MESUREELECTRONIQUEmagazine - n 16 8Un al t i mt rede 0 1 999 mt
resPour mettre au point notre altimtre, nous avons d rsoudredivers
problmes, car les seules donnes techniques ennotre possession
taient les suivantes:Sachant que mm/ H signifie millimtres de
mercure et quauniveau de la mer une colonne de mercure se
positionne surTe ns ion dalime ntation ................5voltss
tabilis sCons ommation............................1 0 mA max imumI
mp dancedes ortie ....................1 0ohmsPr cis ion
..................................2 ,5 %Te ns ion des ortiemax .
................4 ,7voltsPre s s ion max imale
......................8 6 3 mm/HPre s s ion minimale
......................1 1 2 mm/Hoici dj quelque temps, une
entreprise japonaisespcialise dans les capteurs de pression, nousa
envoy divers chantillons pour raliser des alti-mtres et des
baromtres simples.A lintrieur de ces capteurs se trouve un pont
pizolec-trique, qui, suivant la variation de la pression, entrane
lamodification de la tension disponible en sortie.Lorsquun tel
capteur est plac au niveau de la mer, il ensort une tension
denviron 4 volts. Lorsquil est plac unealtitude de 2 000 mtres,
cette tension tombe environ 3volts.Grce lutilisation de
capteursdepressionmodernes,ilestpossibledeconcevoirdesinstruments
avec lesquels onpeut mesurer la hauteur dunimmeuble, dun pylne
oudunemontagneetce,jusquunealtitudemaximalede1999mtres.Danscetarticle,nousallonsdcrire
la faon deraliser cet appareildemesure:unaltimtre simpleet
conomique.Grce lutilisation de
capteursdepressionmodernes,ilestpossibledeconcevoirdesinstruments
avec lesquels onpeut mesurer la hauteur dunimmeuble, dun pylne
oudunemontagneetce,jusquunealtitudemaximalede1999mtres.Danscetarticle,nousallonsdcrire
la faon deraliser cet appareildemesure:unaltimtre simpleet
conomique.Si le nombre 46 apparat sur laffi-cheur, nous nous
trouvons donc unealtitudede46mtres.Sicestlenombre 108 qui apparat,
nous noustrouvons une altitude de 108 mtreset si cest le nombre 560
qui apparat,nous nous trouvons une altitude de560 mtres.Dela pr cis
iondelappare ilAvantdepoursuivre,nousdevonsapporter quelques dtails
concernantla calibration de lappareil car sa pr-cision en dpend.Si
nous nous trouvons dans une loca-lit situe 200 mtres au-dessus
duniveau de la mer et que nous talon-nons le millivoltmtre pour
faire appa-ratrelenombre000,ilestbienentendu, que si nous montons
en alti-tudejusqucequapparaisselenombre 050, par rapport au niveau
dela mer, nous nous trouvons en ralit une altitude de:5 0+ 2 0 0m
tre s= 2 5 0m tre sIl faut galement prciser que la pres-sion
atmosphrique varie en fonctiondes conditions mtorologiques.
Ainsi,si au niveau de la mer, en prsencedune moyenne pression, la
colonnedemercureestpositionnesur760 mm/ H, en prsence dune
hautepression, la colonne de mercure peutmonter 770 mm/ H et en
prsencedune basse pression, elle peut des-cendre 750 mm/
H.Evidemment, ces variations peuventmodifier de quelques millivolts
la ten-sion en sortie, donc affecter lgre-ment la prcision de
laltimtre.Comme de telles variations ne sont nisoudaines, ni
rapides, nous pouvonsMESURE760 mm alors qu 2 000 mtres ellese
positionne sur 607 mm, nous avonsvrifi la valeur des tensions qui
sor-taient de ce capteur diverses hauteurs.Comme vous pouvez le
noter, de 0mtre 1999 mtres, la variation estde seulement:4 ,0 8 3 0
3 ,1 6 5 4= 0 ,9 1 7 6volt !En pratique, pour chaque mtre
devariation en hauteur, nous constatonsune variation de tension de
seulement:0 ,9 1 7 6 : 1 9 9 9= 0 ,0 0 0 4 5 9voltCe qui correspond
0,459 millivolt.Pour mesurer ces tensions trs faibles,il suffit dun
millivoltmtre prcis de typeinverseur, sur lafficheur duquel, le
