Circuits Nomades
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Olduvaï :: Faire face aux situations de crise (réservé aux membres s'étant présentés) :: Matériel, outils divers, vêtements & accessoires (les trouver, les fabriquer, les utiliser, etc) :: Matériel électronique & informatique
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Circuits Nomades
Salut à tous,
J'ouvre ici un atelier "électronique" option "survival-prepper"
A la base, je bidouillais un module solaire pour mon compteur geiger, puis je me suis dit que l'ensemble des points de réflexion du post méritait peut être un topic à part entière.
Par exemple, l'énergie et sa production à petite échelle est un problème crucial dans toutes nos thématiques. Assez curieusement, c'est un domaine assez souvent survolé (résumé par "il suffit de brancher la génératrice sur les batteries et c'est ok").
Alors que dans notre monde bien réel, c'est un peu mois trivial. Pourtant, n'importe qui est à quelques minutes de bidouillages de produire plusieurs watts.
L'objectif sera d'aborder les notions de base permettant à tous de comprendre le fonctionnement dans les grandes lignes et d'être capable de reproduire le montage sans aide extérieure, à peu près partout dans le monde. D'où le titre du topic sur le nomadisme.
L'idée n'est pas seulement de proposer des compétences en électronique, mais de voir différentes astuces dans le cadre typiquement "survival/prepper".
Autant la littérature usuelle vous expliquera comment faire clignoter une LED avec un Arduino, autant bidouiller avec ce que l'on a sous la main et savoir quel composant et quelle configuration seraient les plus appropriés auront un aspect complètement différent.
Tout ceci est à destination des débutants, mais au lieu d'aborder l'électronique de manière classique (il y a des centaines d'excellents tutos sur le net et dans les bibliothèques), je vous propose de traiter tout plein de subtilités et d'anecdotes qui sont la plupart du temps absentes des manuels mais qui ont d'énormes implications dans l'ensemble de nos thématiques.
Il y a en effet de nombreux points qui ne sont que des détails mais qui peuvent apporter de réels "plus" dans une situation dégradée.
Ces passages vous seront signalés grâce à à un petit logo de votre serviteur :
Toute participation est la bienvenue; j'encourage les intervenants à essayer de bidouiller de leur côté avec la récup qu'ils peuvent trouver.
J'ai déjà proposé des circuits produisant un peu d'électricité, mais jamais réellement détaillé la partie électrique/électronique.
Construction d'une petite génératrice à huile de coude.
Électricité : Faire feu de tout bois
En rejouant une partie de This War Of Mine - un jeu vidéo dans un contexte de conflit urbain, fortement empreint de Sarajevo - je me suis posé à plusieurs reprises des questions sur un moyen de produire une petite quantité d'électricité. Disons quelques volts sous quelques centaines de milliampères; de quoi alimenter une lanterne led le soir, une radio et éventuellement un smartphone voire une CiBi si cela se présente bien
En effet, une situation qui commence à dégénérer pousse à l'utilisation des piles. Mais si le conflit continue (Sarajevo, plus de 1400 jours), on arrive vite à bout du stock, qui devient une denrée rare.
J'ai tout de suite en tête le témoignage de Selco dans Témoignage Conflit Bosnie & Survie, qui parle à plusieurs reprises de la place des piles ou de batteries en tant qu'éléments de choix pour le troc.
Par ailleurs, dans bien d'autres situations (Katrina par ex), avoir quelques watts sous la main, juste de quoi alimenter quelques gadgets ou de recharger des accus, est un avantage précieux.
Je propose dans ce topic de fabriquer de petites génératrices, des circuits en tous genres (compteurs geiger passifs, radios,etc) avec les moyens du bord, le tout dans un contexte dégradé, qui suit la trame de TWOM. L'enjeu est d'aborder un maximum de notions simples, afin de permettre aux débutants d'acquérir le b.a.ba en électronique.
Pour les pressés, il est possible de sauter la théorie pour aller directement aux bidouillages plus bas
Pour la partie théorique, ici j'aurai besoin de :
- fil électrique isolé; de quoi faire une bobine. A noter que beaucoup d'objets en contiennent déjà. Par exemple, le moteur d'un ventilateur de bureau :
des aimants capables de passer au travers de la bobine. Mon post sur les connecteurs de piles montre comment en récupérer plusieurs (ceux de cette expérience) très puissants de lecteurs CD et DVD : [Bidouille] Un connecteur de piles DIY universel
- du fil de cuivre pour les connexions : la bobine ci-dessus serait suffisante, mais autant prendre du fil avec une gaine colorée, afin de clarifier les montages.
Ici du fil de connexion interphone arraché d'un mur.
- des diodes : en général n'importe laquelle vous tombant sous la main; voir plus bas.
- des dominos d'électricien : j'ai volontairement restreint ce post à l'outillage de base qui devrait traîner dans un placard. Mais rien n'empêche de souder les composants.
La bobine et son aimant qui pourra faire des va et viens à l'intérieur.
Afin d'illustrer la forme du courant qui est produit par cette configuration, je relie la bobine directement à l'entrée micro de mon PC via une prise jack mono :
Quand l'aimant se déplace dans un sens, il induit un courant électrique dans la bobine qui se déplace dans un sens; quand l'aimant suit la direction inverse, le courant est produit dans l'autre sens : nous avons donc créé un courant alternatif; chaque alternance étant un sens de déplacement de l'aimant.
Bien entendu, le sens et les flèches ne sont qu'une convention; il y a le déplacement des électrons, qui partent de la la borne négative vers la borne positive du générateur; ce qui est logique car un électron est chargé négativement, et sont donc attirés par les éléments chargés positivement.
Tandis que le sens "conventionnel" du courant part de la borne positive et se déplace vers la borne négative.
Le résultat graphique est très approximatif car de nombreux composants de la carte du PC déforment le signal, mais sous Audacity, nous pouvons en avoir un aperçu qui donne quelques informations :
J'ai noté en ordonnée "tension", bien que les puristes me parleront d'amplitude et de dB, et temps en abscisse.
Nous avons donc une idée de la tension créée aux bornes de la prise jack de notre entrée micro.
Il y a bien des pics de tension présents dans les deux sens, plus des pics parasites qui résultent de la bobine. Comment les interpréter ?
L'aimant a fait quatre passages : A, B, C et D , soit deux allers-retours : A/B et C/D. Il va donc induire un courant dont le sens va s'alterner.
On remarque que chaque motif est quasiment inversé par rapport au précédent et au suivant.
En effet, si c'est le pôle Nord de l'aimant qui entre à l'aller en traversant la bobine, c'est bien le pôle Sud qui va entrer au retour. Le courant induit change simplement de sens.
On peut le remarquer chaque début de courbe. Au point A, le courant commence par monter, tandis que le pic B commence par descendre.
Maintenant, un étrange phénomène se produit.
Comme la plupart des petits appareils nécessitent du courant continu (piles, accumulateurs, alim, etc.), nous avons besoin maintenant de filtrer nos pics pour -au moins- ne pas injecter les pics négatifs, qui pourraient endommager nos appareils....ce qui reviendrait à brancher les piles dans le mauvais sens.
On utilise pour cela une simple diode. Di-iode parce qu'il y a deux bornes. Ce composant se repère principalement avec l'anneau unique qui indique la cathode. Il s'agit de la barre verticale de la flèche sur le symbole :
Le symbole est une flèche et donne le sens du courant conventionnel.
Ici, une flopée de diodes, série 1N400x, avec au milieu une classique 1n4148.
Le rôle de la diode usuelle est de "redresser" le courant alternatif. Sommairement, elle agit comme un clapet qui ne laisse passer le courant que dans un seul sens, et le bloque dans l'autre.
Ce blocage a bien entendu une certaine limite en tension et en intensité : il s'agit de celles de la diode, fournie par la fiche technique.
Par exemple, pour la série 1N400x, x est la centaine de tension supportée : 1N4007 pour filtrer jusqu'à 700V). Au delà le composant peut claquer.
Le tout en série avec notre bobine :
Donc schématiquement :
Exemple ici : la composante négative est bloquée
Seuls persistent les pics positifs. Le pic est si bref que les composants de la carte audio parasitent peu le signal. C'est pour cela que l'on parle de redressement mono-alternance.
On remarque une chose intéressante : ce système perd toutes les pics négatifs. Donc on ne redressera en moyenne que la moitié de l'énergie produite par notre génératrice.
Il existe un montage très ingénieux permettant de redresser les deux alternances pour profiter d'une plus grande partie de l'énergie fournie : le pont de diodes ou encore pont de Graetz (EN : Bridge rectifier).
Je laisse l'animation wikipédia expliquer en quelques frames comment cela opère.
On parle alors de redressement double-alternance.
Il suffit alors de quatre diodes : en guise d'exercice, je vous laisse analyser l'implantation : les deux fils bleus proviennent de la génératrice (entrée ou Input) tandis que le fil rouge est utilisé pour la sortie positive (+ output) et le fil marron pour la sortie négative (- output).
Comme attendu, le signal est quasi inexistant.
Dans tous nos bidouillages, si l'on a la possibilité, il faut utiliser des diodes Schottky, qui présenteront le moins de pertes
Ceci marque la fin de la partie théorique.
Passons maintenant à la pratique.
Lors d'un Repair café, on m'a amené une lampe de vtt sans pile :
qui fonctionne exactement sur le même principe :
- un aimant -fixé sur la roue- passe devant une bobine -fixée sur le cadre.
- un circuit récupère le courant produit
- et alimente des Leds de signalisation.
Petite différence : la bobine a un noyau, ce qui augmente en général le courant induit. Et l'aimant présente ses deux pôles en un seul passage (pôles latéraux).
Je trouve ce système très ingénieux, car on n'a pas à s'occuper de l'alimentation du circuit : du courant est produit dès que la roue tourne. On est donc assuré d'être bien visible peu importe le moment de l'année.
Contrairement à la dynamo de vélo, il n'y a pas de contact entre l'aimant et la bobine, donc très peu de friction. Il n'y a donc pas de résistance sensible à l'usage ni d'usure prématurée du pneu.
Mais comme il s'agit d'un circuit "moderne", il intègre une quantité phénoménale de technologie en vue de fournir des services supplémentaires.
Très sommairement :
La bobine charge un super-condensateur, qui alimente un circuit qui va faire clignoter les Leds.
Le circuit maintient une fréquence de clignotement constante, tandis que le super-condensateur alimente le circuit pendant quelques dizaines de secondes lors des pauses (feux-rouges, etc.).
Ce qui correspond au "schéma" suivant :
Le risque avec l'électronique sophistiquée, c'est bien entendu son manque de résilience, surtout face aux conditions extérieures.
La panne est difficilement identifiable car le circuit est "tropicalisé" via un genre de laque noire, impossible à retirer proprement sans détruire le circuit.
On repère au moins un microcontrôleur en grattant la couche :
Le super-condo a fui dans tous les sens, soit il n'a pas supporté les conditions extérieures, soit il a vieilli, soit le circuit régulateur de charge a flanché.
Je pense pour ce dernier point car un remplacement du composant n'a rien changé :
Ces supercap ont toutes une tension maximale d'utilisation, en général de 5,4V (deux capas de 2,7V en série en fait), si on dépasse cette tension, on détruit le composant définitivement.
Du coup, la personne me a donné l'ensemble, faute de pouvoir le réparer sur place.
Comme je trouve le concept ingénieux, je l'ai récupéré pour ne conserver que l'essentiel : les Leds et la bobine.
On va tout simplement remplacer le circuit par le montage le plus simple, que nous avions vu dans la partie théorique :
- un pont de diodes pour redresser en double-alternance
- un condensateur pour stocker temporairement l'impulsion
- des Leds qui vont clignoter.
