Détecteur de gaz

    Détecteur de gaz

 Le capteur

Si la détection d'informations "classiques" telles que la présence d'eau ou une élévation de température fait appel à des capteurs auxquels vous êtes habitués; la mesure de concentration de gaz dans l'atmosphère semble un peu plus délicate à réaliser.

Nous reconnaissons avoir mis un certain temps à dénicher le "nez" électronique utilisé dans ce montage mais nous ne le regrettons pas. Ce composant est sensible et fiable. Il est d'ailleurs utilisé dans de nombreuses réalisations industrielles de détecteurs de gaz. Avant de voir comment l'utiliser, et parce que nous sommes certains que vous êtes curieux de savoir à quoi il ressemble et sur quel principe il repose, voici quelques informations à son sujet.

Notre "nez" électronique est un semi-conducteur particulier constitué principalement par de l'oxyde d'étain déposé en couche mince sur un tube de céramique. Deux électrodes sont placées aux extrémités de ce tube afin d'en mesurer la résistance. A l'intérieur de ce tube, un filament chauffant permet de porter la température du capteur aux environs de 135 °C.

En l'absence de gaz auquel le capteur est sensible et après quelques minutes de montée en température, la résistance du capteur se stabilise à une certaine valeur dépendant des dimensions mécaniques et du procédé de réalisation du capteur. Dès qu'un gaz adéquat est présent dans l'air arrivant en contact avec le capteur, sa résistance décroît dans des proportions dépendant directement de la concentra tion du gaz dans l'air.

Le temps de réaction du capteur est extrêmement faible et sa sensibilité, quoique difficile à vous faire apprécier car les chiffres utilisés sont difficiles à concrétiser, est très grande.

Le capteur que nous avons choisi est fabriqué par la firme Figaro qui s'est fait une spécialité de ce genre de produits et qui propose plusieurs références. Nous avons retenu le TGS 812 ou TGS 813 qui est d'approvisionnement relativement facile sur le marché Français (voir par exemple Magnetic France, place de la Nation, 7501 2 Paris) et de prix abordable. Ce capteur se présente sous la forme d'un boîtier cylindrique en plastique muni de 6 pattes de connexion comme indiqué figure 2-7.
Si l'on utilise le circuit de mesure schématisé figure 2-8, ses principales caractéristiques sont les suivantes:

 (Testé à l'air libre: R = ~ 40k se stabilise aprés quelques minutes. R passe rapidement à 2k en présence de gaz de ville (15cm des bruleurs) et passe à ~ 8k à 50cm des bruleurs dans les 30 secondes aprés l'ouverture du gaz).

(Deuxième test un autre jour: R =~ 34k, passe à < 5k en présence (distance < 5cm) de gaz de briquet).

- Tensionde chauffage du filament: 5 volts;
- Dissipation de puissance maximale: 650 mW;
- Temps de stabilisation en température: environ 2 min;
- Résistance du capteur variant de 1 à 10k en présence d'une concentration de 1000 ppm disobutane dans l'air.

Précisons pour en terminer avec cette présentation des caractéristiques essentielles que tout capteur neuf ou stocké plusieurs mois sans être alimenté doit faire l'objet d'un "conditionnement" préalable avant de voir ses paramètres internes se stabiliser. Ce conditionnement consiste tout simplement à alimenter normalement le capteur pendant 3 à 6 jours de façon continue. Le non respect de cette régle n'empêche pas le capteur de fonctionner mais complique le réglage du montage dans lequel il est utilisé car sa résistance en présence d'air pur n'a pas une valeur parfaitement définie et stable dans le temps alors qu'elle le devient après la phase de conditionnement.

Nous terminerons par une dernière remarque d'ordre pratique:

certains revendeurs ont en stock des TGS 109 de Figaro, aisément reconnaissables à leur boîtier métallique et à leurs 4 pattes de connexion seulement. Bien que fonctionnant sur le même principe que les TGS 812 et 813, ces TGS 109 ne peuvent pas être utilisés dans notre cas.

 Schéma du détecteur de gaz 

Comme nous l'avons annoncé en début de chapitre, nous allons utiliser à nouveau le même montage que celui présenté en figure 2-1 pour le détecteur de fuites d'eau mais en modifiant une nouvelle fois son étage d'entrée.

La figure 2-9 montre ce qu'il en est.
Nous avons vu ci-avant que le capteur de gaz devait être alimenté pour faire chauffer son filament. Fort heureusement cette alimentation se fait sous 5 volts. Il suffit donc de prévoir un point de connexion en Sortie du régulateur 1C2 pour ce faire.

Figure 2-1

Ensuite, nous avons vu que la résistance du capteur diminuait en présence de gaz, c'est un comportement analogue à celui du capteur d'humidité et de la CTN; la connexion de la partie "mesure" du capteur peut donc se faire entre les points C et M. Par contre, vous pouvez être en droit de vous demander quelle est la raison d'être de P1,R7, R8 et CTN connectés en combinaison série parallèle entre le point C et l'alimentation.

La raison d'être de cet ensemble tient à plusieurs phénomènes. Le premier est que la résistance du capteur, dans de l'air sans gaz, est stable pour un capteur donné bien sûr sans quoi il serait inutilisable mais est mal définie lors de la construction. Tout ce que l'on sait est qu'elle se trouve dans une fourchette allant de 1 à 10 k. Le potentiomètre P1 permet donc d'adapter l'étage d'entrée du montage à n'importe quel capteur.

