Contrôler la chauffe d'un stérilisateur électrique avec un capteur de pression

[goldove]

Bonjour à toutes et à tous. J'espère ne pas me tromper d'endroit sur le forum pour poser cette question.

Je possède un stérilisateur de type autoclave électrique, avec une valve réglable pour contrôler la pression. Je souhaiterai contrôler la pression électriquement pour éviter l'échappement de la vapeur, afin d'éviter de perdre de l'eau pendant le processus de stérilisation, mais aussi pour éviter le désagréable bruit de la valve.

J'ai commencé par tenter d'intégrer un thermocouple pt100 contrôlé par un PID pour adapter la chaleur, mais il n'y a pas eu de corrélation suffisante entre la pression et la température (à ce sujet, j'aimerai en apprendre plus...): j'ai été obligé d'adapter la température par paliers afin de garder une pression constante. En pratique il faut baisser la consigne au fur et à mesure du processus.

Je souhaiterai donc contrôler l'élément de chauffe (2000w) à travers un relais, comme pour une gestion de température, à la différence que l'information serait donnée par une sonde de pression.

Après avoir pas mal cherché j'ai trouvé une sonde pour une quarantaine d'euros, qui délivre un signal 4-20ma (0-2,5 bar) et qui supporte les hautes températures du stérilisateur. J'avais pensé pouvoir contrôler l'ensemble avec un de mes thermostats rex c-100, mais une fois configuré pour que l'entrée se fasse en 4-20 ma, rien ne fonctionne et je pense que ce thermostat n'est pas fait pour (ou que je l'ai mal paramétré).

Du coup, un peu perdu, je sollicite vos conseils : tout cela est il faisable ? De quelle façon m'y prendre pour une interface souple, précise ? Quel type de matériel pourrait contrôler la pression et, si cela était possible, les rampes de chauffe et de refroidissement, ainsi que le temps de palier...

Niveau sécurité je ne pense pas que cela peut poser problème : il y a déjà deux valves de sécurité sur cet appareil, et une absence de signal devrait pouvoir être interprétée comme un arrêt de l'appareil...

J'espère pouvoir trouver quelques éclaircissements, et vous remercie d'avance pour vos réponses.
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[penthode]

hello
quel est l'ordre de pression ?

[goldove]

Bonjour, merci de votre réponse.
La pression utilisée pour la stérilisation est entre 1 et 2 bars. La sonde mesure de 0 à 2.5 bars.

[penthode]

la question est de percer pour monter la sonde ...

est-ce autorisé sur ce matériel ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[goldove]

La sonde remplace simplement le régulateur mécanique. C'est le même filetage et ce régulateur est rendu inutile par le système analogique.

[penthode]

à partir de là il faut se fader l'étude de l'automate.

c'est certainement faisable avec un arduino et ses interfaces

mais y'a du taf !

[goldove]

Ça je me doute qu'il y a du taf. Je suis prêt à payer quelqu'un de compétent, car c'est pas mon domaine... Je pensais qu'il y aurait pu avoir d'autres solutions, comme un contrôleur déjà existant qui aurait eu ces fonctions...

[penthode]

certainement des automates genre Siemens ou Omron

regarde leurs catalogues

[goldove]

Ben justement, je me suis efforcé de potasser tout cela avant et je n'arrive pas à trouver, c'est pour cela que je demande de l'aide. Je vais retourner me renseigner...

[IC-CD0000]

Bonsoir,

Après avoir pas mal cherché j'ai trouvé une sonde pour une quarantaine d'euros, qui délivre un signal 4-20ma (0-2,5 bar) et qui supporte les hautes températures du stérilisateur.

Serait-il possible de mettre un lien sur la doc technique de cette sonde ? Quel type, quel modèle ? Quelles caractéristiques de sortie ?

Comment la sonde (capteur) a été câblée ?

J'avais pensé pouvoir contrôler l'ensemble avec un de mes thermostats rex c-100, mais une fois configuré pour que l'entrée se fasse en 4-20 ma, rien ne fonctionne et je pense que ce thermostat n'est pas fait pour (ou que je l'ai mal paramétré).

Idem, un lien sur la doc technique de ce thermostat ?

