Construction d'une étuve régulée par micro-processeur

[JeanMarie]

Ce matin, j'ai fait deux magasins de bricolage. Ils n'avait pas ces plaques d'isolation thermique malgré la présence d'un rayon soudure. J'espère en visiter d'autres cet après-midi.

Par contre, au lieu de disposer de nombreux fils de cuivre entre les résistances, j'ai acheté une tôle d'aluminium emboutie sous forme de treillis, avec laquelle je vais essayer de former un radiateur que j'espère efficace entre les résistances.

[JeanMarie]

Ce matin, j'ai fait 2 magasins de bricolage avec rayon soudure mais aucun n'avait de plaque de protection thermique. J'en essayerai d'autres cet après-midi.

Par contre, au lieu d'installer des fils de cuivre entre les résistance, j'ai acheté une tôle d'aluminium emboutie en forme de treillis. J'espère pouvoir en faire un radiateur efficace.

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[Gérard Weiss]

Bonjour Jean Marie,

j'ai acheté une tôle d'aluminium emboutie en forme de treillis. J'espère pouvoir en faire un radiateur efficace.

Ca ne parait pas évident car le "radiateur" ne sera en contact avec les résistances que sur des points isolés. Pour que la chaleur passe des résistances vers le radiateur, il faudrait au contraire une grande surface de contact sans lame d'air venant faire résistance. Mais là je sèche !

[Christian]

Re bonjour,

Si les corps de chauffe ne dépasse pas les 100°, une colle epoxy chargée de particules métalliques (genre Araldit Métal) pourrait peut-être fonctionner ???
J'ai récemment collé des pièces de radiateur en aluminium (alu sur alu) de cette façon et le montage est hyper costaud et bon conducteur, mais je ne sais pas ce que donnerai une chaleur élevée ...

[JeanMarie]

Oui, la surface de contact entre le treillis et la résistance est évidement importante. L'araldite chargée en particules métalliques est peut-être une solution, mais je crains fort que la T° de la résistance ne dépasse largement les 100°.

Pour le moment, j'ai déjà aplati le relief au marteau sur le bord qui doit entourer la résistance : cela élargit la surface et rend le treilli plus souple. Je compte entourer la résistance et serrer à l'aide de quelques vis.

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J'avais aussi pensé à la pâte thermique utilisée pour les microprocesseurs mais j'ai bien peur que la résistance ne chauffe trop pour cette pâte, malgré qu'elle soit supposée tenir jusqu'à 200°.

Dans un premier temps, rien n'empêche de faire quelques essais avec le serrage mécanique seul.

Par ailleurs, j'ai enfin trouvé une plaque d'isolant thermique. Je vais pouvoir faire quelques essais. Je vous garde en première loge pour les résultat.

Dernière nouvelle : Mon chemin m'a fait passer à côté du parc pour la récolte des déchets à recycler. Au grand désespoir de mon épouse, il y a une section appareillage électrique et électronique. Je n'ai pas pu m'empêcher d'embarquer un four à micro-onde Philips Whirlpool en poussant le cri du bricoleur : "ça peut toujours servir"

[JeanMarie]

Non, les amis, je ne m'endors pas.

Tout d'abord, Gérard, j'ai tes flexibles. J'attends ton adresse.

J'ai passé ma journée à faire quelques courses et de multiples tests.
Pour ces tests, je me suis souvenu que j'avais un autre thermomètre digital avec la sonde dans un pot de paraffine solide. Ce thermomètre monte plus haut que le premier (au moins jusqu'à 70°). Autre différence: il met à jour toutes les 10 secondes.

Afin d'avoir une série de tests comparables, j'ai soumis le matériel aux conditions suivantes: je chauffe jusqu'à atteindre ou dépasser 37°. Là, je coupe le courant et j'attends jusqu'à ce que la T° redescende à 37° ou immédiatement en-dessous. Puis je remets le courant jusqu'à de nouveau atteindre ou dépasser 37°. Dès que cet objectif est atteint, je coupe définitement le courant et continue les messures jusqu'à redescendre sous le seuil de 37°. La T° est notée toutes les 10 secondes.

