Construction d'une étuve régulée par micro-processeur

[Christian]

Re,

Car en réalité, je ne compte pas les nombreux essais, erreurs et changements de programme en cours de route pour aboutir au premier exemplaire, ce qui fait que celui-ci revient au moins à 5 ou 10 fois le coût annoncé. Mais il n'y a probablement pas d'autre moyen de progresser.

Je pense aussi qu'il est difficile de faire autrement !
Pour en revenir à l'étuve elle-même, je trouve excellent l'idée de partir d'un four (très) bon marché et celle-ci sera je pense plus polyvalente et précise que celle que j'ai fabriquée (selon le modèle de Jean).
As-tu avancé sur la gestion des corps de chauffe ? (et du problème de leurs inerties)
A+

ps: J'aime bien la petite pensée du jour !

[JeanMarie]

Hello Christian,

Voici un premier essai d'inertie thermique avec les moyens du bord (je dispose seulement d'un thermomètre digital avec sonde que je peux mettre dans le four mais ce thermomètre ne va que jusqu'à 50°.

J'ai donc mis le four en route avec les 4 résistances en série. En un peu plus d'1 minute, le thermomètre indiquait 37,8°. J'ai alors coupé le four. Le thermomètre a continué à monter comme je le craignais. 75 secondes après l'arrêt du four, il marquait 49,1°, soit presque 12 degrés de plus qu'au moment de l'arrêt. Ensuite, le thermomètre a indiqué "dépassement". Il dépassait donc 50°.

Ce comportement n'est peut-être pas entièrement dû à l'inertie thermique des résistances. En effet, il y a aussi l'inertie thermique de la sonde. Lorsque le thermomètre indique 37°, il n'est pas du tout impossible que la T° du four soit déjà à 45° car, comme la montée de T° est rapide, la sonde est probablement en retard.

J'avais dans mes tiroirs une diode Philips 6A/600V. Je l'ai donc mise en série avec les 4 résistances précédentes. C'est mieux. Le temps de mettre les résultats en forme avec Excel et je les envoie dans le prochain message.

[JeanMarie]

Voici donc les résultats en ajoutant la diode en série avec les résistances.

4 résistances + diode en série.jpg

On voit que la T° a continué à monter pendant 120 sec après coupure du courant, gagnant pratiquement encore 8°.

Cela me laisse penser qu'une régulation de type ON-OFF, que ce soit avec le thermostat de Gérard ou celui de Pierre, ne parviendra pas à éviter ces importantes oscillations. Avec un microcontrôleur et un triac, il serait facile de couper le four 8 à 10° avant la T° désirée et de le remettre en route après 2 à 3 minutes, mais à un faible régime dépassant légèrement la perte de chaleur du four (à déterminer expérimentalement à différentes T°).

J'aimerais également essayer les ampoules halogènes dont j'ai parlé et dont l'inertie thermique est probablement beaucoup plus faible. Peut-être demain.

Par ailleurs, j'aimerais bien utiliser un petit panneau d'affichage comportant 4 afficheurs 7-segment à LED (avec point décimal), permettant d'afficher la T° jusqu'à 99° avec 2 décimales et de 100 à 125° avec 1 décimale (puisque les sondes peuvent aller jusque là). Je cherche un bon schéma, de préférence avec un driver multiplexeur au format DIP (je ne suis pas outillé pour travailler avec des composants de surface). Si quelqu'un a cela dans ses tiroirs, qu'il pense à moi.

[Gérard Weiss]

Bonsoir Jean Marie,

On voit que la T° a continué à monter pendant 120 sec après coupure du courant, gagnant pratiquement encore 8°.

Cela me laisse penser qu'une régulation de type ON-OFF, que ce soit avec le thermostat de Gérard ou celui de Pierre, ne parviendra pas à éviter ces importantes oscillations. Avec un microcontrôleur et un triac, il serait facile de couper le four 8 à 10° avant la T° désirée et de le remettre en route après 2 à 3 minutes, mais à un faible régime dépassant légèrement la perte de chaleur du four (à déterminer expérimentalement à différentes T°).

