Condensateur et piézoélectricité

[Azer50]

Bonsoir à tous,

Dans le cadre de mon TIPE, je dois analyser l'énergie fournie par des vibrations. J'utilise des piézoélectriques pour convertir l'énergie mécanique en énergie électrique.
Mais j'ai alors un problème :
J'ai branché mon piézoélectrique en série dans un circuit avec une résistance et un condensateur mais après avoir chargé mon condensateur avec plusieurs appuis sur le piézoélectrique, celui-ci se décharge très lentement (de l'ordre de plusieurs minutes)
Je ne comprends pas pourquoi car le condensateur a une capicité en microfarad et la résistance en kOhm.

Je voudrais savoir si, à tout hasard, vous auriez des idées pour modéliser ce phénomène avec des formules du genre celle de condensateur ( U=U0*exp(-t/tau) )

Merci !
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[jiherve]

bonsoir
il faudrait un schéma mais un condensateur de plusieurs µf doit être un électrochimique qui présente toujours un courant de fuite, par ailleurs la mesure le dechargera aussi, il faut un voltmètre possédant une resistance d'entrée très grande (plusieurs Gohm) pour la faire.
Ceci dit je ne vois pas trop comment tu fais et quel est le rôle de la resistance série.
JR

[Azer50]

En fait je fais mes mesures avec une carte arduino (alimentée par un ordinateur) et il faut donc que je limite le courant du circuit à 5V pour ne pas l'abimer, d'où la résistance.

[jiherve]

re,
la resistance d'entrée est donnée pour 100Mohm tu peux donc faire le calcul !
mais ce n'est pas la seule intervenante.
JR

[A voir en vidéo sur Futura]

[Azer50]

Vous parlez de la résistance d'entrée de l'arduino ?

[jiherve]

re
oui.
JR

[Azer50]

Merci ! Voila qui devrait bien faire augmenter ma constante de temps.
Par ailleurs ma prof de physique m'a dit que je ne pouvais pas utiliser les formules du condensateur (U=U0exp(-t/tau)) car je chargeais le condensateur par à-coups. Est ce que vous confirmez ou bien maintenant que j'ai une constante plus correcte je vais pouvoir l'utiliser ?

[Antoane]

Bonjour,

As-tu une datasheet du piezzo, ou à défault une photo ?
N'y a-t-il pas de diode dans le circuit ?

Le courant moyen dans le piezzo devrait être nul et les charges envoyées dans le condensateur à chaque compression devraient s'en échapper lorsque la contrainte est relâchée.

[Azer50]

C'est un piezo basique en quartz, dans mon circuit j'ai fait un pont de diode pour avoir un courant positif. Je suis d'accord avec vous mais j'appuie avec une fréquence élevée sur le piezo pour charger le condensateur de sorte qu'il n'ai pas le temps de se décharger. Après lorsque j'arrete d'appuyer sur le piezo, le condensateur devrait se décharger quasi instantanément ?
Ok, la décharge lente viendrait du fait que la resistance de l'arduino est élevée et donc la constante de temps aussi (tau=RC), mais je devrais aussi avoir un temps lent pour charger le condensateur non (même tau) ? Or la charge se fait très vite après quelques vibrations ...

[Antoane]

Il y a donc un pont de diodes, ca change tout !

Tu peux voir le piezzo comme une pompe de charges, qui va envoyer une certaine charge dans le condensateur à chaque fois que tu exerceras une contrainte dessus. C'est donc modélisable par une source de courant proportionnel à la fréquence. Il n'y a pas de constante de temps dans un circuit constitué d'une source de courant et d'une capa.

Pour un TIPE et pour comprendre le design et le fonctionnement de ton circuit, je t'encourage chaudement à te renseigner sur le fonctionnement et la modélisation d'un élément piezzo.

[Azer50]

D'accord, merci, mais alors calculer tau en faisant le produit R*C n'a pas de sens pour approximer la décharge de mon condensateur une fois chargé et ne recevant plus d'énergie ?

[Antoane]

Le courant de décharge n'est pas du à une résistance fixe mais à des courants de fuite divers, il est donc possible sinon probable que la décharge ne soit pas "très" exponentielle, correspondant à une résistance de décharge équivalente non-linéaire.
Il faudrait essayer d'ajuster un modèle en exponentielle décroissante sur les mesures pour voir si ça colle.