chiffrequi apparat, augmente de manire pro-portionnelle la tension
dcroissantequi est prsente sur son entre.Ainsi, si nous calibrons
le millivoltmtrede manire faire apparatre le chiffre000 avec une
pression de 760 mm/ H,en montant en altitude, nous obtien-drons les
tensions suivantes: 100 mtres:(4 ,0 8 3 4 ,0 3 7 1 ) : 0 ,0 0 0 4 5
9= 1 0 0millivolts , 200 mtres:(4 ,0 8 3 3 ,9 9 1 2 ) : 0 ,0 0 0 4
5 9= 2 0 0millivolts , 500 mtres:(4 ,0 8 3 3 ,8 5 3 5 ) : 0 ,0 0 0
4 5 9= 5 0 0millivolts , 1000 mtres:(4 ,0 8 3 3 ,6 2 4 0 ) : 0 ,0 0
0 4 5 9= 1 0 0 0millivolts ,et 1999 mtres:(4 ,0 8 3 3 ,1 6 5 4 ) :
0 ,0 0 0 4 5 9= 1 9 9 9millivolts .0 mtre 4,0830 volts50 mtres
4,0600 volts70 mtres 4,0509 volts100 mtres 4,0371 volts150 mtres
4,1415 volts200 mtres 3,9912 volts250 mtres 3,9882 volts500 mtres
3,8535 volts1000 mtres 3,6240 volts1500 mtres 3,3945 volts1999
mtres 3,1654 voltsELECTRONIQUEmagazine - n 16 9rgler le
potentiomtre de mise zrode faon lire 000 sur le millivoltmtre,en
ayant conscience que si la pressionatmosphrique change, il est
possiblede constater une erreur de quelquesmtres.Ces problmes de
prcision sont le lotde nimporte quel altimtre, mme desplus
sophistiqus ou des plus chers.Notre appareil peut soutenir la
com-paraison sans rougir!Que lque se x e mple sdutilis ationdun
altim treAprs avoir effectu une mise zrode laltimtre au
rez-de-chausse dunimmeuble, nous pouvons savoir decombien de mtres
nous nous levonsen montant les escaliers.Le passionn de deltaplane,
de para-pente, ou de parachute ascensionnel,pourra lire quelle
hauteur il se trouvepar rapport au sol.Les splologues pourront
vrifier quelle profondeur ils sont descendussous terre car, sur
lafficheur, ils ver-ront apparatre le signe devant lenombre. Ainsi,
si le nombre 010 apparat, ilsse trouvent une profondeur de 10mtres,
si le nombre 085 apparat,ils sont descendus 85 mtres.Ayez toujours
lesprit que la prcisionde cette sonde se situe aux alentoursdes 2,5
%. Ainsi, si vous lisez 14mtres, en pratique, cela pourrait
tre14,7-14,8 ou bien 13,5-13,6 mtres.Si vous lisez 110 mtres, cela
pourraittre 107 ou mme 112 mtres, unediffrence que lon peut
facilementaccepter.123654DT. DT.Fi gure 1 :Pourcet al t i mt
re,nousavonsut i l i suncapt eurdepressi ondel asocit Fujkura,
rfrenc XFPM115P. En regardantle repre-dt rompeur
prsentsursoncorps,surl agauchenousavonsl esbroches1,2et 3et surl
adroi t el es broches 4, 5 et6.IC219 23 16 24 15 1817 22 12 11 10 9
14 1325 7LCD3 30 29 11 10 9 31 32 25 24 15 14 13 2627 21 20 19 18
17 22 23a bc de fg 6 8 2 3 4 5bc30 311EBC40 39 38
35363226PILE84220k a bc de fga bc de fg 343329 28
273840392816128121TP1CAPTEURIC1-A
IC1-B567231TR16541235,01V2,9VC1C2R1R2R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12R13R14C3R15
R16R17R18C4C5C6C7 C8C9C10R19R20R21R22R23S19VFi gure 2 :Schmal ect
ri quedel al t i mt re.Pourobt eni rl es5vol t sncessai respoural i
ment erl ecapt eurdepressi on,i lfaut prl everunet ensi onst abi l
i sengat i vede2,9vol t sdel abroche32duci rcui t i nt
grIC2,pourensui t el ampl i fi eravec un coef fi ci entde 1,73 l ai
de de l ampl i fi cat eur oprat i onnelIC1/ B.Aprs cette entre en
matire, nouspouvons passer la description duschma lectrique complet
de cet alti-mtre reproduit la figure 2.Les ch ma le ctriqueTous les
tudiants dun lyce techniquequinousavionsfourniuncircuitimprim, le
schma lectrique et unenotice de montage de cet altimtre pourvrifier
sils rencontraient des difficul-ts dans la ralisation, nous ont
signalque nous avions commis une erreurbanale.En fait, nous avions
prcis dans letexte que le capteur devait tre ali-ment avec une
tension de 5 volts sta-biliss, alors que nous lavons
relidirectement au positif des 9 volts dela pile.En fait, pour
