Dispositif de mesure d'humidité

[invite7d7bcd4d]

Bonjour,

Actuellement en 1ème année en Génie Electrique à L'insa de Lyon, je travaille sur un projet de mesure d'humidité sur lequel je rencontre quelques problèmes. Le cahier des charges est le suivant:
- Réalisation d’un dispositif de mesure d’humidité relative à partir d’un capteur capacitif HCH-1000-001. (datasheet :http://www.farnell.com/datasheets/1683363.pdf)
- L’information donnée par le capteur devra être convertie en un signal analogique compris entre 0 et 5V.

Le matériel disponible est le suivant :
- Le fameux capteur cité ci-dessus
- Amplificateur Opérationnel LM741, TL071, TL081 ou équivalent ;
- Timer NE555 ou équivalent ;
- Alimentation continue (+/- 12V, +5V) ;
- Résistances, potentiomètres, condensateurs.

La première partie du projet consiste en la conception d'un modèle théorique. J'ai déjà effectué pas mal de rechercher sur le capteur et le NE555 qui m'ont permis d'avancer quelque peu dans ce modèle. Le capteur varie entre 298pF et 358pF, pour une variation entre 0% et 100% du taux d’humidité. Sa résolution est de 0,6pF/% d’humidité d’après la datasheet. A l'aide d'un NE555 monté en astable, je peux donc traduire cette variation de capacité, par la création d'un signal dont la fréquence dépend directement de cette variation grâce à la formule de l'oscillateur astable f = 1.44/((R1+2R2)*C). Le problème, c'est qu'après je suis un peu perdu. Que faire pour traduire cette fréquence en une tension variant de 0à5V? J'imagine que l'AOP sera utilisé comme dernier bloc, afin d'amplifier la tension obtenue à la sortie du bloc qui prendra en entrée la fréquence du signal du Timer NE555. Je cherche des pistes pour répondre à cette problématique, mais je n'ai encore rien trouvé d’intéressant à ce propos. Je ne cherche bien évidemment pas une solution toute faite, mais plutôt des pistes sur lesquelles je pourrais faire de nouvelles recherches.

Je reste à disposition si j'ai omis des informations qui pourraient être importantes dans le cadre de ce projet.

Cordialement
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[invitea3c675f3]

Je reste à disposition si j'ai omis des informations qui pourraient être importantes dans le cadre de ce projet.

Bon tu as la liste des composants. Intéressant!

Tu as fait une recherche sur le Niet pour ne pas trouver solution toute faite à ton problème (ce qui prouve que ton prof l’a faite avant toi, ce qui est sain!).

Tu dis que tu n’attends pas qu’on te ponde un schéma, donc j’en conclus que tu es allé chercher ton capteur capacitif et que tu as commencé à jouer avec un 555, ou que tu as au moins branché un 555 en multivibrateur avec ton capteur capacitif; ou bien as-tu préféré mettre un 555 avec une capa de 300 à 350pF.

Tu l’as fait en simulation? OK, donne-nous tes résultats et tes idées pour continuer.

[invite7d7bcd4d]

Je vais préciser.

Nous débutons les cours sur les AOP. Ce mini-projet intervient très tot dans le programme. Le premier rendu de simulation est dans une semaine, mais le projet final (la conception expérimentale du système) ne sera présenté qu'en Juin. Du coup jusque la, nous n'avons pas les composants à disposition et devons nous contenter des informations disponible sur internet et dans les bouquins. Je n'ai qu'une connaissance très sommaire du NE555, du coup, j'ai du mal à comprendre toutes ses capacités. Ma simulation actuelle des deux premiers blocs (capteur + ne555) ne fonctionne pas. La voici : . Avec les valeurs que j'ai mis (que je dois avouer, ont un peu été prises au hasard), je suis supposé avoir un rapport cyclique de 70% ainsi qu'une fréquence du signal comprise entre 365Khz et 439kHz (respectivement pour C=358pf et 298pF (qui est censé varié dans la simu) d'après les formules de calcul de l'oscillateur astable.

Je dois avouer que je n'ai pas trop d'idées pour la suite. Il me faudrait pouvoir transformer cette fréquence en une tension proportionnelle, n'en garder que la partie qui varie que j'amplifierai ensuite avec un AOP classique pour avoir en sortie du montage une tension entre 0 et 5V qui refléterait l'humidité dans l'air.

[invitea3c675f3]

Bon début.

Le LM555 est un circuit assez ancien qui permet de faire des oscillateurs à relaxation :
http://www.mouser.com/ds/2/149/LM555-72940.pdf

Selon les specs, le condensateur de l’oscillateur peut varier de 1 ηF à 100 µF (voir figure 7). Ton capteur est un ordre de grandeur au dessous de cette plage.

La version CMOS, plus performante du même circuit fait un petit peu mieux :
http://www.mouser.com/ds/2/405/snas558j-261377.pdf

Regarde la figure 4 du datasheet du LCM555, et regarde ce que ça donne si tu remplaces la 200 ρF par 300 ρF puis par 350 ρF. Si tu as un simulateur, regarde les fréquences obtenues dans ces cas. Ce sera déjà un bon départ.

