Sonde de court-circuit
La sonde décrite ici à ceci de particulier qu'elle est capable de différencier un court-circuit selon la longueur de la piste à contrôler. Je n'ai pas développé cet appareil car il appartient à Bertrand de Électro-Bidouilleur, mais ai seulement dessiné le circuit imprimé pour l'intégrer dans le boitier d'une interface pour calculatrice Texas Instruments "TI-Graph Link serial (black)" qui ne me servait plus.
Fonctionnement
INFOS PROJET | ||
Types de composants : CMS | ||
Niveau : ◆◆◆◆◇ | ||
Temps de construction : env. 2h30 hors modif. boitier... | ||
Coût : env. 35 € |
Le principe de fonctionnement est assez simple mais vraiment intelligent. En effet en y réfléchissant on peut comprendre que l'appareil fonctionne comme un milliohmmètre, à la différence près qu'ici il n'y a point d'afficheur mais un buzzer qui fournit une fréquence audible en fonction de la longueur de la piste de circuit imprimé à contrôler. Avant de commencer à l'utiliser, il convient de "normaliser" les deux sondes de connexion en les court-circuitant tout bonnement entre-elles et en pressant simultanément le bouton poussoir. La tonalité perçue est alors la plus aigüe possible. Plus la longueur de piste sera grande, plus grave sera la tonalité. L'utilisation de la sonde de court-circuit est ainsi très aisée car il n'est nul besoin de regarder un quelconque afficheur, le test se faisant "à l'oreille" ce qui permet de garder les yeux sur le circuit à analyser, avec ses deux mains très simplement.
La sonde est capable de mesurer des résistances allant de 0 à 1 Ω maximum.
Alimentation
L'alimentation est un peu particulière car l'instrument doit être totalement isolé galvaniquement du circuit à mesurer, ceci à cause de la (faible, en moyenne +2.5V) tension délivrée sur les pointes des 2 sondes. On privilégiera donc une alimentation comme par exemple un bloc chargeur de +5V (voir Figure 9) via le câble pseudo USB de l'appareil, ou encore une "Power Bank", ces batteries haute capacité qui permettent d'augmenter l'autonomie de nos machines plus ou moins énergivores. Dans le doute rien ne vous empêche d'utiliser un petit isolateur USB qu'il devient alors possible de connecter à n'importe quelle source d'alimentation 5V.
Schéma de principe
La sonde proprement dite est constituée d'un amplificateur opérationnel (un peu particulier, j'y reviendrai...) à très grand gain (Gain = 5100 défini par R6/R8). Le courant de mesure disponible aux bornes des deux sondes n'est que d'environ 1 mA compte tenu du pont diviseur réalisé par les trois résistances R1/R2/R3. Lors de la mesure d'une piste d'un circuit imprimé la DDP1 aux bornes des sondes ne sera que de quelques µV
La différence de potentiel disponible aux bornes de R2 (1 Ω) n'est ainsi que de 1 mV, potentiel qui parvient aux entrées +/- de U1 (OPA333). En sortie on retrouve un signal compris entre 0 et +5V qui est envoyé à l'entrée d'un convertisseur Analogique/Digital (ADC) contenu dans le microcontrôleur X1 (PIC12F683).
La sortie du signal audible s'effectue via la broche 6 de X1 pour attaquer un buzzer piezo. La broche 3 quant à elle dessert le transistor Q1 (BC807) qui ne sert que d'interrupteur électronique lorsque le microcontrôleur passe en veille après quelques minutes. Lors de la mise en service la broche 3 (GP4) du PIC12F683 est à l'état bas forçant ainsi la conduction du transistor Q1. Après un temps imparti le microcontrôleur passe en mode de veille et bloque le transistor Q1 qui ne conduit plus. L'ampli opérationnel U1 n'est plus alimenté ce qui implique alors une très faible consommation (17 µA selon les infos constructeur...) du microcontrôleur.
Les sondes de mesure sont respectivement les points PB1 et PB2, PB3 servant à inhiber la faible résistance que constitue la sonde PB2 jusqu'au point nodal de R1/R2.
Il n'a pas été fait de même pour PB1 car Bertrand à rencontré quelques problèmes d'instabilité de l'AOP. Nous sommes ici presque en présence d'une mesure à 4 fils, principe de mesure très utilisé avec les milliommètres.
Les deux diodes Schottky D1/D2 servent de protection de l'AOP en cas de mesure sur un circuit encore alimenté ou possédant des condensateurs encore partiellement chargés.
Enfin, j'ai apporté une petite touche personnelle (très légère...) car j'ai ajouté une double LED dont voici les fonctions :
- couleur verte fixe : signale la présence de la tension d'alimentation
- couleur rouge clignotante : signale la temporisation de pré-veille (en complément des BIP...)
