Mesure du niveau d'eau à l'aide d'un microcontrôleur et d'une mesure de constante de temps

Introduction

L'objectif est de tracer une courbe d'étalonnage représentant tau en fonction du niveau d'eau dans lequel est immergé un ensemble de deux tubes d'acier.

La capacité des tubes varie en fonction du niveau d'eau entraînant une variation de la constante de temps du circuit.

Principe de la détection

La sonde est constituée de deux tubes métalliques coaxiaux qui constituent les armatures d'un condensateur. En l’absence de liquide l'air joue le rôle de l'isolant.

Lorsque le sonde est plongée dans le liquide à une profondeur h, celui-ci n'ayant pas les propriétés isolantes que l'air, la capacité augmente.

La mesure de la constante de temps du condensateur de capacité variable en fonction de hen série avec une résistance, permet de tracer une courbe d'étalonnage du type tau = f(h)

Réalisation pratique

Méthode

Le principe de la mesure de la constante de temps d'un circuit RC à l'aide d'un micro : bit est décrit sur cette page :

https://physique-chimie.discip.ac-caen.fr/spip.php?article986

Matériel

Resistance de 47 kOhm

Platine

fils de connexion

Microbit

Ensemble de deux tubes

Montage complet
Connectique au niveau des tubes
Vue des tubes

Ici les tubes sont deux portions de shaft de golf.

Un shaft étant conique, on peut à partir d'un shaft "fabriquer" cet ensemble. On utilise du scotch et de la colle chaude pour les fixer et isoler.

Script

MéthodePrincipe de fonctionnement

Première étape : On charge pendant 5 secondes le dipôle RC et on relève la valeur de la tension aux bornes du système capacitif.

Deuxième étape : suite à une décharge du condensateur, on mesure le temps nécessaire pour effectuer 63% de la charge.

Script à téléverser à l'aide de Mu dans le microcontroleur.

1
from microbit import *
2
# image attente charge condo
3
D=Image("00000:"
4
        "00900:"
5
        "09990:"
6
        "00900:")
7
#fleche vers bouton A
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A = Image("00900:"
9
              "09000:"
10
              "99999:"
11
              "09000:"
12
              "00900")
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15
'''On charge le condensateur pour
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avoir tension max à ses bornes et
17
on recupère la tension'''
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19
pin0.write_analog(1023)
20
display.show(D)    # affichage image attente
21
sleep(5000)
22
tension_max=pin2.read_analog()   # tension max
23
24
25
display.show(A)
26
27
while True:
28
    if button_a.was_pressed():
29
        print("Decharge du condensateur")
30
        display.show(D)
31
        pin0.write_analog(0)
32
        while pin2.read_analog()>5:
33
            sleep(50)
34
35
36
        t0=running_time()
37
        pin0.write_analog(1023)
38
        while pin2.read_analog()<0.63*tension_max:
39
            pass
40
        t1=running_time()
41
        tau = str((t1 - t0))+" ms"
42
        print("tau = ",tau)
43
44
        display.scroll(tau,delay=500)
45
        sleep(1000)
46
        display.show(A)
Résultats expérimentaux
hauteur d'eau (cm)
5
10,1
15
20
25
Tau (ms)
57
129
281
555
918
53
142
264
544
904
46
143
277
535
903
40
143
270
541
867
52
143
290
550
908
44
138
275
549
951
45
142
275
546
914
59
146
288
571
916
61
148
299
583
888
49
141
299
581
924
Moyenne
51
142
282
556
951