Débitmètre et Entraînement magnétique des compteurs d'eau
1 La mesure des volumes
2 La mesure des débits
3 L'entraînement magnétique
3.1 Quels aimants
3.2 Conséquences des aimants
3.3 Le revers de la médaille
4 Quelles solutions
4.1 Essai magnétique
4.2 Disque codeur optique
4.3 Détection en quadrature
4.4 Oscillations
5 Conclusions
5.1 Solution ACTARIS/ACTARIS
5.2 Essais réels en eau
5.2 Derniers essais en eau
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Avant propos
Cet article est surtout un descriptif d'essais divers, dont l'intérêt est pourtant important pour ceux qui souhaitent faire de la régulation et mesurer des faibles débits.
Faire un détournement technique d'utilisation est toujours pour moi d'un grand intérêt. Beaucoup de chose crées peuvent avoir une autre utilisation est c'est très intéressant d'extrapoler....
Presque TOUS les compteurs d'eau des concessionnaires AEP sont basés sur le principe de l'entraînement magnétique, entre le dispositif de mesure des vitesses ou des volumes suivant les types de compteurs (Compteur de type vitesse ou volumétrique) et le totalisateur, chargé d'indiquer visuellement les volumes passés sous la forme de galettes de chiffres pour M3 et Litres.
Je découvre un peu plus finement cet entraînement magnétique, et tout ce qui tourne autour, les conséquences ainsi que les difficultés.
Je dois dire que je ne pensais pas descendre aussi bas dans les détails, mais je me suis laissé emporter dans le but bien précis de développer un DÉBITMÈTRE, à partir d'un compteur d'eau, qui donne de base une précision de 1 litre par top Index ou 1 tour pour 1 litre.
Utiliser un appareil existant était tentant, car cela résout le point important des fuites accidentelles.
Mon but était d'apprécier un débit de quelques centièmes de litres en un temps court pour pouvoir en une seconde environ prendre des décisions de régulation… Vous n'avez pas oublié que ma régulation solaire avait été simplifiée par mon impossibilité à l'époque, de pouvoir mesurer les débits, et de préférence de très faibles débits jusqu'à quelques litres par heure.
L'article précédent décrivant un capteur 3 fils me permet d'afficher un débit faible, mais seulement en plusieurs minutes et sur la base d'un volume minimum de 1 litre, ce qui interdit toute régulation car ce temps entre mesures est beaucoup trop long.
Mais comment faire quand on est un petit oiseau et que l'on aime d'amour tendre un petit poisson ?
Pour rester sérieux, il faut pouvoir en un temps assez court avoir la notion d'un faible débit pour pouvoir intervenir en amont si les circonstances l'exigent. (Régulation PID)
Cela m'a conduit à décortiquer quelques compteurs d'eau de 2 marques différentes et à en tirer quelques conclusions qui me semblent intéressantes pour le milieu de l'eau potable, mais aussi pour tout un chacun désirant faire un débitmètre avec un vieux compteur.
Il existe aussi de vieux compteurs dits "compteurs noyés", dont le principe est différent puisque le totalisateur (À aiguilles le plus souvent) baigne dans l'eau de passage et ces compteurs n'utilisent donc pas ce principe d'une liaison magnétique pour transmettre le mouvement au totalisateur, puisque la transmission est alors directe (Par l'axe de la turbine, photo ci-contre).
Le but en régulation est d'avoir un nombre important d'impulsions en un temps très court pour un volume donné, et c'est tout à fait possible, en réalisant un comptage de tops par un principe magnétique ou autre. C'est à voir et c'est le but de cet article d'exposer ce qui est possible, ce qui pose des problèmes, et ce qui peut fonctionner.
Note 1 :
ITRON, ACTARIS et SCHLUMBERGER sont des marques déposées et représentent la même ligne de produits de comptage de l'eau (Pour ce qui nous intéresse). "Cyble" est également un nom déposé de ces marques.
SAPPEL est également une marque déposée ayant aussi une offre complète de produits de comptage.
Note 2 :
Tore, couronne ou anneau représentent dans cet exposé des aimants multipolaires de transmission de l'entraînement vers le totalisateur.
1 La mesure des volumes
Les compteurs d'eau des concessionnaires font partie des instruments de mesures homologués et sont donc soumis à des agréments pour certifier qu'ils entrent dans le cadre légal du bureau international des poids et mesures.
Décret n°2001-387 du 3 mai 2001 relatif au contrôle des instruments de mesure
A ce jour, ces compteurs d'abonnés sont presque tous basés sur le principe 
suivant :
Ils ont tous une "chambre de mesure", (Appelée aussi boîte de mesure) qui est la partie en eau comprenant un piston alternatif (compteurs volumétriques), ou basée sur une hélice (turbine) pour des compteurs de type vitesse, associée à un totalisateur à la pression atmosphérique et hors d'eau.
Je me baserai essentiellement sur ces compteurs de type volumétriques qui sont aujourd'hui majoritairement utilisés pour leur précision et leur sensibilité.
Le mouvement d'un piston alternatif est transformé en mouvement de rotation, alors que les compteurs de vitesse transmettent directement le mouvement de rotation (déjà existant) au totalisateur.
Les compteurs mesurent ainsi des volumes, mais si on associe le temps pour un volume donné on obtient un débit CQFD !
Mesurer des débits assez faibles est difficile, voire impossible si l'on prend comme temps de référence la seconde, car un débit de 1 litre par seconde représente déjà un débit très élevé.
Ramené à l'heure cela fait tout de même 3.6 M3/h, et bien supérieur à la capacité de comptage d'un compteur d'abonné de DN15, ce qui confirme qu'un tel débit est "important" et que cette référence de volume est trop élevée (et que le temps alloué est trop long !)
Il faut donc en principe diminuer le volume et augmenter les tops, car pour le temps on restera aux alentours de la seconde pour obtenir une mesure, valeur qui représente une bonne adéquation pour ce type d'activité de régulation de débit solaire, et même de façon générale.
Augmenter le nombre de tops pour un même volume de l'ordre du litre est donc le but à atteindre !
2 La mesure des débits
Ainsi qu'il vient d'être indiqué, les compteurs d'eau "tels quels" sont mal adaptés pour mesurer de faibles débits, car la plus petite unité mesurable extérieurement à l'appareil par les moyens mis à disposition est donc le litre, ce qui entraîne un manque évident de précision si l'on utilise l'unité de volume fournie par les fabricants, et même une impossibilité de mesurer des faibles débits en un temps court, comme sur la régulation solaire par exemple… (Mesure par un procédé automatique, car visuellement, la plus petite valeur est souvent le 1/10 de Litre)
(Comprendre "mesurer des débits INSTANTANÉS" car on peut toujours mesurer parfaitement de faibles débits MAIS sur de longues périodes)
Il manque de fait des tops pour des volumes plus faibles que le litre.