[Azer50]

D'accord, et à quoi pensez vous que les fuites sont dues ? (Je vous joins une photo du montage)

La résistance est de 10kOhm et le condensateur de 4,7 microfarad.

[gts2]

Par ailleurs ma prof de physique m'a dit que je ne pouvais pas utiliser les formules du condensateur (U=U0exp(-t/tau)) car je chargeais le condensateur par à-coups.

Votre décharge a lieu après la charge par à coup, donc c'est sans rapport.

[Azer50]

Alors je devrais pouvoir utiliser les formules du condensateur en exponentielle pour modéliser sa décharge ?

[gts2]

Bonjour,

Un schéma serait plus clair.
Si votre 10 kohm était en parallèle sur le condensateur, la décharge serait "immédiate" (50 ms), si cela se décharge en quelques minutes, ce peut-être une auto-décharge du condensateur (résistance de fuite) et une décharge dans l'impédance d'entrée comme déjà indiqué.

[gts2]

Alors je devrais pouvoir utiliser les formules du condensateur en exponentielle pour modéliser sa décharge ?

Il faut essayer :
- est-que cela marche ?
- si cela marche, pouvez-vous retrouver votre constante de temps à partir des caractéristiques de votre circuit.
Vos données ressemblent à quoi ?

[Azer50]

Voila justement, c'est exactement mon problème : lorsque je calcul la constante de temps (en prenant en compte la resistance de l'arduino, merci jiherve), elle vaut 470s. Or après avoir fait les mesures sur l'arduino (voir photo), le condensateur se décharge quasi complètement en 500s (la ou je devrais normalement attendre 3tau donc 1500s environ).

L'abscisse est en secondes.

[gts2]

Donc il y a une autre résistance, c'est quoi comme condensateur votre 4,7 microfarad ?

[Azer50]

Voila une photo du condensateur

[Azer50]

J'ai aussi fait un schéma du circuit :

[Azer50]

On m'a aussi dit qu'il y avait des phénomènes de rémanence avec le piézoélectrique qui peut continuer à charger le condensateur même sans appui. Ça peut peut être expliquer ce phénomène ?

[jiherve]

bonjour,
j'avais cru comprendre que la resistance était en série avec l'entrée de l’Arduino mais que nenni elle est en série avec la capa elle ne sert donc à rien de plus que limiter le courant de charge.
La fuite de la capa doit etre de qqs centaines de nA.
JR

[gts2]

En allant voir les docs des capa électrolytiques on trouve des courants de décharge I=0,01 CV en reportant dans V=RI cela donne RC=1/0,01=100 s (mais bien sûr cela dépend du condensateur)

[gts2]

On m'a aussi dit qu'il y avait des phénomènes de rémanence avec le piézoélectrique qui peut continuer à charger le condensateur même sans appui. Ça peut peut être expliquer ce phénomène ?

Mais dans ce cas, cela allongerait la décharge, or votre problème est que vous la trouvez trop petite.

[FC05]

En clair la modélisation du condensateur en étant seulement un condensateur est insuffisante.

Il faut rajouter une résistance en parallèle.

De plus il ne faut pas se contenter un 3 tau, mais faire des mesures de la tension en fonction du temps et tracer "ce qui va bien" pour avoir une droite.
Mais ça c'est ton job !

[polo974]

Si le but est de détruire l'arduino, le schéma est bon.

Sinon, il vaudrait mieux le protéger en mettant la résistance entre le montage et l'arduino.

Un piezo comme celui montré peut délivrer des dizaines de volt...

Le résistance en série avec le condo va empêcher ce dernier de filtrer les pics venant du piezo.

Sinon, l'énergie, c'est pas la tension...

Voir les cours et/ou wiki au rayon énergie puissance tension courant temps et comment il faut mélanger les un pour obtenir les autres...

[Azer50]

D'accord, je vais rééssayer de refaire un montage et je verrais en fonction des resultats. Merci !!

[FC05]

Dans mon post, la résistance en //, c'est sur le modèle, pas sur le montage.

[Azer50]

Donc je rajoute une résistance en parallèle dans le modèle pour prendre en compte la resistance de l'arduino ?