Se ne sont pas des oscillations mais des dents de scie et je crois que ce n'est pas un problème de technologie : électronique, mécanique ou les deux, mais un problème de comportement thermique de l'ensemble. D'après tes photos, le bilame capteur de température n'est pas l'enceinte chauffée du four, ni même contre, mais entre cette enceinte et le capotage extérieur, et pire contre la façade qui est normalement tiède ! Ceci a deux conséquences :

1. Il faut du temps pour que la température à l'intérieur du four se propage jusqu'au bilame. Elle a donc le temps de monter avant que le bilame ne coupe le courant.

2. Le différentiel de température est important entre l'intérieur du four et le bilame. Ce n'est pas grave pour faire griller un hot-dog, car le bilame est étalonné en conséquence, mais cet étalonnage change avec les modifications du four : enlèvement ou remise du capot, isolation complémentaire, etc.

Pour une régulation précise, on comprend que le capteur doit être à l'intérieur du four, que se soit un bilame, un bulbe, une thermistance ou une jonction, qu'importe ! On améliorera le résultat en utilisant des éléments chauffants accumulant eux-même peu de chaleur. Des ampoules pourraient sur ce point être meilleures que les résistances d'origine, mais il faudrait trouver un moyen de le vérifier...

Enfin, tu souhaite avoir une forte puissance de chauffage pour la montée en température et ensuite une faible puissance pour son entretien. Le thermostat à bulbe est ici complètement dépassé et il faut faire appel à l'électronique ou à un microprocesseur. Mais cela ne dispense pas de faire attention au comportement thermique du four, comme je l'ai esquissé plus haut.

[JeanMarie]

Hello Gérard,

Je me rends compte que je n'ai pas expliqué le mode opératoire des expériences que j'ai faites hier. En réalité, le bilame n'intervient pas. Voici les expériences.

Pour la première expérience, j'ai raccordé toutes les résistances à la queue leu leu, en série. J'ai placé une sonde de thermomètre digital à peu près à mi hauteur du four. Il faut préciser que le thermomètre ne met à jour la T° que toutes les 15 secondes. Au temps zéro, j'ai envoyé le courant dans les résistances et j'ai noté les T° toutes les 30 ou 60 secondes. Dès que le thermomètre dépassait 37° j'ai coupé le courant et j'ai continué à noter les T°. Ce n'est donc pas le bilame qui coupe le courant mais moi-même.

La deuxième expérience était semblable à la première sauf l'adjonction d'une diode en série avec les résistances.

Le fait d'avoir enlevé le capot du four pourrait avoir une influence : une montée en T° un peu plus lente et un refroidissement un peu plus rapide après coupure du courant, une influence somme toute bénéfique, travaillant, il me semble, dans le sens d'une diminution des "dents de scie".

Je devrais avoir des ampoules halogènes en réserve pour monter une petite expérience mais il faut bricoler des socquets. Je vais voir ce que je peux faire.

[JeanMarie]

J'avais chez moi 2 petits spots halogène de 150 watts chacun. Je les ai câblés en série, représentant donc ensemble une source d'énergie de 75 W.

Comme on le voit sur la photo suivante, j'ai placé les 2 spots dans le four, avec les couvercles en verre relevés.

P1020461.JPG (74.51 Kio) Vu 8438 fois

On voit également le thermomètre et le fil blanc de la sonde.

J'ai fait une première expérience en plaçant la sonde dans la partie antérieure du four, plus bas que le faisceau de lumière, de manière à prendre la T° de l'air du four, en dehors des radiations lumineuses directes. J'ai relevé la T° toutes les 15 secondes, au moment de la mise à jour de l'affichage. Je me suis donné comme consigne de couper le courant dès que je dépassais 37° et de remettre le courant dès que je redescendais sous 36°. Le test a duré 20 min et 30 sec. Voici la courbe avec les points principaux.