- couleur jaune/orange fixe : signale le mode de veille
Choix de l'AOP
Le choix de l'amplificateur opérationnel est un peu particulier car l'OPA3332 utilise une technique d'auto-étalonnage exclusive pour fournir simultanément une très faible tension de décalage (10 µV max) avec une dévire quasi nulle dans le temps. Plus la tension de décalage sera faible, plus la variation de la tension de sortie sera faible également, et apportera ainsi une tension d'erreur minime ne gênant pas le processus de mesure. Si ce n'est déjà fait je vous invite vraiment à aller visionner les vidéos de Bertrand qui explique très bien le fonctionnement de sa sonde. Je ne vais pas ici "copier" mot pour mot ce qu'il a conçu et mis au point, je ne fais que relayer son travail exemplaire.
Logiciel
Je n'ai modifié que très peu de chose ici si ce n'est que j'ai transposé sous mikroC (v7.6.0) le code d'origine compilé sous XC8, et ajouté le pilotage de la double LED par l'intermédiaire de la broche 2 (GP5) du PIC12F683. Les résultats de compilation sont quasiment identiques, voir ci-dessous :
- version d'origine de Bertrand :
- Used ROM (program words): 538 (26.3%)
- Used RAM (bytes): 35 (27.3%)
- ma version :
- Used ROM (program words): 555 (27%)
- Used RAM (bytes): 19 (17%)
Hormis cela les deux versions (celle de Bertrand et la mienne) sont compatibles.
Circuit imprimé
Si vous êtes intéressé par ce projet, je peux aussi vous céder 1 (ou plusieurs) exemplaire(s) de ce circuit imprimé, cliquez ici |
Réalisation
Comme mentionné en tout début d'article, j'ai dessiné un circuit imprimé spécialement pour l'intégrer dans le boitier d'une interface "TI-Graph Link serial " dont je n'avais plus l'usage du fait de sa prise série RS232 (j'en possède une autre avec une prise USB...). Du coup l'idée m'est venue de réutiliser ce matériel obsolète pour construire la sonde de court-circuit. Elle est équipée d'une sonde ressort (que j'ai modifiée en lui ajoutant un point de soudure pour limiter les variations indésirables... voir Figure 2) ainsi que d'un fil de retour d'une longueur de 30 cm muni d'une pointe de touche.
Dans le cas de mon exemplaire je n'utilise pas de fil se terminant par une pointe de touche pour PB2 mais une sonde à ressort extrêmement courte (soudée directement sur la pastille PB2) modifiée grace au point de soudure que j'y ai ajouté la rendant alors totalement fixe, l'effet ressort est ainsi supprimé. La résistance de cette sonde à ressort ainsi modifiée permet d'en diminuer sa résistance propre qui est passée de 50 mΩ à 3,1 mΩ (voir Figure 10).
Du coup il devient dans cette configuration impossible de raccorder un fil (Ω SENSE) pour inhiber cette très faible résistance de sonde...
J'ai donc ici carrément court-circuité PB2 et PB3 avec un petit morceau de fil de ∅ 0.8 mm, la mesure s'effectue ainsi parfaitement bien et le résultat est totalement fiable.
Mais c'est vraiment une particularité liée à mon montage car si l'on utilisait le circuit imprimé que j'ai dessiné avec des câbles de mesure souples comme ceux de Bertrand, il faudrait alors ajouter ce 3ème fil de mesure, bien entendu.
Le bouton poussoir permettant de "normaliser les sondes", pour employer l'expression de Bertrand, est positionné de façon à pouvoir l'utiliser facilement lors des tests.
Pour réaliser ce bouton poussoir j'ai utilisé une pièce nylon de récupération qui vient presser le micro-switch SW1 au travers du boitier.
Si vous n'avez pas vu les vidéos de démonstration et d'explications de Bertrand au sujet de sa sonde, voyez les liens ci-dessous :
- EB_#443 Projet - Sonde de Court-Circuit "Délicate", partie 1: Schéma et Fonctionnalité
- EB_#446 Projet - Sonde de Court-Circuit "Délicate", partie 2: Assemblage et Essais
- EB_#448 Projet - Sonde de Court-Circuit "Délicate", partie 3: Firmware et Commentaires
Quelques photos
Packages comprenant :
◊ Schéma de principe avec PCB sous Eagle v7.7.0
◊ BOM liste des composants
◊ Photos de ma réalisation
◊ Logiciel de Bertrand (Électro-Bidouilleur) transposé sous mikroC
2DDP : Différence De Potentiel
Source : 2Texas Instruments, OPA333 Datasheet