stabiliser une tension, ilnest pas indispensable de relier le
cir-cuit intgr stabilisateur au positif delalimentation (voir
figure3), mais il estgalement possible de le relier au nga-tif
(voir figure
4).Danscemontage,nousutilisonscommecircuitintgrstabilisateurngatif
la moiti dun double amplifi-cateur oprationnel LM358 (IC1/
B).MESUREELECTRONIQUEmagazine - n 16 10Comme vous le noterez, la
broche 6de masse du capteur nest pas relieau ngatif de la pile de 9
volts, maisbien la broche de sortie 1 de IC1/ B.Le motif pour
lequel nous avons utiliscet amplificateur oprationnel, au lieudun
simple circuit stabilisateur nga-tif comme le A7905, est trs
simple.EMS5V78L05Fi gure 3 : Pour obt eni r une t ensi onst abi l i
sede5vol t s,vouspouvezconnect erauposi t i fd unepi l
e,uncircuitint gr 78L05. Dans ce cas,l amasseserareprsent eparl
abroche ngat i ve de l a pi l e.EMS79L055VFi gure 4 : Pour obt eni
r une t ensi onst abi l i sede5vol t s,vouspouvezconnect er au ngat
i f d une pi l e, uncircuitint gr 79L05. Dans ce cas,l
amasseserareprsent eparl abroche posi t i ve de l a pi l
e.ELECTRONIQUEmagazine - n 16 112 ,9x1 ,7 3= 5 ,0 1voltsNous
appliquons cette tension sur labroche 6 du capteur. Si nous
mesuronsavec un multimtre la tension prsenteentre les broches 4 et
6, nous lirons5,01 volts.Le problme de cette tension stabilisetant
rsolu, nous pouvons poursuivrenotre description, en disant que de
labroche 5 du capteur sort une
tensionSionutilisaituncircuitintgrA7905, celui-ci absorberait un
cou-rant lev et, de ce fait, nous nousretrouverions sans aucune
tension sta-bilise lorsque la pile commencerait se dcharger.Comme
il sort une tension stabilisengative de 2,9 volts de la broche 32du
circuit intgr IC2 qui pilote laffi-cheur LCD, mme lorsque la pile
est moiti dcharge, nous utilisonsces 2,9 volts comme tension de
rf-rence.Not e :Cette tension ngative de 2,9 volts,
estmesureenreliant lapoint engat ived unmul t i mt resurl
esbroches3 1 ,32 et 35 d IC2 et la pointe positive aux+ 9 volt s de
la pile d aliment at ion car,si nous faisions la mesure par rappor
t la masse, nous lirions 6,1 volt s.Lamplificateur oprationnel IC1/
Bestutilisdanscecircuitcommeamplificateur inverseur avec un gainde
1,73.Sachant que la formule pour calculerle gain de cet
amplificateur est la sui-vante:MESUREFi gure 5 :Voi ci comment
seprsent evot rei nst rument l orsquevousl aurezinst all dans son
bot ier. L axe qui sorten bas gauche estcelui du pot ent iomt reR5,
quiser tpour l e rgl age du zro.gain = (R1 4 : R1 5 ) + 1Ayant
utilis pour R14 une rsistance deprcision de 22000 ohms et pour la
R15une rsistance de prcision de 30100ohms, nous obtenons un gain
de:(2 2 0 0 0 : 3 0 1 0 0 ) + 1= 1 ,7 3Ainsi, de la broche de
sortie 1, nousprlevons une tension stabilise nga-tive
de:MESUREELECTRONIQUEmagazine - n 16 12de 4,083 volts au niveau de
la mer,avecunepressionatmosphriquemoyenne, tension qui descend
3,165volts 1999 mtres.Cette tension, est applique traversla
rsistance R5, sur la broche non-inver-seur 5 de lamplificateur
oprationnelrfrenc IC1/ A, que nous utilisons pourla mise zro du
millivoltmtre.En fait, pour faire apparatre le nombre000 sur
lafficheur du millivoltmtrelorsquune tension de 4,083 volts
estprsente sur la broche 5 de IC1/ A,nous devons appliquer, sur la
brocheinverseur 6, une tension positive quipermettra de porter la
broche den-tre 30 de IC2 sur la moiti de lavaleur de la tension
prsente sur labroche 32.Lorsque la tension sur la sortie du
cap-teur diminue avec laugmentation de lal-titude, le nombre qui
apparat sur laffi-cheur augmente, parce que la brochedentre 30 de
IC2 est inverseuse.Le trimmer multitours R9, implant direc-tement