Si ça correspond à ce que j'ai trouvé, as-tu bien connecté la sortie du capteur à l'aide d'un câble blindé (et relié à la terre d'un côté, celui côté thermostat dans ton cas) sur les bornes 8 (+) et 9 (-) comme stipulé en chap. 3.2 de ce manuel-ci ? et quelle est sa longueur ?
Le type de sélection a bien été mis sur IIII (4-20mA) ? voir p.5 des initial-setting-ici.
Si ce n'est pas ce modèle, merci de nous mettre un lien sur le bon matériel.

Cordialement

[goldove]

Bonjour
Merci de votre réponse. Le modèle de thermostat est bien celui-cin j'ai bien réglé sur 1111 le paramètre d'input. Je me demande s'il n'y a pas différents modèles qui ont différentes gestions des signaux d'entrée...

Que je branche ou pas la sonde le résultat est le même, le contrôleur affiche 52 puis monte rapidement à 62 et n'en bouge plus. Si je vide la pression l'affichage ne réagit pas.

Il n'y a pas de source de +12V ou de +24V sur les bornes input (je mesure quelques millivolts). J'ai pensé à faire un essai avec une source externe mais j'ai un peu peur d'abîmer l'appareil, je souhaitais un conseil avant.

Il faut absolument que je rachète un ampèremètre car le mien est probablement grillé: je ne parviens pas à mesurer le signal en branchant la sonde sur une boucle 12V.

Je vais faire un autre post depuis mon téléphone pour les photos.

[IC-CD0000]

Il n'y a pas de source de +12V ou de +24V sur les bornes input (je mesure quelques millivolts). J'ai pensé à faire un essai avec une source externe mais j'ai un peu peur d'abîmer l'appareil, je souhaitais un conseil avant

remoi, il ne faut surtout pas brancher une alimentation directement sur l'input ! Si tu veux tester l'entrée, il faut limiter l'intensité à 20mA maximum par une résistance idoine (en rapport avec la tension), et mettre un potentiomètre en série (pour voir la variation de quelques mA à 20mA) !

Comment as-tu branché la sonde ? il devrait en principe avoir 3 fils (+Vcc, signal et GND), ou 4 fils (+Vcc, GND, signal+ et signal gnd). Un lien ? A+

[goldove]

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[goldove]

Je l'ai branchée comme indiqué, le rouge sur + et le noir sur - (bornes du thermostat).

Se peut il que cela fonctionnerait en alimentant la sonde en amont ?

[IC-CD0000]

merci pour les photos. Bon, il faut que j'étudie tout ça, laisse-moi le temps jusqu'à demain si un autre coéquipier ne réponde pas avant, j'ai pas mal à faire, bonne soirée. A+

[goldove]

Je te remercie.

[Touche-à-tout]

Bonjour,

C'est un peu bizarre cette demande: l'autoclave n'est-il donc pas déjà équipé à l'origine ?

Peu importe, ce qui me gêne quelque part c'est que la pression n'est qu'un paramètre à maîtriser pour la résistance mécanique du réservoir (sécurité). La stérilisation, elle, ne se gère que par la température et le temps. Par exemple, un biberon sera stérilisé à 121°C pendant 25 minutes, un instrument chirurgical à 134°C pendant 18 minutes. Pour prouver que le cycle a été correctement effectué, ce sont ces deux paramètres qui prévalent.
Par la seule pression, introduire de l'air comprimé pourrait tromper le système et un enregistrement serait totalement faussé. Autant dire qu'en usage médical, ça ne passe pas...

C'est juste pour attirer l'attention sur la validité du système, selon l'utilisation qui en sera faite.

Bien cordialement,
Nicolas.

[RomVi]

Bonjour

Effectivement seule la température compte. Si la sonde de température ne fonctionne pas c'est parce qu'il faut purger l'air initialement présent, afin de n'avoir que la vapeur d'eau.

[IC-CD0000]

Bonjour,

Désolé, de mon retour très tardif, j’ai eu un contretemps à régler… (vous croirez pas, il y avait un savant fou qui voulait faire exploser la Terre, j’ai encore du intervenir pour encore sauver la planète, bref la routine quoi )

Entretemps, Touche-à-tout et RomVi ont mis le doigt sur un aspect technique primordial que je n’avais pas pensé. Merci à eux pour leurs précisions. Il semble donc qu’une mesure de pression ne soit pas adaptée pour un processus de stérilisation dans un autoclave.