Voici les courbes superposées:

Multi test de chauffe.jpg

La fine ligne bleue horizontale représente le seuil de 37°

Voici le tableau comparatif des caractéristiques des courbes:

Tableau comparatif.jpg

L'analyse, ce sera pour demain.

[JeanMarie]

Avant tout, il faut que je vous précise la signification des légendes des courbes.

Courbe 1: (2R+Diode): 2R correspond aux 2 résistancesdu bas du four, mises en série. La diode est également en série avec les résistances. L'ensemble représente 300W. Les résistance du haut sont mises hors service car je n'ai pas fabriqué de radiateur pour elles actuellement.
Courbe 2: (2R+D+Isolant): Mêmes conditions que la courbe 1 mais avec adjonction de la plaque d'isolation thermiqueentre les résistances et la sonde.
Courbe 3: (2R+D+I+Radiateur): Mêmes conditions que la courbe précédente, en ajoutant le "radiateur" en grillage sur les résistances. (ce radiateur chauffe rapidement et presque autant que les résistances). NB La partie externe des résistances ne conduit pas le courant. Il s'agit probablement d'une sorte de céramique.
Courbe 4 (2R+D+I+Rad+Ventilo): Mêmes conditions que la courbe 3 mais avec un ventilateur en plus. Il s'agit d'un ventilateur de PC (7 cm) fonctionnant sur 12V (merci la power unit de PC de récupération) et soufflant l'air sur les résistances.
Courbe 5 (2R+D+Rad+V -Isol): Mêmes conditions que la courbe 4 mais en retirant l'isolant thermique.
Courbe 6 (2Spots+D+R+V -Isol): Mêmes conditions que la courbe 5 mais les 2 résistances sont débranchées et chauffage par les 2 spots halogèneen série. (Erreur dans le titre de la courbe: la diode n'est PAS branchée). En fait, le fond (inférieur) du four peut s'ouvrir. C'est là que sont placés les spots contre les résistances et le radiateur(couvercle en verre enlevé).
Courbe 7 (2Spots+D+Rad -Vent-Isol): Mêmes conditions que la courbe 6 en retirant le ventilateur.

[JeanMarie]

Analyse

On voit que l’ajout de l’isolant thermique (courbe 1 --> courbe 2) a essentiellement comme effet de retarder la courbe de T° mais que la courbe est par ailleurs fort semblable (la courbe se décale vers la droite. C’est assez logique car l’isolant thermique retarde l’effet des résistances sur la sonde.
L’ajout du radiateur (courbe jaune) augmente un peu l’amplitude. Cette augmentation reflète probablement le supplément d’énergie atteignant la sonde par l’intermédiaire du surplus d’échauffement de l’air.
L’ajout du ventilateur (courbe turquoise) a un effet drastique d’aplatissement de la courbe et de raccourcissement de la réaction thermique.
L’enlèvement de l’isolant thermique (courbe rouge) raccourci encore le temps de réaction mais augmente un peu l’amplitude de la réaction.
Dans les mêmes conditions, le remplacement des résistances par les spots ne produit pas assez d’énergie pour atteindre 37° (courbe brune). Par contre, si on enlève en plus le ventilateur, on obtient une bonne régulation. Il faut cependant préciser que les deux spots ne remplissent pas complètement le fond du four, de sorte que pas mal d’air extérieur peut entrer dans le four et corrompre les résultats. C’est probablement ce qui explique que la courbe brune n’a jamais atteint 37° : le ventilateur faisait entrer trop d’air extérieur.

[JeanMarie]

Je crois qu'il vaut mieux laisser tomber les 2 courbes avec les spots car elles ne sont probablement pas fiables à cause des entrées d'air. Elles peuvent néanmoins suggérer que la régulation est meilleure lorsque la source énergétique n'est que légèrement supérieure à la puissance nécessaire pour maintenir la T° souhaitée.

