Introduction
Il est bien connu que les capteurs transforment une grandeur physique en grandeur électrique, dans ce rapport, nous nous intéresserons à un capteur qui détecte le niveau d'une solution aqueuse conductrice dans un réservoir et la transforme en signal électronique ; ce signal sera affiché directement sur place ou intégré dans une commande du process ou un système de contrôle, sache qu’une commande de commutation peut mettre en marche ou arrête des dispositifs de remplissage comme les convoyeurs à bande ou des pompes.
Généralement la détection de niveau se fait par plusieurs méthodes (hydrostatiques, acoustiques, par absorption de rayon gamma, électriques … etc.).
La nôtre fait partie de celles électriques, ce sont des méthodes employant des capteurs spécifiques, c’est-à-dire traduisant directement le niveau en signal électrique. Leur intérêt réside dans la simplicité des dispositifs et la facilité de leur mise en œuvre.
Dans le développement de ce sujet nous commencerons par l’explication de la conductivité d’une solution aqueuse ; et nous verrons par la suite une interprétation théorique de l’aspect de fonctionnement du capteur, ses avantages et inconvénients, ses composantes et ses
procédures de la réalisation.
I- La détec tion électrique d’une solution aqueuse:
I.1. La détection :
De point de vue électrique il est possible de détecter la présence d’une solution aqueuse grâce à ses propriétés chimiques :- Une « solution aqueuse », c’est de l’eau contenant une ou plusieurs substances dissoutes.
- L’eau pure (distillée) n’est pratiquement pas conductrice du courant électrique.
- Les solutions aqueuses doivent contenir des ions (particules chargées) pour être conductrices. Les solutions qui ne contiennent que des molécules ne sont pas conductrices.
- Dans les solutions aqueuses, le courant électrique est dû à un déplacement d’ions.
- Les ions positifs se déplacent dans le sens du courant (vers la borne -) et les ions négatifs dans le sens contraire (vers la borne +).
l’électrode de charge électrique négative (Cathode), et les ions négatifs se déplacent dans le sens contraire (vers la borne positive : Anode).
C’est ce mouvement à double sens qui constitue le courant électrique dans un liquide.
I.2. La concentration de conductivité
La conductivité électrique est fortement dépendante du nombre d'électrons disponibles pour
participer au process de conduction.
participer au process de conduction.
La conductivité est définie comme le rapport entre la densité de courant (J) et l’intensité du champ
électrique (e) 𝑆 =𝐽/𝑒
Solution de Chlorure de Sodium
La plupart des métaux sont des conducteurs d’électricité extrêmement bon, du fait du nombre important d’électrons libres pouvant être excité dans une couche énergétique vide et disponible.
Dans l’eau et les matériaux ioniques et liquides, du fait que le courant électrique est transporté par les ions de la solution, la conductivité augmente lorsque la concentration des ions augmente.
Donc, puisque la conductivité des solutions aqueuses est généralement faible, nous allons adopter un transistor sensible à cette conductivité même si elle est faible ; notre choix est tombé sur le transistor BC548 dont ses caractéristiques sont données à l’annexe.
Dans le chapitre suivant nous abordons le montage convenable pour la réalisation d’un
capteur de niveau efficace.
II- Aspect de fonctionnement
II.1. Principe de base
Le schéma ci-dessous représente l’idée de base de principe de détection de niveau.
Figure 1: schéma de principe de base
Si l’interrupteur SW1 fermé la Led s’allume, au contraire s’il est ouvert le transistor est à l’état bloqué alors la Led sera éteinte du fait de l’absence de courant IC.
II.2. Principe globale
Une sonde (électrode, simple tige métallique d'axe vertical isolée de la masse du réservoir) a son extrémité inférieure toujours immergé dans le liquide.
Lorsque le niveau monte, ce liquide arrive en contact avec l’extrémité de la deuxième sonde située
plus haut le circuit électrique est alors fermé, un courant sous très basse tension passant entre deux
électrodes. Cette variation de résistance du milieu passe de l’état d’isolant à (gaz ou vapeur) à l’état
conducteur (liquide) produit une variation de tension détectée par le circuit électronique (figure 2) qui
change l’état d’un contact ou d’un signal de sortie (Rappelons que nous pouvons exploiter ce signal de sortie à plusieurs fins).
Il est simple de placer plusieurs détections de niveau (très basse, basse, haute, très haute…) en utilisant plusieurs sondes (électrodes) de longueurs différentes.
On remplace parfois l’électrode la plus longue dont d’extrémité doit toujours être plongé dans le liquide par la masse du réservoir s’il est en métallique.
Une électrode peut aussi être montée horizontalement si on dispose d’un piquage latéral sur le réservoir.
On utilise un courant sous faible tension pour éviter tout risque d’électrocution (le fait de faire passer
dans un organisme vivant une décharge électrique) et sous faible intensité pour qu’il n’y ait pas d’électrolyse (décomposition chimique d’un certains corps composés en fusion ou en solution obtenue par le passage d’un courant électrique) du liquide dont on mesure le niveau.
dans un organisme vivant une décharge électrique) et sous faible intensité pour qu’il n’y ait pas d’électrolyse (décomposition chimique d’un certains corps composés en fusion ou en solution obtenue par le passage d’un courant électrique) du liquide dont on mesure le niveau.
II.3. schéma
Figure 2:circuit du capteur de niveau
II.4. Avantages
- Simplicité
- Coût moins élevé
- Indépendance par rapport aux caractéristiques physiques du produit (en particulier la masse volumique)
- Les détecteurs sont donc des systèmes en général d'un coût moins élevé que celui des dispositifs de mesure continue mais fiables car la sécurité des personnels et des installations repose souvent sur eux.
II.5. Inconvénients
- Ne convient qu’avec les liquides et à condition qu’ils soient inducteurs (eau, acide,solutions).
- Peu corrosifs (sinon, remplacer périodiquement les électrodes, leur cout étant faible).
- Peu chargés de particules susceptibles de se déposer.
- L’eau pure, l’eau sucrée ou l’huile contiennent des molécules : ce ne sont pas des solutions conductrices.
III - Réalisation
Avant de passer à la réalisation de circuit en pratique on simule le fonctionnement de ce circuit à l’aide d’un logiciel de simulation pour vérifier la validité de montage et pour éviter tout risque de détérioration d’un composant ou de tout le circuit.
III.1. Les composants du circuit
III.2. Simulation via le logiciel Proteus ISIS
La conductivité de l’eau sera représentée par un interrupteur
Résultat :
Le circuit fonctionne sans erreursIII.3. La réalisation en pratique
Dans cette étape nous choisissons de mettre en pratique ce montage à l’aide d’une plaque d’essai. Les
images suivantes montrent le fonctionnement de capteur de niveau à après plusieurs tests sans problèmes.
images suivantes montrent le fonctionnement de capteur de niveau à après plusieurs tests sans problèmes.
Figure 6 : le niveau de l'eau à l'état intermédiaire
Conclusion
Le fait d’aborder le sujet « Capteur de niveau » dans le cadre du mini projet, nous a permis de développer une méthodologie rigoureuse et efficace de travail, de s’adapter à la démarche du projet, ses contraintes et difficultés et de mettre en pratique les connaissances acquises pendant la période de formation comme les cours appris en commun.
Pour clore, ce mini projet a été pour nous un complément à notre formation, dans ce sens, nous souhaitons en perspective que cette expérience sera enrichissante sur les deux plans théorique et pratique par la réalisation de ce capteur de niveau.
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