Une majorité de compteurs ont cependant cette possibilité non exprimée par le biais de l'entraînement magnétique, et c'est l'objet de cet article que vous ne pourrez pas et ne DEVREZ PAS appliquer sur votre compteur d'abonné, car cela nécessite de le modifier et votre concessionnaire ne vous le pardonnerait pas !!!
Mais pour cela il faut démonter le compteur, et en casser une partie, aussi vous avez seulement le droit de le faire sur un compteur QUI VOUS APPARTIENT (et jamais sur votre compteur d'eau AEP en service bien entendu !!!)
(Je préfère dire cela dès maintenant car...il en est certains qui sont plus que rapides !!!)
3 
L'entraînement magnétique
Dans le principe, l'entraînement magnétique permet de communiquer de la partie en eau et étanche, à la partie totalisateur "à l'air libre".
Ce principe est nécessité par le fait que les compteurs sont sous pression et que le moindre passage d'un axe entre les deux parties serait, outre une source potentielle de fuite, un frein à la sensibilité et à la véracité du comptage de ces appareils.
Il n'y avait pas 50 solutions !
La première solution était de mettre le totalisateur "dans le bain", mais cela d'un point de vue sanitaire n'est pas très bon, car il y a de l'eau qui peut stagner dans les pièces du totalisateur et c'est donc déconseillé par les instances sanitaires. (De plus ce principe nécessitait des vitres très épaisses pour ne pas casser au premier coup de bélier ou par une pression trop élevée).
Enfin de fines particules toujours possibles, ou des dépôts, peuvent bloquer les engrenages et fausser le comptage. (Compteurs dits "noyés")
La deuxième solution était de transmettre les informations de volume entre la chambre de mesure et le totalisateur par un système sans contact et dans ce cas c'est le magnétisme qui a été retenu pour de multiples raisons, dont la principale est l'absence d'énergie nécessaire.
Dans la chambre de mesure qui est étanche, un petit aimant circulaire en anneau (tore) est solidaire de l'axe du dispositif qui mesure (piston ou hélice). Cet aimant baigne dans l'eau qui passe et transmet au travers d'une paroi de séparation (non magnétique) le champ magnétique vers un deuxième aimant qui entraîne le totalisateur situé cette fois en dehors du fluide et enfermé dans un boîtier plastique souvent étanche ou partiellement étanche que l'on appelle le totalisateur.
La démultiplication est un compromis entre les frottements dans le totalisateur, le volume unitaire de la chambre, mais aussi sur les volumes réels à facturer ainsi que sur la possibilité de surveiller les fuites pour l'abonné (témoin de fuite).
Bref, la mesure initiale est beaucoup plus fine que le litre et sur le modèle ACTARIS j'ai mesuré au niveau des aimants 30 tours pour un litre. (Sur un modèle SAPPEL, j'ai mesuré 18 tours pour un litre).
Ces mesures initiales sont-elles fiables pour des intervalles très courts ? C'est à vérifier, et on verra pourquoi à cause des oscillations !
On peut deviner que ces éléments de nombre de tours correspondent au volume de la chambre de mesures qui est plus petite sur ACTARIS et à peine plus grosse sur SAPPEL.
(Il est possible d'en déduire le volume de base de la chambre de mesure, soit 3.33cl pour ACTARIS et 5.55cl pour SAPPEL)
Pour indication non exhaustive, les hauteurs, le poids et les diamètres extérieurs des compteurs (de 73 mm pour ACTARIS et 79 mm pour SAPPEL), confirment cette constatation des différences de volume de chambre de mesure.
Ces compteurs à entraînement magnétique sont parfois appelés aussi compteurs "secs" car le totalisateur n'est pas dans l'eau. (Par opposition à "noyé")
3.1 Quels aimants
Il m'a fallut démonter et détruire partiellement deux totalisateurs pour les 2 marques (SAPPEL et ACTARIS) pour vérifier à la fois les tours, mais surtout les caractéristiques polaires de ces aimants très spéciaux.
J'avais quelques doutes sur les polarités des aimants, et avant d'écrire une bêtise, j'ai préféré faire des essais, ce qui ne m'empêche pas d'ignorer pratiquement comment on peut réaliser de telles bizarreries magnétiques sur un même anneau.
On ne sait jamais où sont les pôles (ça serait bien de mettre comme sur la boussole une couleur pour différentier les pôles !) ça m'éviterait de chercher !!!!
En effet les aimants, et principalement ceux qui sont dans les totalisateurs (les plus faciles d'accès de visu) sont très particuliers. Ce sont des tores (anneaux) d'une seule pièce à priori, mais ayant 4 pôles répartis sur la circonférence. 2 pôles NORD et 2 pôles SUD. Étrange n'est-ce pas ?
Je ne pense pas me tromper car j'ai 
vérifié au scope avec un UGN3503 qui me donne effectivement les polarités NORD / SUD. De plus la boussole confirme ce que j'avance ! Alors je reste très très surpris !!!
Je suis encore plus surpris par ce qui suit :
J'ai tout de même sorti un aimant de son totalisateur pour voir l'induction sur le dessous du tore… Et là, surprise ! Car du côté opposé à la face active, l'aimantation est quasiment nulle. Tout se passe comme si c'était une aimantation de surface du côté utile bien entendu. (Ce type d'aimantation me rappelle celui des joints souples de frigo).
J'ai découvert cela après avoir réalisé un premier circuit imprimé avec un circuit à effet Hall AH1892 (photos ci-contre et ci-dessous) destiné à mesurer le champ dans l'épaisseur du tore sur un totalisateur ACTARIS, le résultat était décevant et c'était une erreur puisqu'il n'y a pas de pôles "sérieux" ni sur le dessous ni en périphérie dans l'épaisseur du tore (voir photo ci contre et § 4.1)
Je n'ai pas pu vraiment vérifier l'aimant complémentaire situé dans la partie étanche correspondante (Je dois la garder sans démontage pour éviter les fuites), mais sur SAPPEL j'ai pu le faire, et il y a (et il ne peut y avoir que la même structure d'aimants), faute de quoi cela pourrait poser des problèmes de sauts polaires.