En outre, le branchement proposé dans la doc de ce capteur de pression me déroutait… (je pensais même envoyer un mail au représentant, mais du coup ça n’en vaut plus la peine). (Et àmha, pas sûr que du matériel bon marché d’un peu plus à l’Est atteigne un niveau de fiabilité adéquat pour une installation industrielle)

Une mesure précise de température serait donc plus judicieuse.




En ce qui concerne le REX C-100 uniquement :

Que je branche ou pas la sonde le résultat est le même, le contrôleur affiche 52 puis monte rapidement à 62 et n'en bouge plus. Si je vide la pression l'affichage ne réagit pas.

Les valeurs mesurées et affichées de 52 à 62 représentent quoi ? des mA ?
Si c’est bien des mA, il y a une surintensité manifeste qui traverse l’entrée en courant du contrôleur ! ça peut risquer de la détériorer, voire de la griller.

Pour voir si l’entrée analogique en courant 4-20mA est encore fonctionnelle correctement, indépendamment d’un capteur, tu pourrais faire un test de simulation d’après le montage ci-dessous.
Selon la loi d’ohm R=U/I, on peut calculer la résistance équivalente du circuit (R + potentiomètre) pour limiter à 20mA.

En prenant une alimentation Vcc de 24V :

Pour un courant max voulu de 20mA, la résistance équivalente théorique du circuit est de 1,2 kΩ. On admet la résistance du potentiomètre nulle (curseur du potar sur min), donc R = 1,2 kΩ
Pour un courant min théorique de 4mA, la résistance équivalente du circuit est de 6 kΩ. La résistance R ne change pas, mais le curseur du potentiomètre est positionné sur la résistance max. Donc pot = 6kΩ-1,2kΩ = 4,8 kΩ.
Prendre les valeurs de composants standards, donc une R de 1,2 kΩ et un potentiomètre de 4,7 kΩ, la variation de courant (I=U/Réq) devrait être d’un chouilla plus que 4mA jusqu’à 20mA.

Si tu veux faire le montage avec une alimentation Vcc de 12V, la R devrait être de 600 Ω (deux résistances de 1,2 kΩ en parallèle font 600Ω) et le potentiomètre de 2,4 kΩ (prendre une valeur standard de 2,5 kΩ). La variation de courant serait de 3,9 mA à 20mA.
Tu pourrais aussi mettre une valeur standard de R de 680 Ω, et un potentiomètre de 2,2 kΩ, la variation de courant serait alors de 4,2mA à 17,6mA.

Vérifier aussi que l'affichage montre une valeur cohérente avec la mesure d'un ampèremètre ou d'un milli-ampèremètre (au besoin, se documenter sur la possibilité de conversion d'unités de l'affichage).

... sur les bornes input (je mesure quelques millivolts)

Cela ne me surprend pas, ce serait plutôt normal car une entrée en courant 4-20mA (ou aussi 0-20mA) a une résistance presque négligeable (un peu comme un un court-circuit), donc une chute de tension extrêmement faible. Une mesure de tension aux bornes d'une entrée en courant ne montre rien. Vaut mieux mesurer le courant en série avec la boucle et une résistance.

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Question : dans le manuel, la documentation en chap.1 dit qu’il y aurait plusieurs modèles de contrôleurs avec des actions différentes. Afin de savoir ce qui est possible de faire avec ton contrôleur (en vue d'une mesure de température et d'une régulation PID), peux-tu nous dire quel numéro de production a celui-ci (C100xxxx-x*xx) ?

Excellent week-end à tou(te)s. Cordialement

[IC-CD0000]

petite précision : j'ai omis de dire que pour ce montage-test, la puissance minimum de la résistance et du potentiomètre doivent être d'au moins 0,5 W chacun... Bonne suite

[goldove]

BOnjour
IC-CD0000, merci beaucoup pour ces précisions. Je vais devoir relire ton message plusieurs fois, et je vais faire des essais.
Je pense que mon contrôleur n'est pas fait pour une boucle de courant. Il faudra que je regarde son numéro, je ne suis pas sur place.

Rom-vi et Touche-à-tout, j'ai bien sûr commencé par intégrer des sondes de température différentes dans le stérilisateur.
C'est un appareil qui, le plus souvent, fonctionne à 1 bar pendant 90 minutes à 120 minutes. C'est plutôt une grosse cocotte minute. Il sert à stériliser des substrats et des ustensiles pour cultiver des pleurotes et du reishi.