En gros ce schéma :
A noter que dans un but de recyclage (et de paresse à refaire un circuit...), j'ai réutilisé le pont de diodes d'une lampe à dynamo dont l'accu Li-ion avait claqué (pas étonnant vu la régulation...) :
Mais le condensateur était un peu sous-dimensionné, je l'ai remplace pour un 220µF 15V, afin de ne pas à avoir à me soucier de la tension de sortie de la bobine à vide.
Quelques détails :
- Si on ne relie pas de condensateur, les Leds vont clignoter tout juste le temps de passage de l'aimant devant la bobine, ce qui sera très court et sous forme de pics.
Le condensateur sert à "lisser" ces impulsions en réalisant un tampon. Nous aurons donc un pic de luminosité lors du passage de l'aimant, puis les Leds vont commencer à s'estomper.
C'est plutôt idéal lors de la pratique en hiver car il y a toujours un minimum de luminosité, et amha présente une petite amélioration du circuit de base, qui clignote, donc présente entre chaque flash une absence de signalisation.
- Si on relie un super-condensateur, il n'y aura plus de pic de luminosité, mais un éclairement moyen un peu plus fort. C'est possible, mais cela pose deux soucis :
- amha les automobilistes voient mieux les flash rouges clignotants,
- le supercondensateur impose une protection de surtension...ce qui sera le sujet d'un autre post de ce topic.
Entre les deux extrêmes se trouve le condo moyen de 220µF qui fait bien le travail.
- Les deux Leds sont en parallèle, avec une résistance de protection : plus cette résistance est élevée, plus durera l'impulsion lumineuse (le condo se décharge plus lentement : c'est une constante de temps RxC), mais plus on réduira la luminosité.
Il n'y a donc pour :
- valeur maximale que la luminosité max que l'on peut obtenir.
- valeur minimale que la protection des Leds. La bobine produit grosso modo des impulsions de 6V. Les Leds consomment 20mA, donc 40mA en série avec une tension de 2V à leurs bornes.
Ce sont les valeurs extrêmes pour plus de sécurité. Il faut donc chuter la tension de 4V sous 40mA.
Classique loi d'Ohm : U = RxI donc R= U/I = 4/0,040 = 100 Ω
Une résistance 100Ω sera minimale pour protéger les Leds, mais c'est un peu faible pour que les Leds persistent correctement.
J'ai branché une 200Ω à la place.
Les experts noteront qu'il aurait été préférable de monter une résistance par LED. Mais au vu de l'utilisation, cela n'a dans la pratique pas de conséquence : les LEDs vont conduire dès que la tension aux bornes du condo est suffisante. Que l'un se déclenche quelques mV avant l'autre a peu d'importance.
Ce qui donne :
J'ai réalisé cette manip en octobre 2018, l'ensemble fonctionne toujours sans aucun souci.
Bons bidouillages à tous !
J'ouvre ici un atelier "électronique" option "survival-prepper"
A la base, je bidouillais un module solaire pour mon compteur geiger, puis je me suis dit que l'ensemble des points de réflexion du post méritait peut être un topic à part entière.
Par exemple, l'énergie et sa production à petite échelle est un problème crucial dans toutes nos thématiques. Assez curieusement, c'est un domaine assez souvent survolé (résumé par "il suffit de brancher la génératrice sur les batteries et c'est ok").
Alors que dans notre monde bien réel, c'est un peu mois trivial. Pourtant, n'importe qui est à quelques minutes de bidouillages de produire plusieurs watts.
L'objectif sera d'aborder les notions de base permettant à tous de comprendre le fonctionnement dans les grandes lignes et d'être capable de reproduire le montage sans aide extérieure, à peu près partout dans le monde. D'où le titre du topic sur le nomadisme.
L'idée n'est pas seulement de proposer des compétences en électronique, mais de voir différentes astuces dans le cadre typiquement "survival/prepper".
Autant la littérature usuelle vous expliquera comment faire clignoter une LED avec un Arduino, autant bidouiller avec ce que l'on a sous la main et savoir quel composant et quelle configuration seraient les plus appropriés auront un aspect complètement différent.
Tout ceci est à destination des débutants, mais au lieu d'aborder l'électronique de manière classique (il y a des centaines d'excellents tutos sur le net et dans les bibliothèques), je vous propose de traiter tout plein de subtilités et d'anecdotes qui sont la plupart du temps absentes des manuels mais qui ont d'énormes implications dans l'ensemble de nos thématiques.
Il y a en effet de nombreux points qui ne sont que des détails mais qui peuvent apporter de réels "plus" dans une situation dégradée.
Ces passages vous seront signalés grâce à à un petit logo de votre serviteur :
Toute participation est la bienvenue; j'encourage les intervenants à essayer de bidouiller de leur côté avec la récup qu'ils peuvent trouver.
J'ai déjà proposé des circuits produisant un peu d'électricité, mais jamais réellement détaillé la partie électrique/électronique.
Construction d'une petite génératrice à huile de coude.
Électricité : Faire feu de tout bois
En rejouant une partie de This War Of Mine - un jeu vidéo dans un contexte de conflit urbain, fortement empreint de Sarajevo - je me suis posé à plusieurs reprises des questions sur un moyen de produire une petite quantité d'électricité. Disons quelques volts sous quelques centaines de milliampères; de quoi alimenter une lanterne led le soir, une radio et éventuellement un smartphone voire une CiBi si cela se présente bien
En effet, une situation qui commence à dégénérer pousse à l'utilisation des piles. Mais si le conflit continue (Sarajevo, plus de 1400 jours), on arrive vite à bout du stock, qui devient une denrée rare.
J'ai tout de suite en tête le témoignage de Selco dans Témoignage Conflit Bosnie & Survie, qui parle à plusieurs reprises de la place des piles ou de batteries en tant qu'éléments de choix pour le troc.
Par ailleurs, dans bien d'autres situations (Katrina par ex), avoir quelques watts sous la main, juste de quoi alimenter quelques gadgets ou de recharger des accus, est un avantage précieux.
Je propose dans ce topic de fabriquer de petites génératrices, des circuits en tous genres (compteurs geiger passifs, radios,etc) avec les moyens du bord, le tout dans un contexte dégradé, qui suit la trame de TWOM. L'enjeu est d'aborder un maximum de notions simples, afin de permettre aux débutants d'acquérir le b.a.ba en électronique.
Pour les pressés, il est possible de sauter la théorie pour aller directement aux bidouillages plus bas
Pour la partie théorique, ici j'aurai besoin de :
- fil électrique isolé; de quoi faire une bobine. A noter que beaucoup d'objets en contiennent déjà. Par exemple, le moteur d'un ventilateur de bureau :
des aimants capables de passer au travers de la bobine. Mon post sur les connecteurs de piles montre comment en récupérer plusieurs (ceux de cette expérience) très puissants de lecteurs CD et DVD : [Bidouille] Un connecteur de piles DIY universel
- du fil de cuivre pour les connexions : la bobine ci-dessus serait suffisante, mais autant prendre du fil avec une gaine colorée, afin de clarifier les montages.
Ici du fil de connexion interphone arraché d'un mur.
- des diodes : en général n'importe laquelle vous tombant sous la main; voir plus bas.
- des dominos d'électricien : j'ai volontairement restreint ce post à l'outillage de base qui devrait traîner dans un placard. Mais rien n'empêche de souder les composants.
La bobine et son aimant qui pourra faire des va et viens à l'intérieur.
Afin d'illustrer la forme du courant qui est produit par cette configuration, je relie la bobine directement à l'entrée micro de mon PC via une prise jack mono :
Quand l'aimant se déplace dans un sens, il induit un courant électrique dans la bobine qui se déplace dans un sens; quand l'aimant suit la direction inverse, le courant est produit dans l'autre sens : nous avons donc créé un courant alternatif; chaque alternance étant un sens de déplacement de l'aimant.
Bien entendu, le sens et les flèches ne sont qu'une convention; il y a le déplacement des électrons, qui partent de la la borne négative vers la borne positive du générateur; ce qui est logique car un électron est chargé négativement, et sont donc attirés par les éléments chargés positivement.
Tandis que le sens "conventionnel" du courant part de la borne positive et se déplace vers la borne négative.
Le résultat graphique est très approximatif car de nombreux composants de la carte du PC déforment le signal, mais sous Audacity, nous pouvons en avoir un aperçu qui donne quelques informations :
J'ai noté en ordonnée "tension", bien que les puristes me parleront d'amplitude et de dB, et temps en abscisse.
Nous avons donc une idée de la tension créée aux bornes de la prise jack de notre entrée micro.
Il y a bien des pics de tension présents dans les deux sens, plus des pics parasites qui résultent de la bobine. Comment les interpréter ?
L'aimant a fait quatre passages : A, B, C et D , soit deux allers-retours : A/B et C/D. Il va donc induire un courant dont le sens va s'alterner.
On remarque que chaque motif est quasiment inversé par rapport au précédent et au suivant.
En effet, si c'est le pôle Nord de l'aimant qui entre à l'aller en traversant la bobine, c'est bien le pôle Sud qui va entrer au retour. Le courant induit change simplement de sens.
On peut le remarquer chaque début de courbe. Au point A, le courant commence par monter, tandis que le pic B commence par descendre.
Maintenant, un étrange phénomène se produit.
Prenons le pic A : Le courant produit commence à grimper, puis descend tout d'un coup très bas dans les tensions négatives. Il s'agit du phénomène d'autoinduction qui se produit dès que l'on a des inductances (des bobines) avec lesquelles on coupe brutalement l’alimentation. Ici, dès que l'aimant est sorti de la bobine, il n'y a plus d'induction magnétique; elle relâche d'un coup de l'énergie avec un sens de courant inversé. En général, on cherche absolument à éviter ces pics de tension "parasites" qui perturbent les circuits, en plaçant judicieusement une diode dite "de roue libre", dont le seul but est de drainer ce pic inverse. Là où cela devient intéressant dans notre cas, c'est que ces pics peuvent avoir des tensions beaucoup plus élevés que le maigre sursaut produit simplement par l'aimant. Au lieu de quelques centaines de milli-volts, nous générons des pics de plus d'un volt. C'est ce phénomènes que j'utilisais dans le topic Le plus simple compteur Geiger Müller au monde DIY |
Comme la plupart des petits appareils nécessitent du courant continu (piles, accumulateurs, alim, etc.), nous avons besoin maintenant de filtrer nos pics pour -au moins- ne pas injecter les pics négatifs, qui pourraient endommager nos appareils....ce qui reviendrait à brancher les piles dans le mauvais sens.
On utilise pour cela une simple diode. Di-iode parce qu'il y a deux bornes. Ce composant se repère principalement avec l'anneau unique qui indique la cathode. Il s'agit de la barre verticale de la flèche sur le symbole :
Le symbole est une flèche et donne le sens du courant conventionnel.
Ici, une flopée de diodes, série 1N400x, avec au milieu une classique 1n4148.
Le rôle de la diode usuelle est de "redresser" le courant alternatif. Sommairement, elle agit comme un clapet qui ne laisse passer le courant que dans un seul sens, et le bloque dans l'autre.
Ce blocage a bien entendu une certaine limite en tension et en intensité : il s'agit de celles de la diode, fournie par la fiche technique.
Par exemple, pour la série 1N400x, x est la centaine de tension supportée : 1N4007 pour filtrer jusqu'à 700V). Au delà le composant peut claquer.
Le tout en série avec notre bobine :
Donc schématiquement :
Exemple ici : la composante négative est bloquée
Seuls persistent les pics positifs. Le pic est si bref que les composants de la carte audio parasitent peu le signal. C'est pour cela que l'on parle de redressement mono-alternance.
On remarque une chose intéressante : ce système perd toutes les pics négatifs. Donc on ne redressera en moyenne que la moitié de l'énergie produite par notre génératrice.
Il existe un montage très ingénieux permettant de redresser les deux alternances pour profiter d'une plus grande partie de l'énergie fournie : le pont de diodes ou encore pont de Graetz (EN : Bridge rectifier).