Il faut savoir ensuite que cette même résistance du capteur varie assez notablement avec la température. Il importe donc, pour ne pas être victime de fausse détection ou, au contraire, d'absence de détection, de réaliser une compensation automatique. C'est le rôle de R7, R8 et CTN. Les valeurs utilisées pour ces éléments sont celles préconisées par le fabricant du capteur dans sa fiche technique et doivent donc donner toute satisfaction.

Ceci étant vu, tout ce que nous avons écrit ci-avant pour le détecteur de fuites d'eau reste valable et nous vous invitons à vous y reporter si nécessaire.

 Réalisation du détecteur de gaz



La liste des composants du détecteur d'humidité est à reprendre quasi intégralement au remplacement près de la valeur de R7. Il faut ensuite y adjoindre R8, P1,CTN1, le capteur ainsi qu'un radiateur pour IC2. En effet, la consommation du filament chauffant du capteur est assez importante ce qui impose de refroidir le régulateur. Le capteur peut être un TGS 812 ou TGS 813 de Figaro comme nous l'avons vu ci- avant au 4-1.



Le dessin du circuit imprimé reste identique à ce que nous vous avons présenté en figure 2-2; l'implantation de l'étage d'entrée est, par contre, plus complète comme vous pouvez le voir sur la figure 2-10. En fait vous remarquerez que tous les straps et trous inutilisés ont
maintenant disparu ce qui est logique puisque c'est le détecteur de gaz qui réclame le plus grand nombre de composants périphériques. Ce dernier n'est pas monté sur le circuit imprimé afin de faciliter la mise en coffret du montage. En effet, pour que la détection se fasse bien, il faut que le capteur puisse "renifler" dans de bonne conditions. Il vaut donc mieux qu'il soit hors du boîtier recevant le montage.
Essais et utilisation

Comme pour les deux réalisations précédentes, le montage peut être essayé sur table. Pour ce faire, il faut connecter provisoirement le capteur, positionner P1à mi-course et mettre sous tension. Compte tenu de la phase de conditionnement du capteur dont nous avons parlée au 4-1, il est préférable, dans un premier temps, de faire fonctionner le montage en mode sans mémoire c'est à dire avec S3 en position NL.

Laissez chauffer le capteur quelques minutes sans vous préoccuper de ce que fait le relais qui peut être collé ou décollé selon la valeur de la résistance du capteur et la position de P1. Ajustez alors P1pour obtenir le collage du relais et dépassez très légèrement cette position. Attention, ce réglage doit être fait dans un air pur donc pas de fer à souder qui fume à proximité et encore moins de cigarette ou de pipe dans les parages. Le capteur est en effet sensible au gaz mais aussi à l'oxyde de carbone dégagé en grande quantité par ces derniers.

Munissez-vous alors d'un briquet à gaz par exemple et faites renifler au capteur une petite dose de gaz en appuyant sur le bouton du briquet sans allumer la flamme. Le relais doit décoller dans la ou les secondes qui suivent puis, selon la ventilation de la pièce et la quantité de gaz que vous avez envoyée, doit à nouveau coller dans les quelques secondes à quelques dizaines de secondes qui suivent. Si tel est le cas votre montage fonctionne et il ne reste plus qu'à le régler une fois mis en situation.

Comme pour les détecteurs précédents, l'intégration peut être faite dans le boîtier de votre choix. Le capteur doit évidemment être placé sur le lieu de détection le plus probable (à côté du chauffe eau à gaz ou de la cuisinière à surveiller par exemple). Sa liaison avec le montage doit rester relativement courte pour ne pas induire une chute de tension trop importante dans les fils d'alimentation du filament chauffant. Ce dernier est alimenté par du fil souple isolé de 10/10 de mm de diamètre. Le capteur quant à lui peut être relié au montage par du fil isolé plus fin ou, si la longueur de connexion dépasse un mètre, par du fil blindé basse fréquence dont le blindage sera relié à la masse.

Avant de procéder au réglage définitif du montage par le biais du potentiomètre P1,' il faut conditionner le capteur comme nous l'avons expliqué au 4-1. Pour ce faire on déconnectera donc le buzzer et le relais (pour être tranquille) et on laissera le montage sous tension pendant six jours continus. Il sera ensuite possible de procéder au réglage de P1.Comme le capteur est sensible à d'autres gaz que le gaz de ville, le butane et le propane, on évitera de le régler sur une position trop proche du déclenchement de l'alarme particulièrement s'il est placé dans une cuisine par exemple où les fumées de cuisson pourraient provoquer de fausses alarmes. Enfin, compte tenu de sa dépendance envers la température, il faudra disposer le capteur à un endroit où il ne subit pas de variations trop importantes du fait de l'appareil surveillé. Dans le cas d'une cuisinière à gaz par exemple on ne le placera surtout pas à la verticale d'un brûleur. La chaleur très intense dégagée le ferait déclencher n'importe comment et, en outre, conduirait à sa destruction rapide. Il sera mis sur le côté, à un endroit où il recevra tout autant de gaz en cas de fuite mais pas de chaleur lors d'une cuisson.

Rappelons pour finir que le rôle des straps S1et S2a été expliqué ci-avant lors de la présentation du détecteur de fuites d'eau. Il est évidemment identique ici.
Liste complementaire des composants

R7: 4,7 k, 1 /4 de watt
R8: 470 , 1/4 de watt
P1 : Potentiomètre ajustable, modèle debout, 4,7 k
CTN: 2 k à 20 ou 25°C
Capteur: TGS 812 ou TGS 813 de Figaro


Shéma personnel de test






 source : http://vesta.homelinux.free.fr/
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