J'ai retrouvé ces structures sur les deux marques pour des modèles de compteurs volumétriques de dernière génération. Pour être précis j'ai vérifié les pôles de la seule partie totalisateur sur ACTARIS AQUADIS mais sur les deux aimants pour 
SAPPEL ALTAÏR.
Je vais émettre une raison à cette complication des aimants à double polarité qui doivent peut-être agir comme les dents d'un engrenage et donc empêcher tout glissement, car le saut d'un pôle au suivant (de même nature) serait une catastrophe au niveau fiabilité du comptage. Est-ce cela ? J'en suis persuadé d'autant que les compteurs plus anciens avaient seulement un seul aimant Nord/Sud !
Pour descendre plus finement, il est admis que limiter la vitesse par une course angulaire trop importante réduit de fait l'énergie acquise et donc évite un saut polaire. Cela se produit lors des modifications brutales de débit.
(Durant la rédaction de cet article, et précisément sur ce point, j'ai tout de même démonté un autre compteur de marque SAPPEL mais de modèle "VEGA", compteur volumétrique également et je pense d'ancienne génération, et là aussi, j'ai eu encore une surprise. Le totalisateur n'est pas tout à fait identique de forme, mais surtout l'aimant est beaucoup plus gros. Le doute m'a encore aiguillonné et j'ai vérifié la structure polaire de cet aimant qui n'a cette fois plus que les traditionnels 2 pôles d'un aimant, mais un peu plus diffusé dans la masse car la tranche du tore reste tout de même magnétiquement assez active. J'ai pu vérifier aussi qu'en faisant des débits d'air assez "dynamiques", on arrive à sauter un tour complet soit 1/18 de litre, puisque le rapport de démultiplication est le même : 18).
Après recherches sur internet, j'en arrive à la conclusion que les tores à 4 pôles sont des aimants multipolaires anisotropes qui ont la particularité d'être puissants et cela confirme mes suppositions de sécurité absolue de l'entraînement, pour éviter tout "loupé" d'une "pseudo dent" (saut polaire).
(Au pire un saut pour les aimants multipolaires à 4 pôles se traduirait seulement par ½ tour en plus ou en moins au lieu d'un tour complet comme sur le modèle VEGA)
Ce n'est pas tout ! Pourquoi SAPPEL et ACTARIS ont des aimants de taille différente ?
Je vais pour commencer et avant de répondre à cette question, indiquer que l'axe complet porteur de l'aimant totalisateur a un certain poids !…
Oh, certes ce n'est pas la mer à boire avec quelques dizaines de grammes, mais tout de même ! Cette masse va s'opposer à tout mouvement brusque et donc à toute accélération ou décélération.
Les débits d'eau peuvent être sujets à des variations d'intensité très rapides, notamment lorsqu'il y a de l'air et donc des coups de béliers qui ne sont que des variations brutales de débit/pression. Dans ce cas, les variations dynamiques de débit sont ultra rapides et pourraient, si l'attraction est insuffisante autoriser un saut polaire, ce qui est absolument prohibé pour de tels appareils de mesures.
Parallèlement à cette dynamique, il y a aussi une "mécanique" à entraîner au niveau du totalisateur et les incontournables frottements. Ceux-ci restent faibles, surtout par le biais de la démultiplication, mais ils ont tout de même une petite importance et varient légèrement suivant les "galettes" en report.
Les frottements les plus intenses sont surtout situés en début de chaîne cinématique et principalement sur le premier axe.
On remarquera également qu'il est possible de faire une corrélation (à vérifier) entre le nombre de tours par litre et la taille de l'aimant... (Plus il y a de tours, plus les efforts seront faibles et réciproquement) Coïncidence ou réalité ?
Que peut-on dire des solutions adoptées ?
Sur SAPPEL ALTAÏR, les aimants sont de taille "normale", ce qui donne une bonne résistance aux sauts polaires et autorisent une bonne dynamique de variations de débits, mais parallèlement, la masse (principalement de l'aimant) favorise le saut de pôles. On peut aussi remarquer que l'axe primaire (Celui de l'aimant) traverse la totalité du totalisateur et est une petite source complémentaire de masse y compris avec le témoin de fuite (Équivalent à une masse dynamique).
J'ajouterai que sur le modèle "VEGA", les aimants ont une masse encore plus importante (et n'ont cette fois que 2 pôles), ce qui réduit de fait la dynamique possible.
Sur beaucoup de modèles SAPPEL, le témoin de fuite est situé sur l'axe primaire et cela réduit un peu la dynamique.
Sur ACTARIS, les aimants sont plus petits, et donc la dynamique sera à priori meilleure. À l'opposé cette minoration de masse, autoriserait plus facilement les sauts polaires et présenterait donc un petit risque complémentaire ?
À cette situation s'ajoute le fait que l'axe primaire est incomplet et que le témoin de fuite (petit papillon blanc) est décalé d'un engrenage ce qui diminue sa pertinence, mais améliore surtout la masse à mouvoir et favorise ainsi une meilleure dynamique mais la petite taille de l'aimant induit un risque de saut polaire plus important.
Mais sur une marque comme sur l'autre, y a-t-il des différences dans la PUISSANCE des aimants, en termes d'induction, car cela peut confirmer ou au contraire inverser les affirmations précédentes ?
Alors cette fois j'ai scié un totalisateur ACTARIS pour aller au plus près de l'aimant, et sans que je puisse quantifier les mesures, l'aimant ACTARIS, plus petit, est plus puissant que le plus gros sur SAPPEL (Mesures avec UGN3503).
Alors une préférence pour ACTARIS ? ou SAPPEL ? Rien n'est quantifié, alors tout est possible !
On le voit ici, il n'y a pas de bonnes ni de mauvaises solutions, mais des solutions proches et répondant bien au sujet avec des arguments comparables.
3.2 Conséquences des aimants
Que cela peut-il entraîner pour nous "utilisateurs potentiels en débitmétrie" ? Le problème d'une définition plus fine que le litre est en train de s'éclaircir…
Non seulement les tops par litre sont augmentés par la suppression des engrenages démultiplicateurs du totalisateur mais en plus par l'aimant d'entraînement qui est à 4 pôles.
Attention cependant, car si l'on va gagner un peu en frottements, il ne faudra pas en introduire de nouveaux !
Ainsi si l'on utilise un switch à effet hall omnipolaire comme le AH1892 (voir l'article), il serait donc en théorie possible d'obtenir 4 impulsions (Tops) par tour de l'aimant de la chambre de mesure (partie étanche)
Sur un compteur ACTARIS, il faut 30 tours de l'aimant pour 1 litre et il y aurait 4 tops par tours d'aimant. Pour 1 litre on disposerait en théorie de 4x30=120 impulsions ou tops.