Je laisse l'animation wikipédia expliquer en quelques frames comment cela opère.
On parle alors de redressement double-alternance.
Il suffit alors de quatre diodes : en guise d'exercice, je vous laisse analyser l'implantation : les deux fils bleus proviennent de la génératrice (entrée ou Input) tandis que le fil rouge est utilisé pour la sortie positive (+ output) et le fil marron pour la sortie négative (- output).
Comme attendu, le signal est quasi inexistant.
Dans tous nos bidouillages, si l'on a la possibilité, il faut utiliser des diodes Schottky, qui présenteront le moins de pertes
Ceci marque la fin de la partie théorique.
Passons maintenant à la pratique.
Lors d'un Repair café, on m'a amené une lampe de vtt sans pile :
qui fonctionne exactement sur le même principe :
- un aimant -fixé sur la roue- passe devant une bobine -fixée sur le cadre.
- un circuit récupère le courant produit
- et alimente des Leds de signalisation.
Petite différence : la bobine a un noyau, ce qui augmente en général le courant induit. Et l'aimant présente ses deux pôles en un seul passage (pôles latéraux).
Je trouve ce système très ingénieux, car on n'a pas à s'occuper de l'alimentation du circuit : du courant est produit dès que la roue tourne. On est donc assuré d'être bien visible peu importe le moment de l'année.
Contrairement à la dynamo de vélo, il n'y a pas de contact entre l'aimant et la bobine, donc très peu de friction. Il n'y a donc pas de résistance sensible à l'usage ni d'usure prématurée du pneu.
Mais comme il s'agit d'un circuit "moderne", il intègre une quantité phénoménale de technologie en vue de fournir des services supplémentaires.
Très sommairement :
La bobine charge un super-condensateur, qui alimente un circuit qui va faire clignoter les Leds.
Le circuit maintient une fréquence de clignotement constante, tandis que le super-condensateur alimente le circuit pendant quelques dizaines de secondes lors des pauses (feux-rouges, etc.).
Ce qui correspond au "schéma" suivant :
Le risque avec l'électronique sophistiquée, c'est bien entendu son manque de résilience, surtout face aux conditions extérieures.
La panne est difficilement identifiable car le circuit est "tropicalisé" via un genre de laque noire, impossible à retirer proprement sans détruire le circuit.
On repère au moins un microcontrôleur en grattant la couche :
Le super-condo a fui dans tous les sens, soit il n'a pas supporté les conditions extérieures, soit il a vieilli, soit le circuit régulateur de charge a flanché.
Je pense pour ce dernier point car un remplacement du composant n'a rien changé :
Ces supercap ont toutes une tension maximale d'utilisation, en général de 5,4V (deux capas de 2,7V en série en fait), si on dépasse cette tension, on détruit le composant définitivement.
Du coup, la personne me a donné l'ensemble, faute de pouvoir le réparer sur place.
Comme je trouve le concept ingénieux, je l'ai récupéré pour ne conserver que l'essentiel : les Leds et la bobine.
On va tout simplement remplacer le circuit par le montage le plus simple, que nous avions vu dans la partie théorique :
- un pont de diodes pour redresser en double-alternance
- un condensateur pour stocker temporairement l'impulsion
- des Leds qui vont clignoter.
En gros ce schéma :
A noter que dans un but de recyclage (et de paresse à refaire un circuit...), j'ai réutilisé le pont de diodes d'une lampe à dynamo dont l'accu Li-ion avait claqué (pas étonnant vu la régulation...) :
Mais le condensateur était un peu sous-dimensionné, je l'ai remplace pour un 220µF 15V, afin de ne pas à avoir à me soucier de la tension de sortie de la bobine à vide.
Quelques détails :
- Si on ne relie pas de condensateur, les Leds vont clignoter tout juste le temps de passage de l'aimant devant la bobine, ce qui sera très court et sous forme de pics.
Le condensateur sert à "lisser" ces impulsions en réalisant un tampon. Nous aurons donc un pic de luminosité lors du passage de l'aimant, puis les Leds vont commencer à s'estomper.
C'est plutôt idéal lors de la pratique en hiver car il y a toujours un minimum de luminosité, et amha présente une petite amélioration du circuit de base, qui clignote, donc présente entre chaque flash une absence de signalisation.
- Si on relie un super-condensateur, il n'y aura plus de pic de luminosité, mais un éclairement moyen un peu plus fort. C'est possible, mais cela pose deux soucis :
- amha les automobilistes voient mieux les flash rouges clignotants,
- le supercondensateur impose une protection de surtension...ce qui sera le sujet d'un autre post de ce topic.
Entre les deux extrêmes se trouve le condo moyen de 220µF qui fait bien le travail.
- Les deux Leds sont en parallèle, avec une résistance de protection : plus cette résistance est élevée, plus durera l'impulsion lumineuse (le condo se décharge plus lentement : c'est une constante de temps RxC), mais plus on réduira la luminosité.
Il n'y a donc pour :
- valeur maximale que la luminosité max que l'on peut obtenir.
- valeur minimale que la protection des Leds. La bobine produit grosso modo des impulsions de 6V. Les Leds consomment 20mA, donc 40mA en série avec une tension de 2V à leurs bornes.
Ce sont les valeurs extrêmes pour plus de sécurité. Il faut donc chuter la tension de 4V sous 40mA.
Classique loi d'Ohm : U = RxI donc R= U/I = 4/0,040 = 100 Ω
Une résistance 100Ω sera minimale pour protéger les Leds, mais c'est un peu faible pour que les Leds persistent correctement.
J'ai branché une 200Ω à la place.
Les experts noteront qu'il aurait été préférable de monter une résistance par LED. Mais au vu de l'utilisation, cela n'a dans la pratique pas de conséquence : les LEDs vont conduire dès que la tension aux bornes du condo est suffisante. Que l'un se déclenche quelques mV avant l'autre a peu d'importance.
Ce qui donne :
J'ai réalisé cette manip en octobre 2018, l'ensemble fonctionne toujours sans aucun souci.
Bons bidouillages à tous !
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L'expérience est une lumière qui n'éclaire que ceux qu'elle a déjà brûlés. Cédric Dassas
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Re: Circuits Nomades
Merci... c'est digeste et très intéressant.
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« La guerre, c'est la paix. » : L Tolstoi (je crois)
« La liberté, c'est l’esclavage. » : Spartacus (pas sur)
« L'ignorance, c'est la force. » : F Dostoïevski (a vérifier)
Kyraly- Membre
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Re: Circuits Nomades
Merci de ton retour; je ne savais pas si justement c'était "digeste".
Mes articles du moment sont beaucoup dans "comment je peux en retirer" plutôt que dans "que puis-je ajouter".
Difficile de parler d'un sujet en le survolant, surtout que j'ai besoin de développer des topics en suivant un ordre un peu imposé. Avant de parler du module solaire nomade, j'avais besoin des diodes de ce post, tout comme mon futur post sur un compteur geiger passif (recharge externe, à manivelle).
Et plus je bidouille, plus j'y vois des sujets, mais avec très peu de temps libre pour les développer.
Là une dictée magique trouvée quelques euros en brocante.
La panne était ridicule, tout refonctionne, mais cela a demandé quelques petites astuces assez amusantes de diagnostic en mode "DIY", car j'ai oublié mon multimètre chez des amis, donc j'ai tout testé avec la platine électronique pour enfants
Mes articles du moment sont beaucoup dans "comment je peux en retirer" plutôt que dans "que puis-je ajouter".
Difficile de parler d'un sujet en le survolant, surtout que j'ai besoin de développer des topics en suivant un ordre un peu imposé. Avant de parler du module solaire nomade, j'avais besoin des diodes de ce post, tout comme mon futur post sur un compteur geiger passif (recharge externe, à manivelle).
Et plus je bidouille, plus j'y vois des sujets, mais avec très peu de temps libre pour les développer.
Là une dictée magique trouvée quelques euros en brocante.
La panne était ridicule, tout refonctionne, mais cela a demandé quelques petites astuces assez amusantes de diagnostic en mode "DIY", car j'ai oublié mon multimètre chez des amis, donc j'ai tout testé avec la platine électronique pour enfants
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L'expérience est une lumière qui n'éclaire que ceux qu'elle a déjà brûlés. Cédric Dassas
甩葱歌 - 古箏 - Distant Pulsar - Un Mauvais Fils - 25 Years of Zelda - Machinarium - Récapitulatif des projets électroniques - [Chroniques du Bunker de L'Apocalypse] - Projet Geiger - Culture ethnobotanique en France
tarsonis- Administrateur
- Nombre de messages : 10754
Age : 38
Localisation : Grand Est
Loisirs : Trek, ethnobotanique, électronique DIY, nucléaire, médecine, post apo.
Date d'inscription : 21/05/2008
Un Compteur Geiger Passif
Salut à tous !
Un petit montage encore plus simple : je vous présente aujourd’hui le "Compteur" Geiger Müller Passif.
A la base, j'évoque ce montage du un petit roman que j'écris, mais je me suis dit que cela pouvait avoir sa place sur le forum car bon nombre de notions (nomade, simplicité, notions que l'on voit rarement en électronique, etc.) collent avec ce topic.
NB :
k = kilo = 1000
M = Méga = 1 000 000
G = Giga = 1 000 000 000
µ = micro = 0,000 001
n = nano = 0,000 000 001
p = pico = 0,000 000 000 001
F = Farad : unité de capacité des condensateurs
Ω = Ohm : unité de résistance des résistors (appelés par abus de langage "résistances")
C'est une version simplifiée du montage décrit dans les [Chroniques du Bunker de L'Apocalypse]
Ici, j'ai séparé le générateur de haute tension du circuit Geiger Müller :
En gros, on ne conserve de la partie HT que le condensateur haute tension.
Cela permet d'alléger à l'extrême le montage.
Le but était d'avoir un Compteur Geiger "nomade" sans aucune électronique autre que la partie "détection". Il est entièrement passif. C'est à dire que, contrairement à la plupart des détecteurs Geiger, il n'émet pas de parasites électromagnétiques.
Cela me permettra au passage de présenter les formules usuelles des circuits Résistance-Condensateur avec un truc un peu plus sexy via les circuits détecteurs de radioactivité et une petite touche de post-apo
Alors sur ce circuit, tous les dangers vont graviter autour du condensateur HT : la plupart des circuits utilisent un condo avec une capacité de l'ordre du nF. C'est à dire qu'un doigt égaré ne se prendra qu'une châtaigne.
Tandis qu'un condensateur de 2µF sous 450V pourra faire très mal. En courant continu, il y aura très peu de risques d'électrisation, mais plutôt de brûlure électrique.
Donc, mise en garde générique :
Ceci n'est qu'à but informatif, ni le forum ni moi ne pourront être tenus responsables d'un quelconque dommage lié à ce qui est décrit ici.
Avant toute manip, je conseille fortement de toujours décharger le condensateur. La manip la plus simple est de court-circuiter les bornes avec un outil isolé. Mais cela projette des étincelles assez chaudes, et ce n'est pas bon pour le condensateur.
La plus sécurisée est de mesurer la HT avec un multimètre en mode Haute Tension (calibre 600V ou plus si nécessaire) : on remarquera la tension diminuer en quelques secondes car la résistance du multimètre est assez faible, en général de quelques MΩ.
Le circuit :
On alimente le tube Geiger Müller avec un condensateur haute tension. Il y a la résistance du tube et un écouteur haute impédance en série.
Quand une particule ionisante est détectée, le tube devient conducteur quelques microsecondes et un très faible courant passe, ce qui donne un clic dans le haut parleur.
Le tube :
Mon BOI-33, cf le topic Tubes Geiger-Müller type SBM-20, STS-5 et BOI-33
La Diode:
Un simple 1N4007 comme on en trouve partout (lampes fluo, etc.). Pour rappel, elle tient un courant inverse de 700V. Donc une 1N4005 ou 1N4006 font également l'affaire. L'essentiel étant que sa tension Max soit supérieure à celle que l'on utilise ici.