[A voir en vidéo sur Futura]

[terriblement]

Avec ton 555 ( que ce soti la version CMOS ou TTL), tu peux avoir une variation de la fréquence et/ou du rapport cyclique. Faut déjà voir ce que tu penses etre le plus facile à transformer (n'oublions pas que ca doit devenir du 0/5V)

[invite7d7bcd4d]

Du coup j'ai réussi à faire fonctionner la simu (il manquait un capa sur la broche CV). A 350 pF, la fréquence théorique est d'environ 374kHZ, j'obtiens en simu une fréquence de sortie à 340kHZ environ. Je ne sais pas à quoi est du l'écart. Sinon, mon rapport cyclique est bien de 70%. A 250pF, le fréquence théorique est de 520kHZ, j'obtiens une fréquence de 460Khz toujours pas le simu.
Je peux modifier mon rapport cyclique en modifiant les résistances, cependant les valeurs de la capacité du capteur ne sont pas censées influer dessus non?
[IMG][/IMG]

[cubitus_54]

Bonjour,

Tu peux avoir une autre approche :

Un astable à 555 qui génère une fréquence fixe de 10kHz par exemple
Cette fréquence déclenche un monostable dont la durée et conditionnée à la capacité de ton capteur.
Suivie d'un circuit qui fait la tension moyenne
Suivie d'un adaptateur d'échelle à amplificateur

[invite7d7bcd4d]

Après avoir pas mal bossé sur le projet, je suis arrivé à traduire la fréquence en sortie du monostable par une tension moyennée qui semble varier en fonction de la capacité du capteur. J'ai pour cela utilisé un double filtre RC dont la constante de temps est très supérieur à une demi-période du signal de sortie du monostable (C'est à dire 10us ici). J'ai mis une capa en parallèle du capteur pour obtenir la fréquence voulue (50Khz). J'aurais aussi pu augmenter les valeurs des résistances en entrée du monostable, je ne sais pas ce qui est le mieux sachant que je devais mettre des résistances de l'ordre de 300k.

J'ai aussi essayé deux modèles suite à la réponse de cubitus. L'une ou le capteur est en entrée du monostable et une autre en entrée de l'astable comme je prévoyais de la faire au départ. Y-a-t-il un montage que je dois privilégier?



Ma tension de sortie se situe dans une cas entre 4.81 et 4.91V, dans l'autre entre 5.10 et 5.22V. Il me faudrait réduire cette tension (y soustraire environ 4.8 V dans un cas, 5.1V dans l'autre pour n'avoir qu'une tension comprise entre 0 et 0.2V que je pourrais amplifier pour avoir mon signal de sortie avec un gain qui me permettrait d'avoir en sortie quelque chose entre 0 et 5V. Est-ce qu'un pont diviseur suffirait?

[invitea3c675f3]

Un premier monostable 555 avec 1kΩ -330pF (C1) qui déclenche un second monostable avec ton capteur C2 et 1kΩ ; le tout rebouclé.



Le rapport cyclique du rectangle obtenu sera de l’ordre de C /C+330 ; Si C varie de 300 à 350pF, ça donne un rapport cyclique, partant une tension continue comprise entre 0,46Vcc et 0,51Vcc.

Ton signal rectangulaire peut être moyenné pour en extraire la tension qui sera proportionelle à l’humidité relative.

[invite7d7bcd4d]

Je n'arrive pas à simuler votre montage. De plus j'ai un peu du mal à en comprendre le principe. Avec cette solution, j'aurais donc en sortie un signal rectangulaire d'amplitude entre 5.52V et 6.12V. C'est un peu semblable à mes montages précédents. Que faire de cette tension ensuite? Il me faudrait la réduire pour en sortie avoir un signal qui utilise toute la plage de tension voulue, 0 à 5V, mais je n'arrive pas à obtenir le résultat voulu.

Voici ma simulation de votre montage, au cas ou vous remarqueriez une erreur.

[invitea3c675f3]

J’ai du mal à lire ton schéma, mais ça doit ressembler au mien avec deux monostables.

Je te déconseille de mettre des capas en parallèle sur ton capteur, ça réduit son efficacité ; tu peux jouer sur la valeur de la résistance (résistance variable) si tu veux affuter.

Si tu obtiens bien un rectangle de rapport cyclique variable, la tension moyenne est elle aussi variable (5,5 à 6,12V ?). Il suffit donc d’un filtre passe-bas R-C pour sortir cette tension de 5,5 à 6,12V ; ensuite un AOP, alimenté en ±12V pour convertir 5,5V en 0V et 6,12V en +5V.

[cubitus_54]

Bonjour,

J'ai essayé ma solution elle fonctionne :
J'obtiens 1,8V pour 280pF et 2.5V pour 350pF (et on peut largement améliorer avec les valeurs mieux choisies)



louloute/Qc j'ai essayé ton montage, il ne démarre pas et reste au niveau haut...

[invite7d7bcd4d]

Merci à vous deux en tout cas pour votre aide. En m'inspirant de vos réponses je suis arrivé au résultat suivant:


J'ai donc enlevé la capa en parallèle et rehaussé les valeurs des résistances du premier astable. Je suis parvenu à un résultat similaire avec le capteur en entrée du monostable. Je parviens à obtenir une tension qui vaut environ 0 pour C=298pF et 5V pour C=358pF. Après, ce n'est qu'un modèle théorique, donc j'aimerais avoir vos avis. Y-a-t-il quelques points sur le montage qui pourraient poser problème lors de la réalisation expérimen