Je n'ai pas réussi, en mesurant à plusieurs endroits la température, à avoir une bonne corrélation avec la pression (sondes PT100, K et une autre dont je ne connais pas le type sur un thermomètre, pour contrôler). Une fois la consigne atteinte, comme un "effet de masse" fait monter la pression pour une même température mesurée (manomètre contrôlé, changé... OK), et au démarrage c'est l'effet inverse. Je ne tiens pas forcément à avoir une mesure précise de la température, puisque je sais par expérience que 1 bar pendant X temps est suffisant pour mon travail. La courbe elle même m'importe peu. Tout ce que je cherche à éviter, c'est l'échappement permanent de vapeur causé par la valve, qui oblige à remplacer fréquemment l'eau et à contrôler son niveau, en plus de faire un bruit permanent. Comme cela je peux mettre deux fois par mois de l'eau déminéralisée, la cuve reste toujours propre et j'en rajoute à peine, une fois par semaine.

En fait je cherche juste à automatiser quelque chose que je fais "manuellement" avec un variateur de tension depuis longtemps, avec succès mais il faut être là, régler toutes les 15 minutes la puissance, surveiller... Je pense que si je peux avoir une sonde qui donne un indice de pression, et un contrôleur qui fait exactement pareil que ces thermostats qui fonctionnent avec une sonde K ou J ou PT100, mais avec cette boucle de courant, eh bien je n'aurais plus jamais à m'ennuyer et je pourrais simplement brancher le tout avec une consigne sur un programmateur.

Merci en tout cas pour vos réponses, et je vais bien sûr continuer à travailler à une solution. Ma question serait peut être: quel type d'appareil d'automatisme dois-je acquérir, qui soit relativement simple à régler pour cet usage ?

Une excellente soirée et j'espère à bientôt
Julien

[RomVi]

C'est logique, mais il faut peut être plus d'explications :
Au départ l’autoclave contient de l'air, la température augmente et l'eau commence à entrer en ébullition, mais l'air est toujours présent.
A 100°C la phase gaz contiendra de l'eau avec une pression partielle de 1b, mais comme l'air est toujours là la pression totale sera d'environ 2b, on ne peut donc pas se fier à la température pour connaitre la pression, mais ... on ne peut pas non plus se fier à la pression pour connaitre la température, et c’est elle qui est importante.

Pour éviter ça il faut chauffer jusqu'à ouverture de la soupape, puis redescendre la consigne en température de quelques degrés, et il n'y aura plus de fuite.

[goldove]

J'ai essayé cela, ça ne fonctionne pas.

[RomVi]

Alors il y a un problème quelque part, parce que la courbe de pression de vapeur saturante est un des trucs les plus fiables qui soit.
Peut être que ta sonde ne plonge pas assez profond, ou que le contact thermique est mauvais. Tu peux faire une photo ?

[goldove]

En pratique si je stérilise en me fiant à la température, le substrat est trop cuit, alors que si je me fie à la pression le résultat est nickel, mais cela implique que je surveille pour éviter que la pression ne monte trop. Je suis d'accord que c'est la température qui compte, mais j'ai fait plein de tentatives allant dans ce sens, et la stérilisation n'est qu'une partie (même si essentielle) d'un processus long et complexe... Alors vu que l'expérience me montre qu'une solution marche, j'ai plutôt tendance à m'attacher à suivre cette voie là.

Edit: je ferai des photos des sondes que j'ai utilisées, ce sont des sondes pour mesurer la température de l'huile notamment, longues et pointues en aluminium. J'ai aussi essayé avec des sondes K, avec ou sans encapsulage.

[goldove]

En plus de tout cela, mettre une sonde qui descend au centre est beaucoup plus contraignant qu'avoir une valve externe (j'imagine que c'est pour cela que les cocottes minutes fonctionnent comme ça) -edit : enfin non, surement pas, mais je me comprends-

[goldove]

Je vais refaire les essais sur la température en parallèle. Ces essais datent d'il y a plus d'un an. Je vais usiner une pièce en laiton pour que la sonde descende plus bas dans la cuve... Nous verrons bien si mon souci disparait

[RomVi]

J'ai regardé la notice du capteur (j'étais passé à coté). C'est un montage en boucle de courant tout ce qu il y a de classique. Il suffit de brancher le capteur directement sur une alim, et l'intensité qui passe dans les fils est le reflet de la pression.
Si tu n'as pas d’ampèremètre tu peux mettre une petite résistance en série et mesurer la tension à ses bornes (100 ohms par exemple).
Pour mesurer la température il n'est pas utile d'usiner une pièce, tu peux plaquer un thermocouple directement sur la cuve, ça restera précis.