Elle est facultative dans ce circuit, mais c'est un élément de sécurité. On pourrait relier le connecteur directement au condensateur, mais les deux bornes seraient alors aussi à 450V... ainsi que les doigts égarés ou les objets autours.
Ici, on est sûr qu'il n'y a aucune tension de retour possible.
La résistance de charge du tube :
Comme tous les tubes GM, il faut cette résistance, qui est de 4,7MΩ pour ce modèle.
Le haut parleur haute impédance :
C'est un écouteur cristal que l'on retrouve dans tous les montages de radio à galène.
Cf le topic sur la radio : [Chroniques du Bunker de L'Apocalypse]
On ne peut pas relier un haut parleur usuel car l'énergie disponible est bien trop faible.
On lui adjoint une résistance en parallèle car ce genre d’écouteur agit comme un petit condensateur. A chaque clic, il va se charger jusqu'à ne plus fonctionner. La résistance draine ce courant. Sa valeur n'est pas critique, mais doit au moins d'être de 100kΩ.
Le dernier proto prend une d'environ 500kΩ.
A noter qu'un casque haute impédance d'époque convient tout à fait. Cf le post du topic Emetteur Récepteur Radio : Schéma, Construction, Portée...à ce sujet.
Le condensateur HT
L'essentiel de mes tests ont tourné autour de l'autodécharge. En effet, on trouve des condensateur HT un peu partout (lampe fluo, alims à découpage, etc.), mais ce sont principalement des électrochimiques.
Il faut que sa tension Max soit supérieure à celle que l'on utilise pour le tube Geiger Müller, ici de 450V max.
Leur principal problème est qu'ils présentent une auto-décharge importante, souvent de plusieurs volts par minute. Cela signifie que l'autonomie est ridicule.
Sommairement, c'est un peu comme si ces condensateurs avaient une résistance à leurs bornes (en parallèle) de quelques MΩ : c'est la résistance d'isolation, ou "insulated resistance" en anglais.
Ces MΩ peuvent paraître importants, mais pas aux yeux de la décharge.
On a un condensateur C et une résistance R à ses bornes, donc on peut avoir une estimation de l'auto-décharge avec la formule de la constante de temps d'une cellule RC, très simple : T = R x C
Avec R en Ohm, C en Farad et T en secondes.
Un électrochimique usuel haute tension aura une valeur d'environ 2µF avec une résistance d'isolation d'environ 10MΩ.
Donc T = 2 x 10^-6 * 10 x 10^6
Soit T=20s
Cela prédit que la tension aux bornes du condensateur sera de 37% de celle quand il était chargé, au bout de T secondes (Et à environ 50% à 0,69T).
Par exemple, pour notre condensateur chargé à 450V, la tension sera de 166V au bout de 20s !
Avec la plupart des condensateurs chimiques usuels, la constante de temps sera souvent de l'ordre de la dizaine de secondes, donc complètement inutilisable ici.
On trouve cependant une catégorie de condensateurs avec les Condensateurs à films polyester métallisé, dits MKT.
En général, elle peut dépasser plus de 50 000 MΩ, soit 50 GΩ !
Celui que j'ai utilisé -très classique- d'une alimentation à découpage, a une résistance de 130GΩ :
A cette échelle, en général les courants de fuite sont plutôt dus à la mince pellicule de gras ou d'humidité à la surface du composant : il faut absolument bien nettoyer le composant après finalisation du circuit !
Au niveau du codage de ces condensateurs, on peut être un peu perdu. Mais on s'en sort si on connaît quelques règles.
Par exemple :
- On sait que la Tension Max est de 630V : c'est donc parfaitement adapté la plage de tension de ce circuit Geiger.
- L'autre indication est la capacité : 2.0
Vu la taille, et d'expérience, c'est 2µF.
Si on a un doute, il suffit de charger le condensateur à quelques volts et de le décharger dans une led : si c'est 2nF, on ne verra rien. Avec 2µF, la led brillera quelques secondes.
La lettre J indique ici la tolérance :
D 0.5pF
F 1%
G 2%
H 3%
J 5%
K 10%
M 20%
M 20%
P +100/-0%
Z +80/-20%
Donc notre condensateur a une tolérance de 5%
2e condensateur :
Ici, la Tension Max est de 450V
Mais la capacité est donnée par 225.
Ici c'est un codage comme les autres condensateurs : valeur-valeur-multiplicateur exprimé en pF :
donc 22* 10^5 soit 2200 000pF donc 2200nF donc 2,2µF
Toujours J pour la tolérance 5%
Le reste concerne le constructeur.
Donc 2,2µF 450V : on reste bien dans la même gamme que le premier.
Enfin le 3e :
225 pour, à nouveau 2,2µF
K pour la tolérance : 10%
et la tension Max codée avec le code Electronic Industries Alliance (EIA) : 2W
2V = 350 VDC
2G = 400 VDC
2W = 450 VDC
2J = 630 VDC
2I = 650 VDC
2K = 800 VDC
On remarque que c'est 450V
J'ai utilisé le condensateur bleu pour mon circuit. Revenons à nos constantes de temps :
T = R x C
Avec R en ohm (130GΩ), C en Farad (2µF) et T en secondes.
Ici, T = 2 x 10^-6 * 130 x 10^9
Donc T = 260000s
Donc, pour notre condensateur chargé à 450V, la tension sera de 166V au bout d'un peu plus de 2 jours du fait de l'autodécharge.
Une formule nous donne la tension Ut, à partir de la tension de charge U0 et de la constante de temps, au bout d'un instant t : tension au bout de x secondes :
Pas de panique, il faut juste entrer ça dans un tableur :
Ici, la tension aux bornes du condensateur sera de 323V au bout d'un jour (86400s)
C'est ici que réside l'astuce de ce circuit :
Un tube geiger fonctionne sur un plateau de tension. C'est à dire que sa réponse varie peu quand la tension à ses bornes est dans une plage spécifique : le plateau.
Cf le topic Un projet de compteur geiger à transistors
Pour le BOI-33 tout comme le SBM20, il est d'environ 100V, entre 350V et 450V.
Notre condensateur va donc pouvoir alimenter notre tube Geiger même s'il se décharge tout seul.
On cherche alors la durée au bout de laquelle la tension aux bornes du condensateur est de 350V; c'est une formule qui se déduit de la précédente :
La formule nous donne t=65342s, soit un peu plus de 18h :
C'est l'autonomie maximale du circuit avec une seule charge à 450V.
A ceci, il faut ajouter les pertes qui se produisent à chaque fois que le tube détecte une particule, ce qui fait circuler un très faible courant au travers de la résistance de charge, le tube, et la résistance du haut parleur haute impédance.
Dans la pratique, avec un rayonnement de fond usuel, l'autonomie est d'une dizaine d'heures environ.
La fabrication :
J'ai utilisé un reste de plaque stripboard, de laquelle on retire ce qu'il faut de pistes.
Ici, le danger principal est la borne + du condensateur (point chaud). Elle est donc isolée du reste du circuit :
Le tube est fixé à nouveau par des connecteurs de porte-fusible.
Les connecteurs externes sont une prise jack et une prise d'alim ordinaire.
L'ensemble forme une capsule isolée électriquement (notamment grâce à la diode) et le tube en plastique.
Circuit finalisé :
Petit test avec la source au radium :
Bons bidouillages à tous !
Un petit montage encore plus simple : je vous présente aujourd’hui le "Compteur" Geiger Müller Passif.
A la base, j'évoque ce montage du un petit roman que j'écris, mais je me suis dit que cela pouvait avoir sa place sur le forum car bon nombre de notions (nomade, simplicité, notions que l'on voit rarement en électronique, etc.) collent avec ce topic.
NB :
k = kilo = 1000
M = Méga = 1 000 000
G = Giga = 1 000 000 000
µ = micro = 0,000 001
n = nano = 0,000 000 001
p = pico = 0,000 000 000 001
F = Farad : unité de capacité des condensateurs
Ω = Ohm : unité de résistance des résistors (appelés par abus de langage "résistances")
C'est une version simplifiée du montage décrit dans les [Chroniques du Bunker de L'Apocalypse]
Ici, j'ai séparé le générateur de haute tension du circuit Geiger Müller :
En gros, on ne conserve de la partie HT que le condensateur haute tension.
Cela permet d'alléger à l'extrême le montage.
Le but était d'avoir un Compteur Geiger "nomade" sans aucune électronique autre que la partie "détection". Il est entièrement passif. C'est à dire que, contrairement à la plupart des détecteurs Geiger, il n'émet pas de parasites électromagnétiques.
Cela me permettra au passage de présenter les formules usuelles des circuits Résistance-Condensateur avec un truc un peu plus sexy via les circuits détecteurs de radioactivité et une petite touche de post-apo
Alors sur ce circuit, tous les dangers vont graviter autour du condensateur HT : la plupart des circuits utilisent un condo avec une capacité de l'ordre du nF. C'est à dire qu'un doigt égaré ne se prendra qu'une châtaigne.
Tandis qu'un condensateur de 2µF sous 450V pourra faire très mal. En courant continu, il y aura très peu de risques d'électrisation, mais plutôt de brûlure électrique.
Donc, mise en garde générique :
Ceci n'est qu'à but informatif, ni le forum ni moi ne pourront être tenus responsables d'un quelconque dommage lié à ce qui est décrit ici.
Avant toute manip, je conseille fortement de toujours décharger le condensateur. La manip la plus simple est de court-circuiter les bornes avec un outil isolé. Mais cela projette des étincelles assez chaudes, et ce n'est pas bon pour le condensateur.
La plus sécurisée est de mesurer la HT avec un multimètre en mode Haute Tension (calibre 600V ou plus si nécessaire) : on remarquera la tension diminuer en quelques secondes car la résistance du multimètre est assez faible, en général de quelques MΩ.
Le circuit :
On alimente le tube Geiger Müller avec un condensateur haute tension. Il y a la résistance du tube et un écouteur haute impédance en série.
Quand une particule ionisante est détectée, le tube devient conducteur quelques microsecondes et un très faible courant passe, ce qui donne un clic dans le haut parleur.
Le tube :
Mon BOI-33, cf le topic Tubes Geiger-Müller type SBM-20, STS-5 et BOI-33
La Diode:
Un simple 1N4007 comme on en trouve partout (lampes fluo, etc.). Pour rappel, elle tient un courant inverse de 700V. Donc une 1N4005 ou 1N4006 font également l'affaire. L'essentiel étant que sa tension Max soit supérieure à celle que l'on utilise ici.
Elle est facultative dans ce circuit, mais c'est un élément de sécurité. On pourrait relier le connecteur directement au condensateur, mais les deux bornes seraient alors aussi à 450V... ainsi que les doigts égarés ou les objets autours.
Ici, on est sûr qu'il n'y a aucune tension de retour possible.
La résistance de charge du tube :
Comme tous les tubes GM, il faut cette résistance, qui est de 4,7MΩ pour ce modèle.
Le haut parleur haute impédance :
C'est un écouteur cristal que l'on retrouve dans tous les montages de radio à galène.
Cf le topic sur la radio : [Chroniques du Bunker de L'Apocalypse]
On ne peut pas relier un haut parleur usuel car l'énergie disponible est bien trop faible.
On lui adjoint une résistance en parallèle car ce genre d’écouteur agit comme un petit condensateur. A chaque clic, il va se charger jusqu'à ne plus fonctionner. La résistance draine ce courant. Sa valeur n'est pas critique, mais doit au moins d'être de 100kΩ.
Le dernier proto prend une d'environ 500kΩ.
A noter qu'un casque haute impédance d'époque convient tout à fait. Cf le post du topic Emetteur Récepteur Radio : Schéma, Construction, Portée...à ce sujet.