Pour un compteur SAPPEL ce serait 18x4=72 impulsions toujours pour 1 litre.
Ces aimants multiples disposés en couronne ou anneau (tore) sont donc un atout qui arrangerait bien pour obtenir des nombres d'impulsions élevés.
La détection d'origine sur ACTARIS par courants de Foucault deviendrait dans le cadre de mesure de débit une détection magnétique qui pourrait être faite par un capteur à effet hall omnipolaire (qui détecte aussi bien un pôle NORD qu'un pôle SUD) placé contre la surface de la chambre de mesures.
Mais les essais révèlent une instabilité du rapport cyclique ainsi que des formes anormales du signal. Jeu au niveau des pivots de l'axe porteur de l'aimant de la glissière ou manque de sensibilité magnétique du capteur…? Tout est possible !
3.3 Le revers de la médaille
C'était effectivement "trop beau", car en réalité sur ACTARIS, l'aimant est petit, et de ce fait la détection avec le AH1892 en direct est beaucoup plus précise et difficile à réaliser.
Il s'avère que le champ magnétique des aimants est juste limite pour une détection directe avec le AH1892, à cause des distances dues aux totalisateurs et à l'épaisseur des parois à traverser. Le niveau d'induction reste insuffisant ce qui a le désavantage de diviser par 2 le nombre d'impulsions. En effet il faut ajouter un petit aimant permanent qui va remonter artificiellement le niveau "d'un côté" et le diminuer de l'autre.
C'est-à-dire qu'avec un aimant multipolaire à 4 pôles, on ne récupèrera que 2 impulsions au lieu des 4 prévues.
De plus l'induction de chacun des 2 aimants disposés sur le tore, peut être légèrement différente, ce qui peut introduire aussi des variations, manques et instabilités.
Rappelez vous l'article concernant le AH1892, j'ai dû placer un petit aimant de correction pour se positionner dans le milieu de la zone de détection Nord ou Sud.
Cela est expliqué par le fait que l'on force l'une des polarités magnétiques à un niveau plus élevé qui permet sa détection, alors que pour la présence du pôle opposé, on renforce la non détection par l'opposition des champs.
Sur ACTARIS, on aurait donc seulement 30x2=60 impulsions par tour de Cyble dans ce cas.
De plus le tore aimanté étant très petit, il faut placer un aimant correcteur très petit relativement aux dimensions polaires de l'anneau. Cela n'est pas très simple et les réglages sont plus que délicats.
Comment résoudre ces problèmes qui immanquablement donneront une instabilité et en conséquence des erreurs de mesures ? La solution de traiter par des mesures multiples et de moyenner les valeurs, n'est pas satisfaisante car les mesures peuvent être réelles ou au contraire bloquées. C'est donc peu satisfaisant, d'autant que 60 reste une valeur encore trop faible pour une interprétation à la seconde.
Au sujet de la distance, il est nécessaire de comprendre le problème de ces petits axes qui ont une grande liberté axiale, et surtout l'un, celui de l'aimant de la chambre de mesure attiré normalement vers le haut par celui du totalisateur. Ce fait complique les choses car pour retrouver une distance minimum, il est nécessaire que les 2 aimants soient en regard. Or ce n'est plus possible si l'on abandonne l'aimant du totalisateur.
Ceci est vrai pour les 2 marques concernées…
A ce sujet il me vient une question : Les compteurs volumétriques ont-ils vraiment les mêmes performance suivant les positions d'installations ?
4 Quelles solutions
Solution de détection magnétique avec AH1892 ? A cet instant je reste extrêmement prudent car j'ai très peur de la stabilité des réglages dans le temps, surtout aussi par les jeux importants de ces chaînes cinématiques.
A ces inquiétudes, vient se greffer le problème de la suppression de l'aimant du totalisateur qui pourrait modifier la sensibilité du compteur, par la non attraction de l'aimant du totalisateur vers le haut, alors absent et ayant pour conséquence la modification des frottements dans la chambre de mesures.
On ajoutera à tous ces problèmes un nombre d'impulsions qui a été divisé par 2 et cela reste problématique pour notre utilisation future, car il serait tout de même nécessaire d'avoir plus d'impulsions pour obtenir une valeur de débit dans un temps très court.
Alors pour faire évoluer un compteur d'eau vers un débitmètre, je ne vois plus maintenant qu'une SOLUTION OPTIQUE avec un disque codeur incrémental solidaire de l'aimant du totalisateur et ayant un nombre de secteurs important.
Certes ce n'est pas très facile de "bidouiller" et de "s'installer" dans un totalisateur à moitié "charogné", mais si l'on veut garder ce principe du compteur comme débitmètre, je ne vois pas vraiment d'autres solutions qui soient viables.
La solution optique ne fait pas partie de mes préférées à cause de la consommation d'énergie, mais dans ce cas, je suis bien obligé d'en convenir à cause de tous les points énumérés. Il est vrai que c'est un peu dommage d'en arriver à une solution optique alors qu'il y a des aimants !
Voici ci-après le seul essai magnétique réalisé sur un compteur ACTARIS qui confirme la difficulté d'une solution magnétique. (Ce serait aussi le même problème avec SAPPEL)
4.1 Essai magnétique
ACTARIS par son facteur multiplicateur de 30 était censé être le plus intéressant en débitmétrie. J'ai donc fait ces essais avec ce modèle.
Cet essai avorté a été mon deuxième essai et il n'a pas donné satisfaction car extrêmement difficile à régler et on ne sait pas très bien à quoi sont dues les instabilités constatées tant il y a de possibilités.
Il a été nécessaire de placer un petit aimant correcteur pour ne détecter qu'un seul pôle (N ou S) de l'aimant multipolaire, car le champ est trop faible pour agir directement sur le circuit AH1892.
Cet aimant devrait être plus petit pour ne pas interagir avec les pôles voisins, et c'est certainement ce qui a perturbé le plus.
Aussi, sur cette surface bombée, on ne peut pas se positionner facilement, et à quelques dixièmes ou centièmes de mm, le fonctionnement part dans les "choux"…
Alors pour l'historique je joins les photos du dispositif prévu. On y voit le réglage pour le circuit porteur du AH1892, mais en réalité, il est beaucoup trop imprécis car ce sont seulement des 1/10 ou même des 1/100 de mm qui sont nécessaires, mais même avec beaucoup de finesse, le signal dévie pour n'importe quoi.