2x150 W série, sonde hors faisceau.jpg (49.26 Kio) Vu 8426 fois

On voit qu'il a fallu 10 minutes pour atteindre 37,1° ; ensuite 2min45 pour redescendre à 36° ; puis 1min30 pour remonter à 37,1°
Il s'agit donc d'une régulation douce et assez précise. En particulier, je n'ai constaté aucun effet d'inertie thermique. Je veux dire que les deux fois où j'ai coupé le courant à 37,1°, les mesures qui ont suivi n'ont jamais dépassé 37,1°.

Je voulais voir si j'obtenais le même genre de résultat en mettant la sonde dans le rayon lumineux. J'ai donc attaché la sonde dans la partie supérieure du four (voir photo 1) et j'ai recommencé exactement la même expérience (après avoir attendu que le four soit refroidi). Les résultats sont fort différents comme vous pouvez le voir ci-dessous:

2x150 W série, sonde dans le faisceau.jpg (50.68 Kio) Vu 8424 fois

D'abord, la montée en T° est beaucoup plus rapide (1min30). Ce qui fait que le courant n'a été coupé qu'à 39° (= 1^ère mesure dépassant 37°). Après coupure, la T° a encore monté pendant 30 sec jusqu'à un maximum de 40,4° . Après coupure, il a fallu 2min30 pour redescendre sous 36°

La différence de comportement selon l'endroit de mesure se voit encore mieux en superposant les courbes :

2x150 W série, sonde dans et hors faisceau.jpg (51.06 Kio) Vu 8425 fois

Je ne sais pas si je peux déjà tirer une conclusion définitive de ces expériences mais j'aurais tendance à dire qu'il faudrait protéger le contenu de l'étuve ainsi que la sonde du rayonnement direct de la source de chaleur, afin de réguler la T° ambiante et non la chaleur directe du rayonnement. D'ailleurs, on prend les mêmes précautions pour mesurer la T° de l'air. On ne le fait jamais en plein soleil.

Du coup, j'ai envie de recommencer l'expérience avec les résistances du four mais en plaçant un écran devant les résistances pour éviter le rayonnement direct. Quel genre d'écran faudrait-il disposer ? Il ne faut pas qu'il devienne à son tour une source secondaire de rayonnement. Une tôle métallique recouverte d'un isolant thermique ? Qu'en pensez-vous ?

[Jean B]

Bonjour à tous et Jean-Marie,

ta réflexion sur la protection de l'objet (ou sonde) vis-à-vis du rayonnement direct m'a fait penser à une amélioration des fours "grand modèle" : il s'agit du brassage de l'air dans l'enceinte.
Dans mon four à "chaleur tournante", la résistance inférieure est, comme tu le suggères, cachée sous la plaque de fond du four.
Pour la supérieure, c'est une autre histoire, car puisque elle sert comme grill, elle a intérêt à être nue.

Il ne faudrait pas un gros courant d'air, juste de quoi homogénéiser la T°.

Par contre, je ne suis pas certain que le brassage d'air soit le bienvenu dans une étuve, mais peut-être que je me trompe, n'ayant aucune expérience sur le sujet.

Pour la plaque de protection, il se vend dans les grandes surfaces de bricolage des plaques contrecollées alu/produit isolant au rayon soudure. on trouve ça en dimension environ 20x20cm sur 5mm

[JeanMarie]

Hello Jean

Ce brassage de l'air est une idée qui me paraît excellente. Je viens de refaire une nouvelle expérience qui oriente vers la même conclusion.