sur le circuit imprim, permetde procder une mise zro sur lal-titude
de la localit dans laquelle nousFigure 6 : Phot o du circuitimprim
vu du ct de l af ficheurLCD. Not ez, en haut gauche, le capt eur de
pression djen pl ace sur l es deux connect eurs femel l es 3
broches.NOIRMARRONROUGEORANGEJ
AUNEVERTBLEUVIOLETGRISBLANC=12345678901234567890123456789MULTIPLICAT.x
1x 10x 100x 1000x 10000x 100000x 1000000OR : 10ARG. :
100DIVISEURVERTMARRONTOLRANCE0,5%1%2%3%ROUGEORANGEMULTIPLICAT.ouDIVISEURTOLRANCE1er
CHIFFRE 2e CHIFFRE 3e CHIFFRE1er CHIFFRE3e CHIFFRE2e CHIFFREFi gure
8 : Comme dans ce mont age pl usi eurs rsi st ances de prci si on
sontut i l i ses, nous vous donnons l e code des coul eurs.Ilvous
permet t ra de dchi f frer l eur val eur ohmi que exact e. Vous
pouvez l e dcouper pour l af fi cher dans vot re l aborat oi
re.CODE DES COULEURS DES RSI STANCESFi gur e 7 : Phot oduci rcui t
i mpri mvuduct descomposant s. De chaque ct du ci rcui ti nt gr
IC2, vouspouvez voi r l es deux t ri mmers mul t i t ours R9
etR21.Lis tede scompos antsdelaltim treMESUREELECTRONIQUEmagazine -
n 16La dernire couleur de droite indiquela tolrance:marron =1donc
tol rancede1 %Si vous essayez de dchiffrer la valeurde cette
rsistance en la retournant,la squence des couleurs sera:marron -
rouge- marron -noir - orangeEn convertissant les quatre
premirescouleurs, puis la couleur de tolrance,on obtiendrait:1 2 1
0ohmsave c unetol rancede3 %Commedanscemontage,aucunersistance de
1210 ohms nest utili-se, il est facile den dduire que vouslavez lue
lenvers.En cas de doute, vous pouvez toujourstablir si la rsistance
est de 30100ohms ou de 1210 ohms, en la mesu-rant laide dun
multimtre commuten ohmmtre.La r alis ation pratiqueCette petite
mise au point termine,vous pouvez prsent prendre le cir-cuit imprim
et commencer le montage,en insrant les deux supports pour
lescircuits intgrs IC1 et IC2 en respec-tant leur sens
dimplantation commeindiqu sur la figure 9.Lorsque vous souderez
leurs brochessur les pistes du circuit imprim, vi-tez de dposer un
excs dtain, car13nous trouvons. Par contre, le petit poten-tiomtre
R5, dont laxe se trouve lex-trieur du coffret, permet de
rattraperla variation des valeurs de la pressionatmosphrique, qui
peuvent aller, dunjour lautre, de 750 770 mm/ H.Le transistor TR1,
que nous trouvonsdans ce montage, ne soccupe que duneseule
fonction, celle de faire apparatresur lafficheur, linscription
LO-BATT,lorsque la pile de 9 volts est dchargeet quelle doit tre
remplace.A proposdu codede scoule ursComme nous lavons dj dit,
nousavons fait monter des prototypes
dejeunestudiantsetnousavonsconstat que nombreux taient ceuxqui
avaient des difficults dchiffrerles valeurs ohmiques des
rsistances.Comme un rappel ne fait jamais demal,danslafigure
8,nousavonsreport le code des couleurs, qui vousaidera dterminer
lexacte valeur detoutes les rsistances, y compris desrsistances de
prcision. Vous pouvezle dcouper et lafficher dans
votrelaboratoire.Une rsistance de 30100 ohms 1 %de tolrance,
prsente, si elles sontlues dans le bon ordre, les cinq cou-leurs
suivantes:orange- noir - marron -rougee t marronEn convertissant
les quatre premirescouleurs en chiffre, on obtient:301x1 0 0= 3 0 1
0 0ohmsR17IC1IC2R21R22R19C6C5 C9 C8 C7R23R20R16 R18R1
R2C1C4R3R9R13R11R12R5R7R14C2R4R6R8R15R10C10TR1PRISE PILE9VS1TP1C3Fi
gure 9 :Schmad i mpl ant at i ondel al t i mt revuduct descomposant
s.Lesdeuxpoi nt st est sTP1si t ussurl ect supri eur du ci rcui ti
mpri m, vous servi rontpour rgl er cetapparei l , l ai de d un mul
t i mt re (l i re l e paragraphe rgl agesde l al t i mt re ).R1 =
3,9 kR2 = 200000 1 %R3 = 200000 1 %R4 = 499000 1 %R5 = 100 k pot.