Bref c'est le constat d'un échec, qui serait de toutes façons le même sur SAPPEL de part le principe identique, aussi je n'ai même pas fait ce deuxième essai voué lui aussi à l'échec.
Échec également car même ce nombre d'impulsions de 60 (ou 120 au mieux) reste trop réduit pour un débitmètre sensé mesurer de faibles débits.
Je pense qu'une solution magnétique serait possible mais il ne faut pas oublier que ces appareils sont avant tout des compteurs d'eau et qu'ils ne sont pas conçus pour cet usage particulier de débitmètre.
4.2 Disque codeur optique
C'est donc avec cette solution optique que je vais continuer mes
travaux.
Les disques codeurs font partie des éléments qui sont relativement chers, mais il est possible de les réaliser soi-même à peu de frais dans la mesure où l'on a des outils logiciels qui permettent de dessiner avec précision ces disques (Autocad ou Turbocad par exemple) sur des supports de transparents semi-rigide (transparents pour rétroprojecteurs).
Pour protéger et diffuser la lumière j'avais utilisé 2 dessins identiques collés l'un sur l'autre (émulsion contre brillant) et pour protéger la face émulsion restante, j'ai collé cette fois une troisième épaisseur de transparent. (Cette façon de faire permettrait d'avoir des fronts un peu plus raides en créant ainsi des "couloirs" lors de l'insolation)
Erreur et modification !
Ces 3 épaisseurs pincées entre l'engrenage et le plastique de l'aimant modifient le dépassement de l'axe relativement à l'aimant (En partie basse sur un totalisateur SAPPEL), et il faut en réalité ne pas mettre plus d'une seule épaisseur sous peine de frottement de l'aimant sur le fond du totalisateur. Les autres feuilles ne seront pas solidaires de l'axe et seront percées plus larges pour ne pas être serrées avec l'axe. Il faudrait alors coller !
Au final et après essais, un seul disque suffit à condition d'avoir une bonne noirceur !
Mais réaliser combien de secteurs ? 4, 8, 10, 20… etc ?
Le totalisateur ACTARIS ayant un axe court avec support intermédiaire de positionnement semble plus délicat pour placer un disque codeur de bonnes dimensions. Je l'abandonne donc dans l'immédiat pour cette raison, mais à bien regarder c'est loin d'être certain, et j'aurai l'occasion d'y revenir...
Je pars tout de même sur un totalisateur SAPPEL qui poserait (à priori) moins de contraintes lors de la modification. Ce totalisateur fait donc 18 tours pour un litre. Je pense qu'il faut plusieurs centaines d'impulsions par litre, et tant qu'à faire, ce chiffre de 18 au lieu de 30 me paraissant assez faible, j'ai opté pour un disque de 20 secteurs, ce qui donnera à la fois assez de liberté de positionnement tout en ayant alors 360 impulsions par litre. (Coïncidence ? Non, 360° c'était tentant, car cela peut amener quelques simplifications…!)
Viser plus haut en nombre de secteurs optiques, ne me parait pas souhaitable, si l'on veut garder une détection simple et compte tenu des jeux et mode d'entraînement magnétique qui reste une liaison souple ayant naturellement une tendance à l'oscillation (Exactement comme le balancier d'une horloge).
Pour avoir une idée, et pour un faible débit de 10L/h, soit 1 L en 360 secondes (6 minutes). Ce volume donnerait donc UNE impulsion par seconde. (6 minutes pour obtenir une mesure !!!!)
Pour une valeur de 200L/h, ce serait donc 20 fois plus et une impulsion toutes les 50ms.
On notera que ces valeurs de nombre d'impulsions ne permettent pas en une seconde de connaître un débit avec précision (100% d'incertitude!).
Comme cela reste trop faible et qu'il est difficile techniquement de détecter sur un disque codeur plus fin, il faut donc changer de principe de mesure et considérer cette fois le TEMPS entre 2 impulsions pour avoir une mesure rapide et précise.
Ce principe de mesure du temps est assez facile à réaliser notamment en utilisant simplement la validation d'un timer comptant à haute vitesse (1µS de résolution par exemple TIMER1 sur PIC), ou en utilisant un mode capture (CCPR1 ou 2 sur PIC).
Dernière 
minute... J'avais quelques capteurs fourche en IR et j'en ai essayé plusieurs avec un résultat rigoureusement nul.
J'avais été épargné par ce problème sans le savoir, en utilisant un capteur de ma fabrication en éléments discrets et en lumière visible et j'avais été bien inspiré, car aucune fourche IR ne fonctionne avec le transparent réalisé à l'imprimante jet d'encre. L'encre noire laisse allègrement passer le rayonnement IR. C'est bon à savoir !
(Voir également un futur article sur les circuits imprimés souples)
Je viens de regarder d'un peu plus près ce sujet des capteurs "fourche IR" pour m'apercevoir que c'est avant tout la nature du support qui détermine si les IR passent ou non. Ainsi le papier blanc fait obstacle à 95%, alors que le même papier noirci avec un marker recto/verso fait obstacle à 100%.
L'époxy de circuit imprimé en épaisseur 0.85 fait obstacle à 50%.
Le mylar photographique (Typons) fait obstacle à 100% et je pense que ce sont les particules d'argent qui font obstacle. Comme on pouvait le supposer, les négatifs N&B photographiques fonctionnent également à 100% même avec un noir "assez gris".
Certains emballages de circuits intégrés bleutés font également obstacle à 50%.
Ces éléments confirment que vous pourrez utiliser des fourches IR si vous faites un tirage photo N&B des disques issus de l'imprimante jet d'encre. Le seul obstacle sera d'avoir une excellente transparence, car il subsistera toujours du bruit de fond. Ce bruit de fond pourra être réduit en modifiant la résistance de détection et/ou le courant LED IR.
Bien entendu les métaux, cuivre, aluminium et acier font obstacle à 100%. Certaines encres carbonées sont également opaques aux IR comme en témoigne un essai avec du toner d'imprimante laser.
(Après vérifications, cette dernière solution d'impression laser sur transparent paraîtrait la plus simple)
4.3 Détection en quadrature
C'est une question que je lance en l'air, car je ne sais absolument pas où je m'engage…
J'ai remarqué à plusieurs reprises et même avec des clapets anti-retour, de légers retours d'eau sur des compteurs opérationnels, qui pourraient perturber les mesures.
(Retours d'eau réels ou simple réaction mécanique de démultiplication ?)
