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mesures > Indicateur niveau liquide 001
Dernière mise à jour : 03/04/2011Présentation
Cet indicateur permet, par le biais d'une échelle de 10 leds, d'évaluer rapidement et d'un seul coup d'oeil, le niveau de remplissage d'un réservoir.
Pour que cela soit possible, il faut que le réservoir en question soit doté d'un capteur résistif dont la valeur dépend de la quantité de liquide qu'il contient. Ce capteur peut être d'origine ou ajouté; dans le second cas, il faut juste savoir ce que l'on fait et être prudent pour limiter le risque d'ennuis par la suite (voir avertissements). L'alimentation se fait sous une valeur comprise entre +12 V et +18 V (régulation +8 V intégrée). La commande de la partie affichage est confiée à un CI spécialisé de type LM3914, que l'on arrive encore à se procurer au moment de l'écriture de ces lignes.
Trois montages sont proposés :
- Schéma 001 : pour capteur ayant un pôle relié à la masse, résistance max quand réservoir vide et résistance min quand réservoir plein.
- Schéma 001b : pour capteur flottant (aucun pôle relié à la masse ou au +Alim), résistance max quand réservoir vide et résistance min quand réservoir plein.
- Schéma 001c : pour capteur ayant un pôle relié à la masse, résistance min quand réservoir vide et résistance max quand réservoir plein.
Avertissement
Cet indicateur a été conçu pour être raccordé à un capteur existant de type résistif. Si vous souhaitez ajouter un tel capteur sur un réservoir qui n'en est pas doté à l'origine, deux points très importants doivent être gardés à l'esprit :- un réservoir, quelque soit le type de liquide qu'il contient, n'est pas forcement apte d'un point de vue mécanique, à recevoir un capteur. Une adaptation doit être faite dans les règles de l'art, en vue d'éviter tout incident par la suite (fuite notemment).
- si le contenu est un liquide dangeureux (essence par exemple), pas question de bidouiller la mise en place hasardeuse d'un capteur de fortune.
Je destine cet indicateur à un usage "sans risque" : indication de niveau d'eau dans un récupérateur d'eau de pluie, par exemple. Et je décline toute responsabilité quant à tout autre usage. Vous êtes normalement conscient de ce que vous faites, et si vous decidez d'installer cet indicateur pour visualiser le niveau d'essence sur une moto, utilisez impérativement le capteur d'origine et ne touchez à rien d'autre !
Schéma 001
Schéma pour capteur ayant un pôle relié à la masse, résistance max quand réservoir vide et résistance min quand réservoir plein.Un schéma classique basé sur un LM3914, auquel j'ai associé un étage d'entrée d'adaptation. Explications plus loin.
Circuit d'affichage
Ce circuit nécessite peu de composants puisque la tache principale est confiée à un circuit spécialisé dans ce genre d'activité, le fameux LM3914. A ce circuit sont ajoutés trois résistances et deux potentiomètres, pour le rendre pleinement opérationnel : R1, R2, R3, RV1 et RV2. Le potentiomètre RV1 permet d'ajuster le seuil bas et le potentiomètre RV2 permet d'ajuster le seuil haut, ce qui permet d'adapter la plage d'affichage aux valeurs désirées. Le cavalier JP1 permet de sélectionner le mode d'affichage : retiré, l'affichage se fait en mode point (une seule led allumée à la fois), et mis en place, l'affichage se fait en mode ruban (baregraphe), et dans ce cas toutes les leds sont allumées si le réservoir est plein. Le fonctionnement du circuit est simple : le nombre de leds allumées (en mode ruban) ou la led allumée (en mode point) dépent de la valeur de la tension continue appliquée sur l'entrée broche 5 du LM3914 (Vin), par rapport à la plage spécifiée par les tensions continues présentes sur les bornes seuil bas (RLO) et seuil haut (RHI). Si par exemple le seuil min est fixé à 2 V et que le seuil haut est fixé à 3 V, la pleine échelle d'affichage correspond à un débattement sur une plage de 1 V, ce qui veut dire qu'à chaque augmentation de 100 mV (environ) en entrée SIG (Vin), l'affichage évolue d'un cran (d'une led). Dans le cas qui nous concerne, le seuil bas a été fixé à 2,8 V et le seuil haut a été fixé à 5,6 V, car il s'agit de la plage de tension fournie par la sortie de l'étage d'entrée pour le plein débattement du capteur.Etage d'entrée
L'étage d'entrée basé sur le LM358 a été nécessaire du fait de la présence d'un "cahier des charges" bien précis. Le présent indicateur a en effet été développé pour une application particulière, où un capteur était déjà existant et présentait les caractéristiques suivantes :- en position réservoir plein, résistivité capteur minimale, de 8 ohms environ
- en position réservoir vide, résistivité capteur maximale, de 100 ohms environ
- une des deux bornes du capteur est reliée à la masse de l'alimentation sur laquelle on vient raccorder l'indicateur.