C'est d'ailleurs ce qui fait que l'étuve de Jean fonctionne bien: on choisit la puissance de la source en combinant les lampes et on laisse l'étuve atteindre sa T° de fonction, où l'apport de chaleur compense exactement les pertes. Donc la T° est stable, sans besoin de régulation et sans effet "rebound".

Dans la mesure où je veux pouvoir modifier à volonté la T° de mon étuve, je pense que ces quelques expériences prouvent qu'il est impossible de s'en sortir valablement avec un thermostat simple (qu'il soit de type bilame ou à bulbe ou même électronique). En effet, j'ai imité le comportement d'un tel thermostat qui coupe l'alimentation dès qu'on s'élève au-dessus d'un seuil choisi et qui remet l'alimentation dès qu'on descend sous ce seuil et les résultats sont loin de la stabilité.

Pour une meilleure régulation, il faut tenir compte de l'effet d'inertie et diminuer ou couper le courant en montée bien avant d'atteindre le seuil et remettre le courant en descente avant de passer sous le seuil.

J'ai fait une tentative de gestion "intelligente" de l'alimentation au lieu d'agir comme le robot thermostatique des expériences précédentes. Pour cette nouvelle expérience, j'ai remis en service les 4 résistances et la diode en série. Je n'ai pas utilisé l'isolant thermique ni le ventilateur. Par contre, le radiateur est resté en place (car il est plié autour des résistances et est bien ajusté. D'ailleurs, il chauffe très bien).

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Vue par le dessous du four:

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Voici la nouvelle courbe (en bleu) obtenue en anticipant au mieux l'inertie thermique. Par exemple, j'ai coupé le courant après 1min40, alors que la T° n'était encore qu'à 24,4°. Comme la T° peinait à atteindre 37°, j'ai rajouté 20 sec de jus en fin de montée, etc.

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On voit que la T° est beaucoup plus stable que dans les précédentes expériences. Ceci confirme à mon avis la nécessité d'une gestion de l'alimentation par un microcontrôleur capable de réagir selon un algorithme imitant autant que possible le gestion "intelligente" de l'expérimentateur.

J'ai tenté de savoir jusqu'à quelle T° pouvait monter l'étuve avec ses 4 résistances et la diode en série (150W). Pour cela, j'ai laissé l'alimentation ON. Voici la courbe:

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L'expérience s'est arrêtée à 70°, le thermomètre n'allant pas plus loin. On voit cependant qu'on n'atteint pas encore le haut de la courbe. Autrement dit, le système reste trop puissant, en tout cas pour une régulation à 37°. D'où l'intérêt, je crois, de moduler la puissance à l'aide d'un triac en fonction de la T° souhaitée.
Vos avis sont les bienvenus.

Ce sera tout pour aujourd'hui.

[JeanMarie]

Une semaine plus tard, vous vous dites sans doute que le projet n'a pas avancé beaucoup.


Et vous n'avez pas tort !


Je viens de passer une semaine à essayer de faire fonctionner l'afficheur LCD avec le µcontrôleur. J'ai vérifié je ne sais combien de fois le câblage et le programme (en Basic BASCOM), j'ai cherché sur Internet, apporté des modifications au programme, relu les documentations. Rien n'y faisait.

Jusqu'au moment où je suis tombé sur le topic d'un forum où quelqu'un évoquait le même genre de difficulté et évoquait, contrairement aux documentations, la possibilité que l'affichage LCD ne fonctionne pas correctement avec n'importe quel Port du µcontrôleur. J'ai donc changé de Port et ... miracle :

LCD OK.jpg

Je ne compte pas utiliser cet afficheur pour l'étuve car il est beaucoup trop grand. A la place, j'envisage un groupe de 4 afficheurs LED 7-segments. Cependant, ce LCD est une aide précieuse pour la mise au point des autres éléments.

Je ne rentre pas ici dans les détails du câblage du µcontrôleur Atmega8 ni de la programmation en BASCOM. Si quelqu'un désire des détails, je reste entièrement disponible en Message Privé.

La prochaine étape est la mise en fonction d'une sonde de T° DS18B20. Je vous en reparlerai dès que j'aurai réussi.