Cela m'inquiète au plus haut point car il ne faut pas oublier que ces microscopiques retours d'eau seraient multipliés par 360, et qu'ils ne seraient peut-être plus négligeables ???
Alors je pense qu'il faudra (peut-être) penser à un deuxième capteur pour faire la détection en quadrature et corriger les valeurs pour un sens donné ou même quantifier complètement les retours.
Dans le cadre de la régulation solaire, cela a peu d'importance, mais ça ne serait peut-être pas le cas pour d'autres applications, et si je pouvais traiter ce cas, ce serait tout de même mieux !
De toutes façons la mise en place d'un clapet anti-retour immédiatement associé au compteur est impérative.
4.4 Oscillations
J'ai donc réalisé un premier et "joli" disque codeur sur Turbocad avec 20 secteurs et je viens de monter l'ensemble dans le totalisateur SAPPEL "décortiqué".
Et là ce fut la surprise, car jusqu'à présent mes essais étaient purement statiques, mais je viens de faire tourner le totalisateur avec un aimant droit tenu à la main, et je vois, je vois, ….
Des oscillations pas possibles !!!
Elles ne sont pas le fait des jeux avec le mécanisme du piston puisque c'est le totalisateur seul qui est en cause !
Vérification faite c'est dû à un mouvement rapide puis un arrêt brutal de l'entraînement par l'aimant droit !
Je me suis également rendu compte que plus l'aimant droit des essais est proche, plus rapidement sont éteintes les oscillations, et cela jouerait aussi sur la fréquence.
La distance entre les aimants aura donc également une incidence sur ce phénomène, et je commence à mieux comprendre pourquoi ces aimants sont multipolaires.
Pourquoi ne voit-on pas ce phénomène avec le totalisateur "normal" ?
Simplement parce qu'il y a tout le train d'engrenages qui verrouille les oscillations par un amortissement drastique du fait de l'importante démultiplication et de l'effort de réversibilité des engrenages, trop élevé.
L'amplitude des oscillations peut être importante et sans pour autant sauter de pôles, on peut naviguer parfois jusqu'à 30 à 40° angulaires de part et d'autre de la position de repos. Avec le disque codeur à 20 secteurs, on aurait donc des impulsions correspondant à ces oscillations (Une à deux potentiellement).
Alors finalement cela remet tout en question, mais comment traiter ce nouveau problème ?
La première remarque est de considérer les secteurs du disque codeur comme trop nombreux dans la version d'origine à 20. Une solution à ce problème serait d'aller vers quelque chose de plus faible et donc d'essayer 10 ce qui donnerait tout de même 180 impulsions par litre, ce qui resterait tout juste acceptable et limite utile pour réguler.
Mais cela suffirait-il pour éviter des oscillations ? Absolument pas ! Les oscillations resteront, mais leurs actions seront moindres au niveau comptage et on risquera moins d'erreurs de ce type.
Que faut-il donc de plus ? Simplement amortir ces oscillations, et le mieux aurait été de garder l'intégralité du totalisateur qui assurait de lui-même l'amortissement, mais cela est impossible avec l'utilisation du disque codeur qui doit trouver sa place pour réaliser facilement la lecture avec LED et photo transistor. (Cela nécessite de retirer tous les engrenages et les galettes du boîtier totalisateur)
Comme c'est physiquement impossible de garder les engrenages à cause du disque codeur, alors il faut crée un frottement sur l'axe du disque codeur en cas d'oscillations rapides. Cela ne va pas trop changer la précision, puisque ce sont des fréquences en principe impossibles en fonctionnement normal.
Mais on peut utiliser le principe du régulateur à palette et 4 palettes très légères, solidaires de l'axe permettent un frottement d'air et si cet amortissement n'est pas suffisant, il atténue un peu les grandes amplitudes et a l'avantage de la simplicité et de la régularité pour une masse très faible. (photo ci-contre).
Cependant à la lumière des autres essais qui suivent, le poids de ces palettes associé au couple nécessaire est un obstacle qui augmente l'inertie et donc les oscillations ! Solution ou Erreur ?
Une question importante cependant, est de savoir si ces oscillations continueront lorsque le compteur sera réellement en eau ?
Eh bien à priori oui et non. Le problème n'est pas dans le compteur lui-même (Partie chambre de mesures) mais sur le manque d'amortissement dans le totalisateur.
Cependant les variations au niveau de l'aimant de la chambre de mesure ne seront jamais si abruptes comme on peut le faire manuellement sur le seul totalisateur, car les variations hydrauliques participent de façon importante à un amortissement préalable, aussi on peut s'attendre à de plus faibles oscillations et peut-être même à leurs extinction complète ?
C'est à vérifier et je ne pourrai pas le faire maintenant, car c'est tout un montage hydraulique à préparer et c'est long à faire........ Je l'ai fait mais c'est encore incomplet ! Voir §5.2 Essais réels
Que le compteur soit en eau, ou pas, pourrait donc changer le problème.
On peut penser qu'avec l'eau dans les différentes parties du piston rotatif, dans les parties amont et aval du compteur, les oscillations éventuelles seraient réduites seulement au jeu fonctionnel de la transformation du mouvement rotatif avec la glissière chargée de cette conversion, c'est-à-dire très très peu, et bien loin des "extravagances" constatées sur le totalisateur…
(Une précision déjà connue au niveau AEP est que ces types de compteurs volumétriques supportent mal les fortes variations dynamiques de pression (Débits), et on n'est donc pas trop restrictif avec cette particularité bien délicate à gérer)
Pour conjurer tous ces mauvais sorts, il y a aussi la solution de modifier le disque codeur en le rendant optiquement dissymétrique, ce qui pourrait donner un signal plus symétrique et donc diminuer un peu les CONSÉQUENCES "signal" de ces oscillations.
(Après essais, le passage d'un disque symétrique à 3/4 occulté est trop important et il aurait fallu un rapport beaucoup plus faible, ce n'est donc pas à faire).
Enfin pour augmenter la pente des variations lumineuses, je vais aussi peindre en noir l'intérieur du totalisateur pour éviter toute lumière incidente sur la cellule. (Sauf le logement de l'aimant, fond et côtés)
Pour poursuivre, je vais tout de même garder pour l'instant les 20 impulsions et ma résolution du degré angulaire par litre d'eau. Il sera temps aux essais réels en eau de changer le fusil d'épaule et de réduire le nombre de secteurs à cause des oscillations (Si elles ont toujours autant d'acuité).