Le condensateur HT
L'essentiel de mes tests ont tourné autour de l'autodécharge. En effet, on trouve des condensateur HT un peu partout (lampe fluo, alims à découpage, etc.), mais ce sont principalement des électrochimiques.
Il faut que sa tension Max soit supérieure à celle que l'on utilise pour le tube Geiger Müller, ici de 450V max.
Leur principal problème est qu'ils présentent une auto-décharge importante, souvent de plusieurs volts par minute. Cela signifie que l'autonomie est ridicule.
Sommairement, c'est un peu comme si ces condensateurs avaient une résistance à leurs bornes (en parallèle) de quelques MΩ : c'est la résistance d'isolation, ou "insulated resistance" en anglais.
Ces MΩ peuvent paraître importants, mais pas aux yeux de la décharge.
On a un condensateur C et une résistance R à ses bornes, donc on peut avoir une estimation de l'auto-décharge avec la formule de la constante de temps d'une cellule RC, très simple : T = R x C
Avec R en Ohm, C en Farad et T en secondes.
Un électrochimique usuel haute tension aura une valeur d'environ 2µF avec une résistance d'isolation d'environ 10MΩ.
Donc T = 2 x 10^-6 * 10 x 10^6
Soit T=20s
Cela prédit que la tension aux bornes du condensateur sera de 37% de celle quand il était chargé, au bout de T secondes (Et à environ 50% à 0,69T).
Par exemple, pour notre condensateur chargé à 450V, la tension sera de 166V au bout de 20s !
Avec la plupart des condensateurs chimiques usuels, la constante de temps sera souvent de l'ordre de la dizaine de secondes, donc complètement inutilisable ici.
On trouve cependant une catégorie de condensateurs avec les Condensateurs à films polyester métallisé, dits MKT.
En général, elle peut dépasser plus de 50 000 MΩ, soit 50 GΩ !
Celui que j'ai utilisé -très classique- d'une alimentation à découpage, a une résistance de 130GΩ :
A cette échelle, en général les courants de fuite sont plutôt dus à la mince pellicule de gras ou d'humidité à la surface du composant : il faut absolument bien nettoyer le composant après finalisation du circuit !
Au niveau du codage de ces condensateurs, on peut être un peu perdu. Mais on s'en sort si on connaît quelques règles.
Par exemple :
- On sait que la Tension Max est de 630V : c'est donc parfaitement adapté la plage de tension de ce circuit Geiger.
- L'autre indication est la capacité : 2.0
Vu la taille, et d'expérience, c'est 2µF.
Si on a un doute, il suffit de charger le condensateur à quelques volts et de le décharger dans une led : si c'est 2nF, on ne verra rien. Avec 2µF, la led brillera quelques secondes.
La lettre J indique ici la tolérance :
D 0.5pF
F 1%
G 2%
H 3%
J 5%
K 10%
M 20%
M 20%
P +100/-0%
Z +80/-20%
Donc notre condensateur a une tolérance de 5%
2e condensateur :
Ici, la Tension Max est de 450V
Mais la capacité est donnée par 225.
Ici c'est un codage comme les autres condensateurs : valeur-valeur-multiplicateur exprimé en pF :
donc 22* 10^5 soit 2200 000pF donc 2200nF donc 2,2µF
Toujours J pour la tolérance 5%
Le reste concerne le constructeur.
Donc 2,2µF 450V : on reste bien dans la même gamme que le premier.
Enfin le 3e :
225 pour, à nouveau 2,2µF
K pour la tolérance : 10%
et la tension Max codée avec le code Electronic Industries Alliance (EIA) : 2W
2V = 350 VDC
2G = 400 VDC
2W = 450 VDC
2J = 630 VDC
2I = 650 VDC
2K = 800 VDC
On remarque que c'est 450V
J'ai utilisé le condensateur bleu pour mon circuit. Revenons à nos constantes de temps :
T = R x C
Avec R en ohm (130GΩ), C en Farad (2µF) et T en secondes.
Ici, T = 2 x 10^-6 * 130 x 10^9
Donc T = 260000s
Donc, pour notre condensateur chargé à 450V, la tension sera de 166V au bout d'un peu plus de 2 jours du fait de l'autodécharge.
Une formule nous donne la tension Ut, à partir de la tension de charge U0 et de la constante de temps, au bout d'un instant t : tension au bout de x secondes :
Pas de panique, il faut juste entrer ça dans un tableur :
Ici, la tension aux bornes du condensateur sera de 323V au bout d'un jour (86400s)
C'est ici que réside l'astuce de ce circuit :
Un tube geiger fonctionne sur un plateau de tension. C'est à dire que sa réponse varie peu quand la tension à ses bornes est dans une plage spécifique : le plateau.
Cf le topic Un projet de compteur geiger à transistors
Pour le BOI-33 tout comme le SBM20, il est d'environ 100V, entre 350V et 450V.
Notre condensateur va donc pouvoir alimenter notre tube Geiger même s'il se décharge tout seul.
On cherche alors la durée au bout de laquelle la tension aux bornes du condensateur est de 350V; c'est une formule qui se déduit de la précédente :
La formule nous donne t=65342s, soit un peu plus de 18h :
C'est l'autonomie maximale du circuit avec une seule charge à 450V.
A ceci, il faut ajouter les pertes qui se produisent à chaque fois que le tube détecte une particule, ce qui fait circuler un très faible courant au travers de la résistance de charge, le tube, et la résistance du haut parleur haute impédance.
Dans la pratique, avec un rayonnement de fond usuel, l'autonomie est d'une dizaine d'heures environ.
La fabrication :
J'ai utilisé un reste de plaque stripboard, de laquelle on retire ce qu'il faut de pistes.
Ici, le danger principal est la borne + du condensateur (point chaud). Elle est donc isolée du reste du circuit :
Le tube est fixé à nouveau par des connecteurs de porte-fusible.
Les connecteurs externes sont une prise jack et une prise d'alim ordinaire.
L'ensemble forme une capsule isolée électriquement (notamment grâce à la diode) et le tube en plastique.
Circuit finalisé :
Petit test avec la source au radium :
Bons bidouillages à tous !
________________________________________________________
L'expérience est une lumière qui n'éclaire que ceux qu'elle a déjà brûlés. Cédric Dassas
甩葱歌 - 古箏 - Distant Pulsar - Un Mauvais Fils - 25 Years of Zelda - Machinarium - Récapitulatif des projets électroniques - [Chroniques du Bunker de L'Apocalypse] - Projet Geiger - Culture ethnobotanique en France
tarsonis- Administrateur
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Date d'inscription : 21/05/2008
Re: Circuits Nomades
Hello,
petit post qui aborde un problème assez courant mais amha mal décrit dans la littérature pour les débutants : la perturbation introduite dans un circuit par l'appareil de mesure.
Accessoirement, j'ai besoin de poster cet article afin de développer le testeur de haute tension que l'on a besoin de fabriquer dès que l'on bidouille les compteurs Geiger Müller...ou des clôtures électriques de fortune dans un monde low-tech.
Alors tout de suite, je précise que ce post pourra être un peu rébarbatif; il convient de le lire bien reposé. Je pense publier un gros "book-PDF" qui compilera tous les posts de ce genre, avec l'atelier électronique, repair-café, etc. ou alors "La bible des détecteurs de radioactivité dans un monde post-apo".
Pour ceux qui tomberont sur ce post à cause d'une référence dans les topics sur les compteurs Geiger, vous pouvez aller directement à la partie "Fabrication".
Les voltmètres fournis avec les multimètres servent la plupart du temps à mesurer des tensions usuelles : piles, secteur, etc.
Mais quand le circuit que l'on souhaite tester à une très faible quantité d'énergie disponible, la valeur affichée sera très loin de la réalité. Pire, la tension réelle du circuit sera elle-même perturbée.
Pour donner une comparaison, ce serait comme s'amuser à mesurer la pression dans n'importe quel circuit de distribution d'eau : on fait parcourir l'eau dans un tuyau calibré et on mesure.
On comprend intuitivement que si le tuyau reste de faible diamètre, on a une vue à peu près correcte de la réalité. Mais si on dérive avec une conduite de trois mètres de diamètre, on ne va pas avoir une mesure cohérente. Et pire, la pression dans le circuit de distribution va être sérieusement perturbée.
Dans les circuits dits de haute impédance, c'est à peu près la même chose : le circuit ne peut fournir que quelques gouttes d'eau par minute. Donc n'importe quelle durite de dérivation reliée dessus réalisera en fait une énorme fuite en faisant chuter la pression dessus.
Pour quasiment tous les circuits de compteurs Geiger Müller, la haute tension est stockée dans un petit condensateur de quelques nF au mieux, ou de quelques pF (capacités parasites) au pire :
Par exemple, le circuit GM que je suis en train de fabriquer utilise un condensateur de 10nF (noté 103 : 10000pF) de tension Max 1kV.
La plupart des multimètres présentent une résistance (une impédance) d'entrée de quelques MΩ à peine.
On calcule donc la constante de temps de ce circuit RC (cf post du dessus, T=RxC)
R = 1MΩ
C = 10nF
T = 0,01s
Le condensateur est déchargé à 37% au bout de 0,01s, bien loin du temps nécessaire à l'appareil pour afficher la valeur de la mesure, qui sera en général une fraction de la réalité (sans l'appareil connecté).
Le générateur en amont n'est en général pas capable de recharger aussi vite le condensateur car les circuits haute tension ne sont pas conçus pour avoir un rendement optimal.
La haute tension s'effondre en étant drainée par l'appareil de mesure. En gros, on retrouve le problème de la baignoire qui fuit et que l'on tente de remplir plus vite.
Pour un montage sans condensateur haute tension, avec les capacités parasites entre les fils, on peut estimer le condensateur parasite à environ 10pF.
Là le problème est encore plus critique, car la constante T est de 10µs : impossible de mesurer quelque chose sans tout perturber.
L'astuce est de charger le moins possible le circuit, donc présenter la plus haute impédance, donc la plus haute résistance.
On en vient donc au montage classique du pont diviseur, déjà évoqué plusieurs fois sur le forum : Mesurer une haute tension avec un pont diviseur et un multimètre
Mais ici on va jeter un œil sur le pourquoi du comment des valeurs, afin de rendre sa construction universelle.
Le principe est simple : on fait débiter la haute tension dans une énorme résistance électrique.
Comme I =U/R selon la loi d'Ohm, on voit que plus R est grand, plus I est petit.
On remarque aussi que la tension aux bornes du condensateur est la même que celle aux bornes de la résistance.
Et la loi d'Ohm :
En série avec cette grande résistance Rg, on place une petite résistance Rp. La tension à ses bornes est une fraction de ce qu'a Rg à ses bornes.
C'est la loi d'additivité des tensions en circuit série : La tension aux bornes du condensateur est égale à la somme de la tension aux bornes de Rg et de celle aux bornes de Rp
Uc =URg + URp :
Ici, l'intensité traversant Rg et Rp est identique (loi des circuits série).
donc
et
Donc en replaçant I :
Donc a donc la tension aux bornes de la petite résistance comme un produit de la haute tension par un rapport fixe :
Comment choisir Rg et Rg ?
Il faut connaître le ratio souhaité, la résistance globale nécessaire et les limitations de chaque composant.
Tout d'abord, les résistances :
- leur tension maximale pour les composants usuels est d'environ 250V. Au delà, soit le composant claque, soit il présente des courants de fuite.
Il est donc IMPOSSIBLE d'utiliser une simple résistance standard, même de plusieurs MΩ, pour mesurer une Haute tension Geiger, en général supérieure à 350V, et toujours 250V.
On doit donc déjà définir le nombre minimal d'éléments à mettre en série afin de ne pas dépasser les marges admissibles.
Par exemple, pour mesurer 500v. Deux résistances standard de 250V Max en série seront un peu limites. On devrait en mettre 3 au moins, et obtenir ainsi environ 167V aux bornes de chacune (500/3).