[Touche-à-tout]

Bonjour,

Décidément, c'est un fonctionnement particulier qu'on a là !
Je reprends quelques points:

- Le scan de la notice du transmetteur indique une gamme de pression allant de -1 à 400 bars. Cela nous dit déjà que l'appareil et très largement surdimensionné pour mesurer autour d'un ou deux bars. D'ailleurs, si on continue la lecture de cette notice, la valeur "accuracy" (soit-disant précision), est de 0,5% FS (Full Scale, pleine échelle), soit pour une gamme de 400 bars une tolérance de +/- 2 bars. A mon avis, rien que pour ces deux raisons, il sera difficile d'exploiter ce capteur aussi bas dans sa plage de mesure.

- Un autoclave de stérilisation est sensé rester hermétique pendant tout son cycle de travail. L'échappement de vapeur par la soupape de sécurité indique soit un dépassement de la pression admissible par le réservoir, soit une soupape défectueuse. Dans les deux cas, c'est un problème qui peut se solder par un manque d'eau avec surchauffe à la clé. D'autre part, s'il y a échappement, la pression ne doit pas monter bien haut et la courbe pression/température doit s'arrêter sur un plat, probablement inférieur à la valeur nécessaire pour une stérilisation optimale.

- Par substrat, j'imagine qu'il s'agit de terre de culture dans un récipient. C'est donc un matériau qui doit condenser la vapeur, devant se saturer en humidité avant de pouvoir suivre la montée en température. Il doit donc y avoir un gradient de température pendant assez longtemps entre la surface et le cœur du volume traité. Comme je l'ai déjà indiqué, seule la température pendant un temps suffisant peut agir sur les germes, graines et spores, et la pression ne peut pas indiquer ce qu'il se passe dans un panier de terre.

- Une sonde de température devrait donc être placée à l'endroit le plus défavorable (ou cœur du produit, le plus éloigné de la surface), mais c'est précisément cela qui doit faire que quand le produit est bien traité à cœur, il est trop cuit en surface. Il reste donc à envisager de placer le produit sur des plateaux superposés pour que les fines couches soient bien mieux représentées par une mesure d'ambiance.

-S'il s'agit d'un autoclave électrique à vapeur d'eau, tout cela devrait déjà en faire partie, mais il est fort probable que son usage prévu ne soit pas celui qui en est fait ici. Les détournements sont souvent accompagnés de tels désagréments et il vaut mieux adapter la présentation du produit à l'appareil que l'inverse.


Tout cela me rappelle d'ailleurs un sujet d'il y a quelques années sur des sécheurs de pâtes alimentaires artisanales...

Désolé de ne pas apporter de solution clé en main, je n'ai que des pistes à explorer, j'espère que ça mènera quelque part.

Bien cordialement,
Nicolas.

[goldove]

Bonjour.
Merci de vos réponses. Placer un thermocouple dans une cuve sous pression nécessite une pièce pour étanchéifier l'entrée du capteur... Merci des conseils pour la boucle, je vais refaire des essais avec ça.

En ce qui concerne la gamme de 400 bars, c'est le maximum disponible, la notice étant la même. Ma sonde va de 0 (4ma) à 2,5 bar (20ma).

Le substrat est dans des sacs autoclavables, bouteilles, ou bocaux. Il est difficile et inutile (pour des raisons d'étanchéité et de stérilité) de placer une sonde au centre du substrat. Il suffit d'adapter une température "douce" (121C) pendant assez longtemps. Je pense que lorsque je mesure la température certains endroits montent beaucoup plus en température. Effectivement la température doit être mal mesurée mais si le couple pression d'eau chaude/température est fiable alors autant contrôler la pression.

Pour le coup les modifications apportées à l'appareil, effectivement pas prévu pour cela puisque juste une grosse cocotte minute électrique, sont minimes et apportent un réel plus à l'utilisation sans que la sécurité soit affectée. Me reste à dégotter un contrôleur pas trop compliqué à utiliser. Le top serait de pouvoir contrôler une régulation de tension dans la résistance, afin d'éviter le tout ou rien...

Je vais vous tenir au courant des essais effectués et de mes recherches sur un appareil adapté... Merci encore
Julien