J'ai enlevé les spots halogène et remis en service les 4 résistances chauffantes et la diode en série. sur la grille du four, j'ai déposé une plaque de bois, 2 morceaux de chevron et une deuxième plaque par-dessus de manière à constituer un espace pour protéger la sonde du rayonnement direct. J'ai relevé la T° toutes les 15 sec et me suis donné comme consigne de couper le courant dès que la T° dépasse 37° et de remettre le courant dès qu'elle descend en-dessous de ce même 37°. Voici la photo du montage puis de la courbe :

4 résistances série + diode + cage bois photo.jpg

4 résistances série + diode + cage bois.jpg

N.B. Les nombres sur l'axe des X représentent les moments où je relève la mesure. Chaque graduation vaut donc 15 secondes.

On constate tout d'abord que la montée est lente, très lente, même encore plus lente qu'avec les spots et la sonde hors du faisceau lumineux : 14 minutes pour atteindre 37,1° , alors qu'avec les résistances sans la cage en bois il fallait 3 minutes.

Ensuite, lorsque le courant est coupé, la T° vas encore s'élever lentement jusqu'à 45,4° puis encore plus lentement retomber à 36,9° . Cette "dent de scie" (très usée ) aura duré plus de 35 minutes. Il n'aura ensuite fallu que 45 secondes de chauffe pour repasser à 37,1 et ne provoquer alors qu'une "dent de scie" encore plus platte que la Hollande. A mon avis, ce comportement est liée au fait qu'il aura fallu pratiquement 50 minutes pour que les parois, l'air et la cage en bois soient à environ 37°. A partir de là, un mini coup de chauffe de temps en temps (à l'abri du rayonnement direct) maintient la T° à peu près constante. Je pense comme Jean qu'un léger brassage de l'air aurait probablement accéléré la première période de chauffe et permis de gommer une bonne partie de la "dent de scie". Ma construction en bois était presque une cage, avec seulement deux petites ouvertures à l'avant et à l'arrière et un air d'autant plus immobile que le chauffage a lieu de manière égale dans le haut et dans le bas du four.

Puisqu'il semble que l'objectif soit de favoriser la chauffe de l'air et d'éviter les radiations directes, il y a donc lieu de placer des écrans protecteurs en face des résistances du haut et du bas. Demain, j'essayerai de trouver les écrans de soudure dont parle Jean.

D'autres améliorations sont encore possibles.

Je pense évidemment à un petit ventilateur de PC. Encore faut-il savoir où le placer sans le faire cramer. Placer une gaine souple du style hotte de cuisine, et y incorporer le ventilateur. La gaine pourrait s'implanter derrière le four et aspirer l'air du haut pour le refouler en bas.

Une autre idée : garnir les résistances de radiateurs à ailettes. Ne sont-ils pas justement prévus pour dissiper la chaleur dans l'air ? Il faut que je vérifie si l'extérieur des résistances est bien isolé du courant.

Je pense que ce sera tout pour aujourd'hui. Merci pour votre aide précieuse.

[Christian]

Re,

Une autre idée : garnir les résistances de radiateurs à ailettes. Ne sont-ils pas justement prévus pour dissiper la chaleur dans l'air ? Il faut que je vérifie si l'extérieur des résistances est bien isolé du courant.

C'est une bonne idée !!!
(ne faisons nous pas la même chose inversement pour refroidir efficacement ?)
Tu pourrais essayer d'y souder des barres transversales pour mieux répartir ...
Le ventilo, si tu peux t'en passer c'est mieux, non ?

[JeanMarie]

Tu pourrais essayer d'y souder des barres transversales pour mieux répartir ...

Je ne sais pas si c'est possible. N'est-ce pas une sorte de céramique ?

Mais tu me donnes une idée : prendre du fil de cablage électrique rigide, comme on place dans les murs, et relier les résistances avec ce fil dénudé, de manière à augmenter fortement la surface de contact avec l'air. Cela prendra encore moins de place que des radiateurs et pas de nécessité de souder.

Pour le ventilo, c'est vrai que ça complique, mais si l'air ne bouge pas d'un poil, c'est très long de répartir la chaleur et les zones proches des résistances deviennent très chaudes alors que le reste est encore froid, d'où la "dent de scie" lorsque la chaleur atteint enfin la sonde.