Valeur de Rg
La limite basse de Rg :
Il faut déterminer Rg afin de ne pas charger le circuit. 10MΩ sont largement insuffisants, à cause de la constante de temps vue plus haut.
La limite haute de Rg :
On peut monter à 1000MΩ, mais cela impose soit de trouver une résistance spéciale (assez rare), soit d'en monter 100 de 10MΩ en série. Du coup, cela devient complexe à utiliser, et pratiquement hors de portée des débutants.
[Petite digression au sujet des circuits du net]
C'est le cas du projet MightyOhm :
https://mightyohm.com/blog/products/geiger-counter/
C'est d'ailleurs amha dû à un problème de conception de ce projet. Comme il n'y a aucune charge sur le circuit haute tension (il n'y a pas de limite à la charge du condo), il génère à vide. Or, on sait que la tension d'un circuit n'a rien à voir entre un fonctionnement à vide et à charge.
Dans le Compteur GM de MightyOhm, la résistance de 1GΩ est impérative pour "simuler" une mesure à vide (donc un fonctionnement normal du circuit), afin d'ajuster une fois pour toutes :
Par ailleurs, le circuit n'est pas régulé en tension et comme il est alimenté par des piles alcalines, la HT est fortement dépendante de l'état de charge des piles. Si par malheur on ajuste avec des piles presque neuves (1,3V) puis qu'on les remplace par des neuves, il y a des risques pour abîmer sérieusement le tube GM.
Dans la pratique, on peut contrôler à l'oreille si on est sur la zone haute du plateau de tension voire au delà (cf post au dessus) d'un tube Geiger. En effet, le plateau est la plage de tension où le tube présente une réponse à peu près identique. Si, lorsque l'on débranche la mesure, le tube se met à crépiter plus rapidement, alors la tension aux bornes du tube a augmenté.
Dans le cas extrême, il m'est arrivé de débrancher une régulation de tube GM, le tube est entré en saturation en détectant des milliers de CPM.
D'un point de vue montage Geiger Müller, il est toujours préférable de générer un circuit à charge. Le plus rudimentaire est justement d'utiliser un pont diviseur de tension. C'est le cas du projet OpenRadiation, qui utilise deux résistances 15MΩ/47kΩ
https://github.com/openradiation/openradiation-hardware-kit
Ce qui devrait donner un ratio d'environ 320 +/- 5% Sans doute la raison du "315" dans le code.
Mais le pont en question charge -amha- trop le circuit générateur de la HT, expliquant la consommation énorme du montage (30mA) pour un circuit qui ne draine théoriquement que quelques nanoAmpères.
La solution la plus "précise" est amha avec les diodes zener, qui coupent la HT au dessus d'une certaine valeur. C'est plus précis et consomme largement moins, moyennant quelques ajustements que nous verrons dans un prochain post.
[Fin de la digression]
La valeur de compromis :
Utiliser 100MΩ, composé de 10 résistances de 10MΩ en série est assez facile à construire.
-La tolérance : les résistances usuelles ont une tolérance de 5%. Perso j'ai pris de 1% à 12cts pièce. Voir plus bas pourquoi.
- La puissance maxi.
Ne pas oublier que la puissance est P=U x I et que les résistances standards ont une puissance maxi de 1/4W (250mW)
Comme I = U / R, on a P = U² / R
Dans notre cas, si on a 450V, chacune des 10 résistances a 45V à ses bornes. Donc I = 45² / 10 000 000
soit 0,2mW.
On est loin des tolérances, ce point n'est pas critique
Valeur de Rp
C'est le ratio Rg/Rp voulu qui va principalement déterminer la valeur de Rp.
On a une limite basse de Rp (donc haute du ratio) : la résolution de l'appareil de mesure.
En gros, si Rp est 100 000 fois plus petite que Rg (Rp = 1k) , alors le ratio sera d'environ 1/100 000.
Cela signifie que nos 455V seront vus en 4,5mV sur le multimètre. 385V donneront 3,8mV. Nous aurons donc un gros manque de précision de +/-5V, selon l'arrondi de l'appareil, plus l'imprécision de l'appareil.... tout ceci si le calibre 200mV existe dessus.
Et on a une limite haute de Rp (donc basse du ratio) :
Si on choisit Rp = 1MΩ (100 fois plus petite), on est face à deux problèmes souvent ignorés dans la littérature :
- l'erreur du facteur de conversion : le ratio n'est pas exactement Rg/Rp, mais (Rtotale/Rp) donc (Rg+Rp/Rp) cf le rapport entre Uc et URp vu plus haut.
Donc Si Rp est très petit, Rg+Rp est très proche de Rg, cela ne change pas grand chose.
Mais, très grossièrement, on introduit un pourcentage d'erreur de l'ordre de grandeur du ratio.
Par exemple, si Rg = 100 MΩ et Rp = 1MΩ
On montre que le ratio n'est pas de 100 mais 101, donc 400V seront mesurés 3,96V
Soit une déviation de 1%
Si Rp=10MΩ le ratio est de 110, donc les 400V seront mesurés 36,63V, soit une déviation de 10%
Ceci n'est pas "gênant" dans le sens où il s'agit d'une déviation calculable. On peut mentalement rectifier, même si cela s'avère pénible à l'usage.
- L'impédance de l'appareil de mesure.
C'est amha le principal problème que je remarque sur les forums de compteurs geiger : tous les circuits produisent la même tension, mais aucun utilisateur ne mesure la même tension.
Dans les faits, la "résistance" d'entrée de la plupart des voltmètres est d'environ 1MΩ, avec une grosse incertitude.
Cette impédance va parasiter la résistance depuis laquelle on mesure une tension car la loi des résistances en parallèle va s'appliquer.
Le circuit équivalent devient alors :
Par exemple, si on veut un pont de 100MΩ avec une résistance Rp de 1MΩ, et que notre multimètre a une impédance d'entrée de 1MΩ, alors résistance équivalente vue à la place de Rp va être une résistance de 500kΩ !
C'est la règle de calcul des résistances en parallèle :
Donc notre pont va voir seulement la moitié de la tension !
On a donc une marge d'erreur de 50% !
Si on utilise une résistance de 100kΩ à la place, alors l'erreur sera d'environ 9%
On remarque que la résistance de 10kΩ produit une marge d'erreur de 1%
C'est dans l'ordre de grandeur des tolérances des composants que l'on peut utiliser ici (5% ou 1%)
On n'utilisera pas de résistance de 1kΩ, qui aurait une erreur de seulement 0,1% car :
- cette erreur est inférieure à la tolérance des composants, donc c'est inutile.
- mais surtout parce que l'on a vu plus haut que le facteur du pont sera de 100 000, donc donnant des mesures manquant de résolution sur l'appareil de mesure (450V vus comme 4,5mV).
On voit ici que lorsque l'on ne connaît pas l'impédance de l'appareil, on ne sait pas trop ce que l'on mesure.
En général, cela tourne autour de 1M pour les appareils modernes.
Cela équivaut à utiliser de résistance de valeur <= 10kΩ pour avoir moins de 1% d'erreur, et >=1kΩ pour avoir une lecture à peu près utilisable.
Pour l'anecdote, j'ai cherché à contrôler cette impédance via une tension précise à 0,01%. Il s'agit de bidouiller l'équation du pont chargé pour isoler RM, en comparant ce que l'on est censé obtenir avec la mesure réelle.
Ici,
RM = Impédance du multimètre
UHT : Haute tension (en amont du pont)
UBT : Basse tension (en aval du pont)
RG : Grande Résistance
RP : Petite Résistance
Avec une marge d'erreur de 1%, on remarque que c'est bien de l'ordre de grandeur de 1MΩ, mais en étant un petit peu inférieur.
Donc pour résumer :
Rg = 100MΩ construit autour de 10 résistances de 10MΩ 1%.
Rp = 10kΩ
Facteur du pont : 10101
Fabrication :
Le schéma :
L'ancienne version avec des résistances 5% :
Avec le code couleur usuel, ces composants ont quatre bandes de couleur :
- 2 Valeurs : (1) marron- (0) noir
- 1 Multiplicateur (b) bleu (6 donc *10^6)
- 1 Tolérance : (5%) Or
10*1000000 donc 10M
Un bout de perfobard, avec les résistances 1% et deux borniers :
La plupart des résistances de précision sont à couche métallique et 5 bandes de couleur :
- 3 Valeurs : (1) marron- (0) noir - (0) noir
- 1 Multiplicateur (5) vert (donc *10^5)
- 1 Tolérance : (1%) marron
Donc 100*100000 donc 10M
Partie Branchement Haute Tension (HT) :
Partie Branchement Basse Tension (BT) :
Impédance multimètre 'usuelle' : 1MΩ
Donc 400V vont être lus 39,6mV
C'est noyé dans la tolérance des composants, de 1%
Ou, réciproquement : Si je lis 40,0mV :
La tension réelle sera de 40mV * 10101,
soit environ 404V +/- 4V Avec des résistances 1%
Le tension réelle sera donc entre 400V et 408V. C'est toujours dans la zone plateau du Tube Geiger, qui est située entre 350V et 450V
Avec des résistances de 5%
404V +/20V
Le tension réelle sera donc entre 384V et 424V. C'est à nouveau dans la zone plateau du Tube Geiger, même si l'on n'est pas très précis.
Les erreurs de conception : on oublie la tolérance et la perturbation de l'appareil de mesure
Maintenant, imaginons que j'aie souhaité avoir un pont avec un facteur 1000, bien plus simple à lire (la valeur mesurée en mV correspond à la valeur en V).
Donc nous aurions un pont 100MΩ+ 100kΩ avec des résistances 5%
La tension de 400V réelle aurait été lue 363 mV +/20V
On va avoir tendance à augmenter la haute tension du circuit .... jusqu'à lire 400mV correspond à une tension de 440V+/-22V
On commence à sortir du plateau de tension.
Enfin, le pont que j'ai déjà vu, avec un facteur 100 : 100MΩ + 1MΩ, 400V est lu 1,99V (soit 199V)
Tandis que lire 4V correspond à une tension d'environ 800V +/- 40V
Là on risque carrément de détruire le tube Geiger Muller.
petit post qui aborde un problème assez courant mais amha mal décrit dans la littérature pour les débutants : la perturbation introduite dans un circuit par l'appareil de mesure.
Accessoirement, j'ai besoin de poster cet article afin de développer le testeur de haute tension que l'on a besoin de fabriquer dès que l'on bidouille les compteurs Geiger Müller...ou des clôtures électriques de fortune dans un monde low-tech.
Alors tout de suite, je précise que ce post pourra être un peu rébarbatif; il convient de le lire bien reposé. Je pense publier un gros "book-PDF" qui compilera tous les posts de ce genre, avec l'atelier électronique, repair-café, etc. ou alors "La bible des détecteurs de radioactivité dans un monde post-apo".
Pour ceux qui tomberont sur ce post à cause d'une référence dans les topics sur les compteurs Geiger, vous pouvez aller directement à la partie "Fabrication".
Les voltmètres fournis avec les multimètres servent la plupart du temps à mesurer des tensions usuelles : piles, secteur, etc.
Mais quand le circuit que l'on souhaite tester à une très faible quantité d'énergie disponible, la valeur affichée sera très loin de la réalité. Pire, la tension réelle du circuit sera elle-même perturbée.
Pour donner une comparaison, ce serait comme s'amuser à mesurer la pression dans n'importe quel circuit de distribution d'eau : on fait parcourir l'eau dans un tuyau calibré et on mesure.
On comprend intuitivement que si le tuyau reste de faible diamètre, on a une vue à peu près correcte de la réalité. Mais si on dérive avec une conduite de trois mètres de diamètre, on ne va pas avoir une mesure cohérente. Et pire, la pression dans le circuit de distribution va être sérieusement perturbée.