Si le capteur avait été totalement "flottant", c'est à dire avec ses deux bornes totalement isolées de la masse ou du plus alimentation, il aurait été possible de se passer de cet étage d'entrée à LM358 (voir variante du schéma un peu plus loin). Une contrainte supplémentaire s'ajoute avec un capteur dont une des bornes est à la masse : si on veut le monter dans un diviseur de tension résistif comme je l'ai fait ici en l'associant à R4, la tension au point commun du diviseur (Capt1), représentatif de la position du capteur, varie dans le mauvais sens, c'est à dire que l'indication "réservoir plein" correspond à l'état réel "réservoir vide". En mode point, cela n'est pas gênant car il suffit "d'inverser" la position physique des leds et de décider que D10 correspond au niveau bas et que D1 correspond auniveau haut. Mais en mode ruban, cela fait un peu désordre et on est bien embêté. Le remède : inverser le sens de variation de la tension continue. Ce qui est fait ici avec le LM358, monté en amplificateur inverseur. Comme on travaille ici avec une alimentation continue simple et non symétrique de +8 V, il est nécessaire de faire travailler l'AOP sur une référence de tension positive qui permette une excursion de sortie qui se situe entre les deux pôles d'alimentation 0 V (masse) et +8 V. Cette référence est fixée ici à +1,8 V, car pour faciliter les réglages des seuils d'affichage, j'en ai profité pour demander à cet étage d'apporter une légère amplification en tension (gain de 2,2 environ, fixé par les valeurs données à R5 et R6). En pratique, la plage de tension d'entrée de 0,13 V à 1,40 V en "sortie" capteur (Capt1) est transposée sur une plage de variation de 2,8 V à 5,6 V (sortez vos calculatrices, et cherchez à comprendre ce que vous constatez).
Régulation d'alimentation
Une régulation d'alimentation a été ici nécessaire du fait que l'alimentation de +12V fournie au montage n'était pas régulée. Cette régulation est simple à ajouter, puisqu'un classique régulateur +8 V à trois pattes de type LM7808, associé à ses deux condensateurs d'entrée (C1) et de sortie (C2), suffit. Une diode 1N4007 (D11) montée en série avec le +12 V a été ajoutée pour prévenir toute destruction toujours malheureuse, en cas d'inversion accidentelle de polarité des fils d'alimentation.Remarque : la consommation totale du montage dépend du nombre de leds allumées simultanement, et atteint quelques 110 mA en mode ruban quand toutes les leds s'illuminent. Si la tension d'alimentation fournie au montage est de +18 V (max annoncé ici), le régulateur de tension dissipe à ce moment une puissance de 1 watt, ce qui impose la mise en place d'un radiateur de refroidissement. Ce radiateur de refroidissement est plus que conseillé si la tension d'alim est de +12 V (un petit modèle suffit), et n'est pas nécessaire si vous optez pour un affichage de type point.
Procédure de réglage
Elle est très simple, et peut être effectuée de deux façons :- soit avec le capteur du réservoir directement raccordé au montage,
- soit avec un potentiomètre câblé en résistance variable remplaçant provisoirement le capteur.