CermetR6 = 499000 1 %R7 = 1 M 1 %R8 = 15000 1 %R9 = 10 ktrimmer 10
multitourR10 = 6810 1 %R11 = 200000 1 %R12 = 200000 1 %R13 = 1 MR14
= 22000 1 %R15 = 30100 1 %R16 = 47 kR17 = 27 kR18 = 47 kR19 = 100
kR20 = 470 kR21 = 100 k trimmer10 multitourR22 = 200000 1 %R23 =
100 kC1 = 680 pF cramiqueC2 = 100 nF polyesterC3 = 1 nF polyesterC4
= 22 F lectrolytiqueC5 = 100 nF polyesterC6 = 100 pF cramiqueC7 =
220 nF polyesterC8 = 47 nF polyesterC9 = 1 nF polyesterC10 = 100 nF
polyesterTR1 = Transistor NPN BC547IC1 = Intgr LM358IC2 = Intgr
ICL7106LCD = Afficheur LCD S5018/ PCAPTEUR =Capteur de
pressionXFPM-115KPS1 = Inter. glissireMESUREELECTRONIQUEmagazine -
n 16 14vous courrez le risque de mettre encourt-circuit deux pistes
adjacentes.Aprs cette opration, vous pouvez pla-cer toutes les
rsistances. Afin de per-mettre un reprage immdiat des rsis-tances
de prcision, sur le schmapratique de cblage de la figure9,
nousavons repr ces dernires laide detrois traits jaunes.Evidemment,
ces traits ne permettentpas lidentification relle de la valeur
deces rsistances, que vous pouvez retrou-ver dans le tableau de la
figure 8.Avant de monter les deux trimmers mul-titours R9 et R21,
il convient dinsrer,du ct oppos du circuit imprim, lesdeux
connecteurs femelles 3 broches(barrette scable), qui font office
desupport pour le capteur de pression(voir figure 10).Aprs avoir
soud les pattes de cesconnecteurs, vous pouvez insrer lesdeux
trimmers multitours. A ce pro-pos, pour ceux qui auraient des
diffi-cults dchiffrer toutes les inscrip-tions reportes sur leur
corps, quiindiquent le modle, la date de fabri-cation, etc., ce
quil faut reprer cest,en fait, uniquement le chiffre qui per-met
dindiquer la valeur en ohms :R9= 1 0 3= 1 0 0 0 0ohmsR2 1= 1 0 4= 1
0 0 0 0 0ohmsVous pouvez revoir avec intrt la leonsur les
rsistances publie dans ELMnumro 2, page 81 et suivantes.Cette
opration termine, vous pouvezmettre en place les deux
condensa-teurs cramiques, puis tous les poly-esters et le
condensateur lectrolytiqueC4, en respectant la polarit +/ deses
deux pattes.A proximit du trimmer R9, positionnezle transistor TR1,
en orientant la par-tie plate de son botier vers la
gauche.Pourcomplterlemontage,ilfautmettre en place lafficheur LCD
sur lect oppos du circuit imprim, ainsique le potentiomtre
professionnel R5,aprs en avoir raccourci laxe (voirfigure 10).Aucun
support ntant disponible pourlafficheur, en remplacement,
nousavonsralisdeuxconnecteursfemelles de 20 broches avec de la
bar-rette scable.Au lieu de souder ces deux
connec-teursdirectementsurlecircuitimprim, nous vous conseillons de
lesinsrer directement sur lafficheur,aprs quoi, vous pouvez insrer
le blocainsi constitu sur le circuit imprim,en orientant le repre
de positionne-ment vers la gauche (voir figure 10).La soudure sen
trouvera nettementfacilite.Ce repre de positionnement, est
tou-jours constitu par une goutte en verreou par une encoche en
forme de