Dans les circuits dits de haute impédance, c'est à peu près la même chose : le circuit ne peut fournir que quelques gouttes d'eau par minute. Donc n'importe quelle durite de dérivation reliée dessus réalisera en fait une énorme fuite en faisant chuter la pression dessus.
Pour quasiment tous les circuits de compteurs Geiger Müller, la haute tension est stockée dans un petit condensateur de quelques nF au mieux, ou de quelques pF (capacités parasites) au pire :
Par exemple, le circuit GM que je suis en train de fabriquer utilise un condensateur de 10nF (noté 103 : 10000pF) de tension Max 1kV.
La plupart des multimètres présentent une résistance (une impédance) d'entrée de quelques MΩ à peine.
On calcule donc la constante de temps de ce circuit RC (cf post du dessus, T=RxC)
R = 1MΩ
C = 10nF
T = 0,01s
Le condensateur est déchargé à 37% au bout de 0,01s, bien loin du temps nécessaire à l'appareil pour afficher la valeur de la mesure, qui sera en général une fraction de la réalité (sans l'appareil connecté).
Le générateur en amont n'est en général pas capable de recharger aussi vite le condensateur car les circuits haute tension ne sont pas conçus pour avoir un rendement optimal.
La haute tension s'effondre en étant drainée par l'appareil de mesure. En gros, on retrouve le problème de la baignoire qui fuit et que l'on tente de remplir plus vite.
Pour un montage sans condensateur haute tension, avec les capacités parasites entre les fils, on peut estimer le condensateur parasite à environ 10pF.
Là le problème est encore plus critique, car la constante T est de 10µs : impossible de mesurer quelque chose sans tout perturber.
L'astuce est de charger le moins possible le circuit, donc présenter la plus haute impédance, donc la plus haute résistance.
On en vient donc au montage classique du pont diviseur, déjà évoqué plusieurs fois sur le forum : Mesurer une haute tension avec un pont diviseur et un multimètre
Mais ici on va jeter un œil sur le pourquoi du comment des valeurs, afin de rendre sa construction universelle.
Le principe est simple : on fait débiter la haute tension dans une énorme résistance électrique.
Comme I =U/R selon la loi d'Ohm, on voit que plus R est grand, plus I est petit.
On remarque aussi que la tension aux bornes du condensateur est la même que celle aux bornes de la résistance.
Et la loi d'Ohm :
En série avec cette grande résistance Rg, on place une petite résistance Rp. La tension à ses bornes est une fraction de ce qu'a Rg à ses bornes.
C'est la loi d'additivité des tensions en circuit série : La tension aux bornes du condensateur est égale à la somme de la tension aux bornes de Rg et de celle aux bornes de Rp
Uc =URg + URp :
Ici, l'intensité traversant Rg et Rp est identique (loi des circuits série).
donc
et
Donc en replaçant I :
Donc a donc la tension aux bornes de la petite résistance comme un produit de la haute tension par un rapport fixe :
Comment choisir Rg et Rg ?
Il faut connaître le ratio souhaité, la résistance globale nécessaire et les limitations de chaque composant.
Tout d'abord, les résistances :
- leur tension maximale pour les composants usuels est d'environ 250V. Au delà, soit le composant claque, soit il présente des courants de fuite.
Il est donc IMPOSSIBLE d'utiliser une simple résistance standard, même de plusieurs MΩ, pour mesurer une Haute tension Geiger, en général supérieure à 350V, et toujours 250V.
On doit donc déjà définir le nombre minimal d'éléments à mettre en série afin de ne pas dépasser les marges admissibles.
Par exemple, pour mesurer 500v. Deux résistances standard de 250V Max en série seront un peu limites. On devrait en mettre 3 au moins, et obtenir ainsi environ 167V aux bornes de chacune (500/3).
Valeur de Rg
La limite basse de Rg :
Il faut déterminer Rg afin de ne pas charger le circuit. 10MΩ sont largement insuffisants, à cause de la constante de temps vue plus haut.
La limite haute de Rg :
On peut monter à 1000MΩ, mais cela impose soit de trouver une résistance spéciale (assez rare), soit d'en monter 100 de 10MΩ en série. Du coup, cela devient complexe à utiliser, et pratiquement hors de portée des débutants.
[Petite digression au sujet des circuits du net]
C'est le cas du projet MightyOhm :
https://mightyohm.com/blog/products/geiger-counter/
The HV supply voltage can be measured from TP2 to Ground (J6 pin 3). It should be set to around 400V, but you’ll need a multimeter with a very high input impedance (1GOhm) to measure the HV supply directly. To measure the voltage, you can build a high impedance, high voltage probe based on the instructions here: https://ea4eoz.blogspot.com/2012/09/one-gigaohm-high-voltage-probe.html If you use an ordinary multimeter with a 10MOhm input impedance, the meter will load down the supply and you’ll see something less than 400V. My Fluke multimeter shows 215V. Yours might be different.
C'est d'ailleurs amha dû à un problème de conception de ce projet. Comme il n'y a aucune charge sur le circuit haute tension (il n'y a pas de limite à la charge du condo), il génère à vide. Or, on sait que la tension d'un circuit n'a rien à voir entre un fonctionnement à vide et à charge.
Dans le Compteur GM de MightyOhm, la résistance de 1GΩ est impérative pour "simuler" une mesure à vide (donc un fonctionnement normal du circuit), afin d'ajuster une fois pour toutes :
Par ailleurs, le circuit n'est pas régulé en tension et comme il est alimenté par des piles alcalines, la HT est fortement dépendante de l'état de charge des piles. Si par malheur on ajuste avec des piles presque neuves (1,3V) puis qu'on les remplace par des neuves, il y a des risques pour abîmer sérieusement le tube GM.
Dans la pratique, on peut contrôler à l'oreille si on est sur la zone haute du plateau de tension voire au delà (cf post au dessus) d'un tube Geiger. En effet, le plateau est la plage de tension où le tube présente une réponse à peu près identique. Si, lorsque l'on débranche la mesure, le tube se met à crépiter plus rapidement, alors la tension aux bornes du tube a augmenté.
Dans le cas extrême, il m'est arrivé de débrancher une régulation de tube GM, le tube est entré en saturation en détectant des milliers de CPM.
D'un point de vue montage Geiger Müller, il est toujours préférable de générer un circuit à charge. Le plus rudimentaire est justement d'utiliser un pont diviseur de tension. C'est le cas du projet OpenRadiation, qui utilise deux résistances 15MΩ/47kΩ
https://github.com/openradiation/openradiation-hardware-kit
Ce qui devrait donner un ratio d'environ 320 +/- 5% Sans doute la raison du "315" dans le code.
Mais le pont en question charge -amha- trop le circuit générateur de la HT, expliquant la consommation énorme du montage (30mA) pour un circuit qui ne draine théoriquement que quelques nanoAmpères.
La solution la plus "précise" est amha avec les diodes zener, qui coupent la HT au dessus d'une certaine valeur. C'est plus précis et consomme largement moins, moyennant quelques ajustements que nous verrons dans un prochain post.
[Fin de la digression]
La valeur de compromis :
Utiliser 100MΩ, composé de 10 résistances de 10MΩ en série est assez facile à construire.
-La tolérance : les résistances usuelles ont une tolérance de 5%. Perso j'ai pris de 1% à 12cts pièce. Voir plus bas pourquoi.
- La puissance maxi.
Ne pas oublier que la puissance est P=U x I et que les résistances standards ont une puissance maxi de 1/4W (250mW)
Comme I = U / R, on a P = U² / R
Dans notre cas, si on a 450V, chacune des 10 résistances a 45V à ses bornes. Donc I = 45² / 10 000 000
soit 0,2mW.
On est loin des tolérances, ce point n'est pas critique
Valeur de Rp
C'est le ratio Rg/Rp voulu qui va principalement déterminer la valeur de Rp.
On a une limite basse de Rp (donc haute du ratio) : la résolution de l'appareil de mesure.
En gros, si Rp est 100 000 fois plus petite que Rg (Rp = 1k) , alors le ratio sera d'environ 1/100 000.
Cela signifie que nos 455V seront vus en 4,5mV sur le multimètre. 385V donneront 3,8mV. Nous aurons donc un gros manque de précision de +/-5V, selon l'arrondi de l'appareil, plus l'imprécision de l'appareil.... tout ceci si le calibre 200mV existe dessus.
Et on a une limite haute de Rp (donc basse du ratio) :
Si on choisit Rp = 1MΩ (100 fois plus petite), on est face à deux problèmes souvent ignorés dans la littérature :
- l'erreur du facteur de conversion : le ratio n'est pas exactement Rg/Rp, mais (Rtotale/Rp) donc (Rg+Rp/Rp) cf le rapport entre Uc et URp vu plus haut.
Donc Si Rp est très petit, Rg+Rp est très proche de Rg, cela ne change pas grand chose.
Mais, très grossièrement, on introduit un pourcentage d'erreur de l'ordre de grandeur du ratio.
Par exemple, si Rg = 100 MΩ et Rp = 1MΩ
On montre que le ratio n'est pas de 100 mais 101, donc 400V seront mesurés 3,96V
Soit une déviation de 1%
Si Rp=10MΩ le ratio est de 110, donc les 400V seront mesurés 36,63V, soit une déviation de 10%
Ceci n'est pas "gênant" dans le sens où il s'agit d'une déviation calculable. On peut mentalement rectifier, même si cela s'avère pénible à l'usage.
- L'impédance de l'appareil de mesure.
C'est amha le principal problème que je remarque sur les forums de compteurs geiger : tous les circuits produisent la même tension, mais aucun utilisateur ne mesure la même tension.
Dans les faits, la "résistance" d'entrée de la plupart des voltmètres est d'environ 1MΩ, avec une grosse incertitude.
Cette impédance va parasiter la résistance depuis laquelle on mesure une tension car la loi des résistances en parallèle va s'appliquer.
Le circuit équivalent devient alors :
Par exemple, si on veut un pont de 100MΩ avec une résistance Rp de 1MΩ, et que notre multimètre a une impédance d'entrée de 1MΩ, alors résistance équivalente vue à la place de Rp va être une résistance de 500kΩ !
C'est la règle de calcul des résistances en parallèle :
Donc notre pont va voir seulement la moitié de la tension !
On a donc une marge d'erreur de 50% !
Si on utilise une résistance de 100kΩ à la place, alors l'erreur sera d'environ 9%
On remarque que la résistance de 10kΩ produit une marge d'erreur de 1%
C'est dans l'ordre de grandeur des tolérances des composants que l'on peut utiliser ici (5% ou 1%)
On n'utilisera pas de résistance de 1kΩ, qui aurait une erreur de seulement 0,1% car :
- cette erreur est inférieure à la tolérance des composants, donc c'est inutile.
- mais surtout parce que l'on a vu plus haut que le facteur du pont sera de 100 000, donc donnant des mesures manquant de résolution sur l'appareil de mesure (450V vus comme 4,5mV).
On voit ici que lorsque l'on ne connaît pas l'impédance de l'appareil, on ne sait pas trop ce que l'on mesure.
En général, cela tourne autour de 1M pour les appareils modernes.
Cela équivaut à utiliser de résistance de valeur <= 10kΩ pour avoir moins de 1% d'erreur, et >=1kΩ pour avoir une lecture à peu près utilisable.
Pour l'anecdote, j'ai cherché à contrôler cette impédance via une tension précise à 0,01%. Il s'agit de bidouiller l'équation du pont chargé pour isoler RM, en comparant ce que l'on est censé obtenir avec la mesure réelle.
Ici,
RM = Impédance du multimètre
UHT : Haute tension (en amont du pont)
UBT : Basse tension (en aval du pont)
RG : Grande Résistance
RP : Petite Résistance
Avec une marge d'erreur de 1%, on remarque que c'est bien de l'ordre de grandeur de 1MΩ, mais en étant un petit peu inférieur.