Pour amortir il reste encore une solution que je n'ai pas essayée et qui serait d'utiliser l'ensemble des aimants comme champ tournant autour d'un bobinage fixe en court-circuit ou en charge sur une faible résistance. Ce serait une sorte de transformateur utilisant le di/dt et créant ainsi un amortissement.
Cette idée un peu plus longue à mettre en oeuvre sera délicate à implémenter du fait des champs magnétiques très concentrés sur les faces en regard, mais aussi par le manque total de place sur SAPPEL et très limité sur ACTARIS.
Cette solution me plairait beaucoup par sa simplicité mais cela serait-il efficace ? Cet article ne sera donc jamais terminé ? Ce sera pour plus tard !
5 Conclusions
On voit maintenant que le succès d'une telle opération parait un peu incertain ou du moins aura quelques restrictions de dynamique, et qu'il sera peut-être difficile d'établir un amortissement assez fin et restant constant.
Voici le tout petit montage qui a été utilisé pour les différents essais. Je le présente tout de même, mais il n'y a pas de quoi casser la "baraque".
(Schéma identique aussi pour les essais en IR)
Cependant le comptage semble cette fois correct, mais avec une consommation de 4 mA pour la LED !!!
Pour réduire cette consommation il est possible de scanner au rythme de la milli seconde et d'éclairer à ce rythme la LED, ce qui permettrait de réduire cette consommation moyenne, mais comme cet appareil n'a pas vocation à être en solo sur une installation, je ne ferai pas à priori l'effort de cette réduction de consommation, mais cela reste possible.
A chacun de voir ce qu'il est en mesure de réaliser et de faire aboutir son projet à la lumière de mes essais.
J'ai pour ma part préféré utiliser du matériel standard sans utiliser des disques codeurs existants notamment sur des imprimantes, scanners ou autres petits appareils du commerce.
Une bonne vieille LED de 5MM haut rendement et une BPX81 donnent de bons résultas de détection sans aucune amplification ou mise en forme.
Mais est-ce bien la seule solution ? Réponse dans quelques lignes...
Je suis persuadé que le signal peut attaquer directement une entrée de PIC, et c'est à vérifier aussi.
Pour ma part je vais encore réfléchir, et pour commencer j'ai ouvert un vieux compteur de type vitesse "noyé", et je constate que c'est encore plus difficile, d'autant que l'on ne pourrait mettre aucune électronique à l'intérieur. Seule possibilité : des aimants, et encore, car tout est loin des parois ! (J'ai regardé le rapport de démultiplication de ce modèle SOCAM qui est de 26, et donc assez moyen)
Que vous ayez choisi l'une ou l'autre des marques de compteurs, pour mesurer des débits faibles, vous allez être obligés de modifier, en cassant la coiffe des compteurs qui garanti l'instrument de mesures et permet de libérer le totalisateur. Aussi je préfère le rappeler encore une fois, une telle modification est interdite sur votre compteur d'abonné !!!.
(Vous ne pourrez réaliser cette modification que sur un compteur de rebut ou d'occasion ou de récupération, qui ne pourra plus être utilisé en tant que compteur "normal" et instrument de mesures).
La modification consiste donc à enlever la coiffe du compteur soit en glissant un feuillard rigide pour échapper aux ergots, soit en cassant littéralement cette coiffe en commençant par le bas. (Il faut également chauffer un peu pour dilater le plastique et à la limite le ramollir quelque peu.
Le compteur est maintenant opérationnel pour compter les tours de piston et non des litres, mais attention…Ce n'est pas terminé…!
Avant de pouvoir accéder aux tours il faut scier le totalisateur juste au dessus de la soudure du socle et du couvercle transparent, pour démonter ce qui ne servira plus dans notre application et pouvoir par la suite loger le disque codeur, et la ou les diodes ainsi que la LED.
L'aimant d'entraînement du totalisateur est un tore et quelques essais indiquent que l'aimantation n'est pas si évidente que cela. Cet aimant devra être laissé en place, et le disque codeur en sera toujours solidaire. Cela garantira (Un peu) les caractéristiques métrologiques de sensibilité et de volume d'origine.
Le disque codeur sera simplement issu d'une impression sur transparent et sans aucun autre support rigidifiant. Il sera simplement pincé entre le plastique de l'aimant et l'axe qui coulisse. L'épaisseur du disque codeur est importante car autrement, par l'absence de dépassement suffisant de l'axe, l'aimant frotterait sur le fond du boîtier totalisateur...
Le disque codeur sera verni côté émulsion pour mieux le protéger d'éventuelles rayures. Le perçage du trou de l'axe sera obligatoirement fait à l'emporte pièce pour ne pas laisser de sur-épaisseur ou éviter de voiler la rotation.
L'intérieur du totalisateur sera peint en noir, (sauf le logement de l'aimant, ce qui créerait une sur-épaisseur aussi bien sur le fond que sur la face latérale circulaire)
Dans le fond du totalisateur sera placé un petit "U" en laiton supportant le photo transistor et la LED sur de très petits circuits collés sur le "U"
Par le dessus sera placée la LED alimentant le photo transistor.
Tous ces éléments sont malheureusement collés à la colle cyanoacrylate faute de place.
Les résistances de la LED et du photo transistor seront placées sur ces micros circuits imprimés (bandes simples).
Les tops pourraient être entrés dans une électronique adaptée qui mesure un débit.
Faut-il développer une électronique spécifique pour faire les calculs en Litre/heure ?
Transmettre sous un format particulier à un système hôte ?
Ou plus simplement envoyer directement ces tops à un système (Prendre en compte également la distance !)? C'est toutes les questions !
Les valeurs sont telles que si l'on souhaite obtenir un débit toutes les secondes on ne peut pas compter les tops, mais seulement mesurer le temps entre deux tops.
Sur un système hôte, le nombre d'impulsions pourrait être une perturbation importante en temps, et de ce fait, il me semble préférable de concevoir une électronique de débit spécifique. Mais sous quelle forme transmettre l'information, et suivant quel protocole, tout cela reste à définir et à la discrétion de chacun.
Autant dire qu'il reste encore pas mal de "pain sur la planche".
A ce stade de l'aventure, je crois que le plus important est d'arriver à une solution fiable, et n'affectant pas trop la dynamique, ce sera déjà beaucoup.
Encore une petite surprise…
Après avoir essayé ce débitmètre avec SAPPEL et avec son totalisateur ayant été dépouillé de tous ses pignons et galettes, mais ayant gagné photo transistor et LED, j'ai bêtement essayé de placer ce totalisateur SAPPEL sur la chambre de mesures ACTARIS et chose stupéfiante ça rentre et ça fonctionne, et peut-être même un peu mieux.