Etalonnage avec le capteur du réservoir
Dans ce contexte, vous devez pouvoir disposer d'un réservoir vide et d'un réservoir plein pendant la phase de réglage. Si cela n'est pas possible, voir paragraphe suivant.- Réservoir plein (résistivité capteur minimale) : ajuster le potentiomètre RV2 de telle sorte que seule la led la plus haute (D10) s'allume si vous êtes en mode d'affichage "point" (cavalier JP1 retiré), ou que toutes les leds s'allument si vous êtes en mode d'affichage "ruban" (cavalier JP1 en place). La tension continue au curseur de RV2 (Vhi) doit être proche de la valeur mesurée en sortie de l'AOP LM358, borne 1 (Vin).
- Réservoir vide (résistivité capteur maximale) ou presque vide : ajuster le potentiomètre RV1 de telle sorte que seule la led la plus basse (D1) s'allume, quel que soit le mode d'affichage choisi (point ou ruban). La tension continue au curseur de RV1 (Vlo) doit être proche de la valeur mesurée en sortie de l'AOP LM358, borne 1 (Vin).
Etalonnage avec un potentiomètre
Pour cela, vous devez connaitre précisement les valeurs résistives du capteur qui correspondent aux positions réservoir plein et réservoir vide. Pour le besoin exprimé dans mon cas, il aurait suffit que je câble un potentiomètre de 100 ohms entre les deux bornes capteur Capt1 et Capt2.- Potentiomètre de test réglé à 8 ohms : ajuster le potentiomètre RV2 de telle sorte que seule la led la plus haute (D10) s'allume si vous êtes en mode d'affichage "point" (cavalier JP1 retiré), ou que toutes les leds s'allument si vous êtes en mode d'affichage "ruban" (cavalier JP1 en place). La tension continue au curseur de RV2 (Vhi) doit être proche de la valeur mesurée en sortie de l'AOP LM358, borne 1 (Vin).
- Potentiomètre de test réglé à 100 ohms : ajuster le potentiomètre RV1 de telle sorte que seule la led la plus basse (D1) s'allume, quel que soit le mode d'affichage choisi.
Schéma 001b
Schéma pour capteur flottant (aucun pôle relié à la masse ou au +Alim), résistance max quand réservoir vide et résistance min quand réservoir plein.Le schéma qui suit est une variante simplifiée, que l'on ne peut mettre en oeuvre que si le capteur (8 ohms - 100 ohms) est totalement indépendant d'une électronique annexe, c'est à dire si ses deux bornes sont réellement flottantes et raccordées à rien d'autre.
Dans ces conditions en effet, le capteur peut-être positionné en partie "haute" du diviseur de tension qu'il constitue avec R4, et la tension en sortie de ce diviseur varie cette fois dans le bon sens, puisqu'elle est d'autant plus élevée que le capteur se rapproche de la position réservoir plein. Sur ce schéma, vous noterez que les valeurs des résistances et potentiomètres sont différentes du premier schéma. Cela est lié au fait que nous n'avons ici aucun circuit d'amplification et que la faible plage de variation de la tension d'entrée impose des seuils haut et bas de valeurs différentes :
- plage tension d'entrée (Vin) : 6,9 V à 7,9 V
- seuil bas (Vlo) : 6,8 V
- seuil haut (Vhi) : 7,9 V
Schéma 001c
Schéma pour capteur ayant un pôle relié à la masse, résistance min quand réservoir vide (par exemple 3 ohms) et résistance max (par exemple 120 ohms) quand réservoir plein.Spécialement développé pour ceux qui ne sont pas dans un des deux cas précédents, pour un capteur dont la résistivité est maximale quand le réservoir est plein.
Ca ressemble beaucoup au premier schéma, mais les entrées inverseuse et non inverseuse de l'AOP ont été interverties et quelques changements de valeur de résistance se sont imposés. La procédure d'ajustage consiste à régler RV1 pour le seuil bas (résistance min entre les points d'entrée CAPT1 et CAT2) et à régler RV2 pour le seuil haut (résistance max entre les points d'entrée CAPT1 et CAT2). Pour ce qui est de la régulation de la tension d'alimentation, même chose qu'avec le schéma 001 d'origine.
Circuit imprimé
Aucun circuit imprimé n'a été dessiné pour le moment, la vue 3D n'est là que pour donner un apperçu de ce que cela peut donner.