Donc pour résumer :
Rg = 100MΩ construit autour de 10 résistances de 10MΩ 1%.
Rp = 10kΩ
Facteur du pont : 10101
Fabrication :
Le schéma :
L'ancienne version avec des résistances 5% :
Avec le code couleur usuel, ces composants ont quatre bandes de couleur :
- 2 Valeurs : (1) marron- (0) noir
- 1 Multiplicateur (b) bleu (6 donc *10^6)
- 1 Tolérance : (5%) Or
10*1000000 donc 10M
Un bout de perfobard, avec les résistances 1% et deux borniers :
La plupart des résistances de précision sont à couche métallique et 5 bandes de couleur :
- 3 Valeurs : (1) marron- (0) noir - (0) noir
- 1 Multiplicateur (5) vert (donc *10^5)
- 1 Tolérance : (1%) marron
Donc 100*100000 donc 10M
Partie Branchement Haute Tension (HT) :
Partie Branchement Basse Tension (BT) :
Impédance multimètre 'usuelle' : 1MΩ
Donc 400V vont être lus 39,6mV
C'est noyé dans la tolérance des composants, de 1%
Ou, réciproquement : Si je lis 40,0mV :
La tension réelle sera de 40mV * 10101,
soit environ 404V +/- 4V Avec des résistances 1%
Le tension réelle sera donc entre 400V et 408V. C'est toujours dans la zone plateau du Tube Geiger, qui est située entre 350V et 450V
Avec des résistances de 5%
404V +/20V
Le tension réelle sera donc entre 384V et 424V. C'est à nouveau dans la zone plateau du Tube Geiger, même si l'on n'est pas très précis.
Les erreurs de conception : on oublie la tolérance et la perturbation de l'appareil de mesure
Maintenant, imaginons que j'aie souhaité avoir un pont avec un facteur 1000, bien plus simple à lire (la valeur mesurée en mV correspond à la valeur en V).
Donc nous aurions un pont 100MΩ+ 100kΩ avec des résistances 5%
La tension de 400V réelle aurait été lue 363 mV +/20V
On va avoir tendance à augmenter la haute tension du circuit .... jusqu'à lire 400mV correspond à une tension de 440V+/-22V
On commence à sortir du plateau de tension.
Enfin, le pont que j'ai déjà vu, avec un facteur 100 : 100MΩ + 1MΩ, 400V est lu 1,99V (soit 199V)
Tandis que lire 4V correspond à une tension d'environ 800V +/- 40V
Là on risque carrément de détruire le tube Geiger Muller.
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L'expérience est une lumière qui n'éclaire que ceux qu'elle a déjà brûlés. Cédric Dassas
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Re: Circuits Nomades
Salut à tous !
Un petit post pour présenter une bidouille qui rend quelques services dans ces cas où la réparation électronique aurait été impossible
Je cherchais en effet un moyen de réparer deux circuits, dont la panne se situait sur les pistes conductrices imprimées sur du film plastique. Comme les pistes de clavier d'ordinateur.
ici, impossible de réparer par soudure, ce qui ferait fondre le plastique. L'étain n’accroche pas non plus très bien sur la piste d'argent imprimée. Bref, une réparation usuelle risque d'empirer la panne.
Je cherché un temps du côté du carbone, en mélangeant de la poudre de graphite avec un genre de vernis, mais la résistivité par centimètre rend le procédé inutilisable.
Puis j'ai bidouillé un truc en collant des pistes conductrices issues d'un patch RFID (conducteur et collant) :
Mais la jonction électrique est un peu aléatoire.
Du coup, j'ai regardé du côté des stylos à encre conductrice :
Pour les réparateurs, c'est un peu comme le vernis conducteur utilisé pour réparer les résistances des vitres de voiture, mais avec un côté un peu plus pratique (manipulation, stockage), éducatif (on peut faire des circuits sur du papier), permettant de faire dans la précision (tracé <0,5mm).
Ici le cas d'une Dictée Magique, trouvée une croute de pain en brocante (il y a une inflation due aux collectionneurs dessus).
Comme ces appareils subissent diverses "agressions" (liquides, nourriture, etc.) le clavier en dessous a tendance à s'oxyder.
Les points de flexion de la piste (ici en cours de réparation) ont également perdu en conductivité :
Du coup, une bonne quantité des ces appareils sont HS juste du fait du clavier, car le CPU du circuit en a besoin pour démarrer.
J'ai essayé de réparer les pistes sur film plastique, avec une première couche en support, et une 2e en finition. On peut gratter les excédents ou les court-circuits. Le résultat d'un point de vue "électrique" est impeccable.
Une fois réparé :
Globalement :
Et le connecteur :
La réparation date de Septembre, l'appareil est toujours fonctionnel
2e réparation, une petite machine à écrire électrique Nakajima que l'on m'a offerte; la plupart des touches à droite n'étaient plus fonctionnelles :
En analysant les pistes, rebelote : certaines sont oxydées (zone sombre) tandis que d'autres sont carrément effacées (en bas). C'est du même topo : dès qu'il y a un risque d’agression mécanique, cela peut entamer les pistes :
Il s'agit d'un petit investissement (10E), mais que j'emporte maintenant dans les repair cafés pour les manips qui empêchent l'usage du fer à souder
Un petit post pour présenter une bidouille qui rend quelques services dans ces cas où la réparation électronique aurait été impossible
Je cherchais en effet un moyen de réparer deux circuits, dont la panne se situait sur les pistes conductrices imprimées sur du film plastique. Comme les pistes de clavier d'ordinateur.
ici, impossible de réparer par soudure, ce qui ferait fondre le plastique. L'étain n’accroche pas non plus très bien sur la piste d'argent imprimée. Bref, une réparation usuelle risque d'empirer la panne.
Je cherché un temps du côté du carbone, en mélangeant de la poudre de graphite avec un genre de vernis, mais la résistivité par centimètre rend le procédé inutilisable.
Puis j'ai bidouillé un truc en collant des pistes conductrices issues d'un patch RFID (conducteur et collant) :
Mais la jonction électrique est un peu aléatoire.
Du coup, j'ai regardé du côté des stylos à encre conductrice :
Pour les réparateurs, c'est un peu comme le vernis conducteur utilisé pour réparer les résistances des vitres de voiture, mais avec un côté un peu plus pratique (manipulation, stockage), éducatif (on peut faire des circuits sur du papier), permettant de faire dans la précision (tracé <0,5mm).
Ici le cas d'une Dictée Magique, trouvée une croute de pain en brocante (il y a une inflation due aux collectionneurs dessus).
Comme ces appareils subissent diverses "agressions" (liquides, nourriture, etc.) le clavier en dessous a tendance à s'oxyder.
Les points de flexion de la piste (ici en cours de réparation) ont également perdu en conductivité :
Du coup, une bonne quantité des ces appareils sont HS juste du fait du clavier, car le CPU du circuit en a besoin pour démarrer.
J'ai essayé de réparer les pistes sur film plastique, avec une première couche en support, et une 2e en finition. On peut gratter les excédents ou les court-circuits. Le résultat d'un point de vue "électrique" est impeccable.
Une fois réparé :
Globalement :
Et le connecteur :
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Re: Circuits Nomades
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Vous avez tous lu ,hein? Tarso dit faire dans la bidouille!
Aie!pitié! pas les dents!
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Aussi non ,bon boulot Tarso.
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Re: Circuits Nomades
Hello,
je viens de remarquer que bidouiller pouvait avoir un 2e sens :
Alors je n'ai pas truqué/trafiqué la Dictée Magique pour qu'elle affiche Olduvaï
je viens de remarquer que bidouiller pouvait avoir un 2e sens :
Sens 1
Bricoler, transformer ou fabriquer quelque chose avec des moyens simples, de façon artisanale et rapide.
Sens 2
Trafiquer, truquer. Action de frauder, d'abuser, de falsifier quelque chose.
Alors je n'ai pas truqué/trafiqué la Dictée Magique pour qu'elle affiche Olduvaï
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Re: Circuits Nomades
Salut à tous,
en relation avec le premier post de ce topic, j'ai eu à réparer une seconde lampe led de vélo à induction.
Je pensais avoir affaire à un modèle quasi-identique (même coque, aimant, etc.), mais quelle surprise de trouver un tout autre circuit.
Là où l'on avait une intégration phénoménale (microcontôleur,etc) pour un circuit simple :
Là on ne peut pas plus rudimentaire : les fils de la bobine sont directement soudés sur les LEDs !
Elles sont tête-bêche, de sorte à ce que toutes les impulsions soient utilisées : approche et éloignement de l’aimant, mais aussi l'induction puis auto-induction (cf premier post).
L'avantage est que la panne est simple : les fils étaient tenus par des points de colle; l'un d'eux a cassé et fini par casser également le mince fil de cuivre avec les vibrations répétées, donc un coup de soudure et ce serait réglé.
Néanmoins, il y a un petit souci supplémentaire : l'une des LEDs a grillé. Pas étonnant puisqu'il n'y a aucun circuit de régulation. Les leds se prennent à chaque passage des impulsion, qui ne sont pas symétriques. En gros, une des LEDs se mange toujours plus que l'autre.
Donc idem ici, même circuit avec un redresseur fait avec un pont de diodes et un condo (de récup, j'avais la flemme); j'ai remplacé la LED grillée et placé les deux dans le même sens.
Vis à vis de cette photo, j'ai encore modifié pour ajouter une petite résistance entre le condo et les LEDs afin d'obtenir une petite persistance de quelques secondes.
On redresse ainsi toutes les impulsions et on alimente de manière égale les deux LEDs (dans l'absolu, il faudrait une résistance pour chaque, mais l'écart est très minime).
Dingue de trouver un truc aussi primitif alors que l'essentiel (et sans doute le coût) est déjà là.
en relation avec le premier post de ce topic, j'ai eu à réparer une seconde lampe led de vélo à induction.
Je pensais avoir affaire à un modèle quasi-identique (même coque, aimant, etc.), mais quelle surprise de trouver un tout autre circuit.
Là où l'on avait une intégration phénoménale (microcontôleur,etc) pour un circuit simple :
tarsonis a écrit:Lors d'un Repair café, on m'a amené une lampe de vtt sans pile :
Le risque avec l'électronique sophistiquée, c'est bien entendu son manque de résilience, surtout face aux conditions extérieures.
La panne est difficilement identifiable car le circuit est "tropicalisé" via un genre de laque noire, impossible à retirer proprement sans détruire le circuit.
On repère au moins un microcontrôleur en grattant la couche :
Là on ne peut pas plus rudimentaire : les fils de la bobine sont directement soudés sur les LEDs !
Elles sont tête-bêche, de sorte à ce que toutes les impulsions soient utilisées : approche et éloignement de l’aimant, mais aussi l'induction puis auto-induction (cf premier post).
L'avantage est que la panne est simple : les fils étaient tenus par des points de colle; l'un d'eux a cassé et fini par casser également le mince fil de cuivre avec les vibrations répétées, donc un coup de soudure et ce serait réglé.
Néanmoins, il y a un petit souci supplémentaire : l'une des LEDs a grillé. Pas étonnant puisqu'il n'y a aucun circuit de régulation. Les leds se prennent à chaque passage des impulsion, qui ne sont pas symétriques. En gros, une des LEDs se mange toujours plus que l'autre.
Donc idem ici, même circuit avec un redresseur fait avec un pont de diodes et un condo (de récup, j'avais la flemme); j'ai remplacé la LED grillée et placé les deux dans le même sens.
Vis à vis de cette photo, j'ai encore modifié pour ajouter une petite résistance entre le condo et les LEDs afin d'obtenir une petite persistance de quelques secondes.
On redresse ainsi toutes les impulsions et on alimente de manière égale les deux LEDs (dans l'absolu, il faudrait une résistance pour chaque, mais l'écart est très minime).
Dingue de trouver un truc aussi primitif alors que l'essentiel (et sans doute le coût) est déjà là.
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