

L’inondation sera détectée par une LED qui s’allumera.

b.1. Protection de la LED

Le fabricant des LED prévient que ces composants ne peuvent pas supporter une trop grande tension à leurs bornes, et ne doivent pas être traversées par une trop grande intensité. Il est donc indispensable de les protéger de ces deux excès afin qu’elles ne soient pas détruites.

Les LED utilisées supportent en général environ 2 V et 15 mA.

Cu // Fe Cu // Al Cu // Zn Fe // Al Fe // Zn Al // Zn Tension Upile

Pôle +

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On dispose d’un générateur délivrant une tension de 9 V et d’une LED.

Peut-on brancher la LED directement sur le générateur ?………..

Sinon, quel composant faudra-t-il intercaler entre le gnérateur et la LED ?

 Faire un schéma avec le générateur de 9V, la LED et ce composant.

 Calculer la valeur du composant.

b.2. Constitution de l’alarme

 Dessiner le montage théorique constitué simplement de la pile choisie et d’une LED seule ( = sans protection ).

 Réaliser ce montage. (Faire vérifier par le professeur !)

 Que constatez-vous ? Aidez-vous d’un ampèremètre et d’un voltmètre.

Il est donc nécessaire d’amplifier la tension délivrée par la pile. Pour cela il faut étudier au préalable, le montage amplificateur (non inverseur) réalisé autour d’un amplificateur opérationnel (AO).

2. L’amplificateur opérationnel

a. Présentation

C’est un composant électronique possédant :

 2 entrées (entrée inverseuse Eet entrée non inverseuse E  )

 1 sortie S

Observation préliminaire : Dans tous les montages, l’alimentation de l'A.O.

est réalisée par une alimentation symétrique (-15 V, 0, +15 V). Pour alléger les schémas, cette alimentation n'est pas représentée.

Recommandations :Les opérations suivantes sont à réaliser impérativement dans l’ordre :

1) Connecter l’AO à l’alimentation symétrique (+15 V ; 0 ; - 15 V )

2) Mettre les entrées (E⁺ et E^- ) sous tension ( ne jamais dépasser la tension de polarisation soit 15 V)

En fin de séance, on procédera dans l’ordre inverse.

Alimenter l’AO. (Faire vérifier par le professeur !

b. Montage « amplificateur non inverseur »

Réaliser le montage

correspondant au schéma ci- contre :

Avec : R1 = 1 k

R2 = 10 k

E-

E+ S

E-

E+ S

Masse

R₁

R₂

Ue Us

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La tension d'entrée Ue est fournie par une alimentation réglable.

Les tensions sont mesurées à l'aide d'un voltmètre (COM relié à la masse du montage).

(Faire vérifier par le professeur ! b.1. Etude en régime continu

Faire varier Ue . Mesurer Us . Compléter le tableau suivant.

Ue (V) -2,5 -2,0 -1,6 -1,3 -1,2 -1,1 -1,0 -0,8 -0,4 0,0

Us (V)

Ue (V) 0,0 0,4 0,8 1,0 1,1 1,2 1,3 1,6 2,0 2,5

Us (V)

b.2. Observations :

Quelles remarques peut-on faire en analysant les résultats obtenus ? b.3. courbe

Reporter les valeurs Us et Ue dans Excel et tracer la caractéristique de transfert Us = f (Ue).

Cette courbe est constituée de trois portions rectilignes :

 2 paliers horizontaux correspondent au fonctionnement de l’AO en saturation.

 une portion rectiligne non horizontale correspond au fonctionnement de l’AO en régime linéaire, c’est à dire qu’il remplit le rôle d’un amplificateur.

Identifier sur la courbe les 3 parties et indiquer les régimes de fonctionnement correspondants.

b.4. Amplification

 Quand un composant fonctionne en amplificateur, cela signifie que la tension de sortie Us est proportionnelle à la tension d’entréeUe. . Est-ce le cas ici ?

 Déterminer le coefficient d’amplification A : Us

A= =

Ue ……….

 Avec ce montage, on démontre que ²

1

A=1 R

 R

Calculer la valeur théorique de A et comparer à la valeur trouvée :

3. L’alarme opérationnelle

a. Schéma de principe

Il suffit d’intercaler entre la pile et la LED le montage « amplificateur non inverseur » :

La pile choisie remplacera Ue. Donc Ue = …………..

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On ne branchera pas la LED tout de suite mais on la remplacera momentanément par un voltmètre.

 On veut que la tension de sortie Us ait une valeur de 9 V environ.

Quelle est le coefficient d’amplification : A =

 Si on prend R1 = …. k, quelle valeur de R2 doit-on prendre ?

……….(justifier !)

 Dessiner le schéma théorique (Faire vérifier par le professeur !

b. Préparation du montage pratique

 Allumer l’alimentation de l’ampli op pour alimenter le montage.

 Relier les 2 électrodes de la pile par une résistance de 1 M. Cela ne perturbera pas le fonctionnement du montage mais évitera, lorsqu’on enlèvera l’eau, qu’une électrode soit « en l’air » c’est-à-dire à un potentiel non défini (sinon dans ce cas l’AO serait en saturation).

 Mettre de l’eau dans le bécher.

 (Faire vérifier par le professeur !

 Mesurer la tension de sortie US avec le voltmètre. US = ………

c. Mise en place de la LED

Quelle est alors la valeur de la résistance de protection Rp à mettre en série avec la DEL. Rp = ……….

Compléter le schéma précédent en mettant à la sortie du montage la DEL ( dans quel sens ? ) et sa résistance de protection.

(Faire vérifier par le professeur ! d. Montage complet

 Réaliser le montage. (Faire vérifier par le professeur !

 Que constate-t-on pour la LED ?…….

 Sortir ensuite les électrodes du bécher. Que constate-t-on pour la LED ?

…….

 A-ton réalisé un détecteur d’inondation ?

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Evaluation :

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Matériel nécessaire 1 bécher

lames de Zn Cu Fe Al et un aimant 2 multimètres

1 LED

1 générateur de tension réglable 1 alimentation +15 V -15V plaquette P60

Ampli op

Résistances 1 kΩ 10 kΩ