Certes il faut caler un peu relativement à la surface bombée, mais c'est le seul embêtement !
Alors cette solution SAPPEL/ACTARIS modifierait pas mal les données, car cette fois ce ne sont plus 360 impulsions mais 600 que l'on va récupérer ! Rappelez vous 30 tours sur ACTARIS, et 20 secteurs optiques=600 !
Le problème est qu'il faut 2 compteurs pour faire un débitmètre, mais est-ce le prix à payer pour un nombre d'impulsions élevé ?
Quoi qu'il en soit, la solution SAPPEL/SAPPEL fonctionne aussi, mais je crois que je vais sérieusement explorer la solution ACTARIS/ACTARIS... Et tout de suite, au paragraphe qui suit !
5.1 Solution ACTARIS/ACTARIS
Ainsi que je le pensais, il est effectivement possible de modifier le totalisateur ACTARIS pour en faire un débitmètre, et en plus sans artifice particulier au niveau mise en oeuvre, de placer un capteur fourche collé dans le fond du boîtier totalisateur, juste dans la rainure...
Mon choix initial avait été trompé par l'ossature blanche dont je n'avais pas compris immédiatement l'intérêt et la relative facilité pour implémenter un disque codeur ainsi qu'un capteur fourche.
(Pour sortir les ergots, il faut déformer un peu cette partie en faisant attention de ne pas casser les pions de centrage, puis de sortir le 3ème point à l'arrière...)
Cependant
, le disque codeur devra malheureusement être collé sur l'axe porteur de l'aimant du totalisateur et c'est peut-être aussi pour cela que je n'avais pas choisi cette solution (Solution souvent irréversible).
Mais avec un peu de dextérité, le collage est facile à réaliser, mais ne devra être fait qu'une seule fois en prenant comme référence la très petite surface de la tête du pignon. (Maintenir collé avec une entretoise en pression quelques instants).
Mais on a vu que les IR sont bloqués par du papier blanc (ou noir) et qu'ils traversent allègrement l'encre noire d'une imprimante jet d'encre (EPSON).
C'est à dire que le disque codeur sur transparent avec jet d'encre, ne fonctionne pas. Alors j'ai décidé de faire un disque codeur en circuit imprimé souple avec un transparent et de la feuille de cuivre (Voir ce futur article).
Cette possibilité a finalement donné d'excellents résultats et même moins d'oscillations. Si vous ne pouvez pas faire de circuit imprimé souple, alors il vous reste à faire un transparent sur imprimante laser, car le toner est étanche aux IR.
Voici la photo (ci-dessus) du résultat avec le disque codeur en circuit souple et le capteur fourche IR lui aussi collé !
Notez que vous avez -peut-être- aussi la possibilité d'utiliser d'autres types de codeurs sur fond blanc avec des capteurs opto par réflexion...
(Le disque codeur devra être symétrique comme celui dans le totalisateur et non comme celui à droite sur la photo, mais les derniers essais montrent une légère dissymétrie, aussi prendre 8° pour le transparent et 10° pour l'opaque seraient une bonne solution à expérimenter en lieu et place de 9 et 9°)
J'indique également que le tonner d'imprimante laser est opaque aux IR et que c'est certainement la solution la plus simple pour faire ce type de codeur pour IR. C'est à essayer ! J'ai fait un PDF de ce fichier que vous pouvez télécharger codeur_ACTA3 , mais ce codeur fait 22mm de diamètre et n'a pas encore été essayé.
Voyez également cet article à paraître, sur la fabrication de circuits imprimés souples qui décrira plus précisément comment réaliser un tel disque codeur en cuivre.
5.2 Essais réels en eau
Finalement je n'ai pas osé laisser partir l'article sans un minimum de vérifications au réel et j'ai bien fait, car les résultats sont à la fois bons et surprenants.
(Premier point, un montage est nécessaire pour ne pas gaspiller l'eau du robinet et permettre de fonctionner suffisamment longtemps sans alourdir la facture d'eau...)
J'ai vérifié principalement la solution avec fourche IR sur ACATRIS. J'ai tout de même essayé aussi la solution SAPPEL/ACATRIS avec pratiquement les mêmes observations.
Quel montage ? C'est sur la base d'une vieille pompe de vidange de machine à laver que je croyais étanche, de 2 compteurs en série, clapet et vanne de réglage du débit, avec une petite bâche constituée d'un bidon que cet ensemble a été essayé.
Il est possible de sourire, mais c'est pourtant un temps assez long pour arriver à cette vérification qui n'est pas complète, et qui apporte encore des questions complémentaires.
La première vérification consiste effectivement à contrôler la période du signal pour un débit de 1 litre en une minute. L'essai est correct mais on constate du jitter (gigue ou variations rapides) mais les valeurs moyennes sont correctes. Voir en fin de § des explications sur cette instabilité.
Le deuxième essai a consisté à arrêter brutalement le débit pour voir ce qui se passait ... Il y a effectivement des oscillations, mais de faible amplitude, et qui à priori sont plus faibles qu'un pas du disque codeur.
De plus avec un disque codeur de diamètre 28 mm, les oscillations en eau sont pratiquement nulles.
La troisième opération a consisté à faire divers essais de débits et dans ce montage la vitesse maxi correspond à 600 L/h avec une période du signal de 10ms. C'est le maxi de la pompe associée au circuit et à ses pertes de charge.
En débit mini j'ai pu mesurer jusqu'à environ 30 s de demi période soit 1 période complète en 60 secondes, ce qui correspond à 1.66ml soit 0.1 L/h, ce qui est un très faible débit.
Quels autres enseignements tirer de cet essai ? et en particulier de l'instabilité du signal ?
Cette instabilité n'est pas vraiment le terme exact, car le signal reste correct mais a du jitter.
Ce jitter peut avoir 2 origines distinctes mais pour lever l'incertitude, il me faut changer de modèle d'alimentation en passant soit sur le réseau public, soit sur le surpresseur, et comme c'est l'hiver, c'est délicat de sortir l'alim et l'oscillo, avec de l'eau partout.
La première éventualité est que ce jitter soit causé par les pales de la pompe, ce qui est tout à fait possible.
Il est exact que chaque coup de pale de cette pompe donne une pression ponctuelle qui augmente légèrement le débit etc...Cela peut donc entraîner du jitter.
La deuxième possibilité est cette fois due à la liaison magnétique qui est vue comme un "élastique" qui se tend et se détend au fil des frottements et/ou des coups de pales.
On peut également ajouter la régularité même du disque codeur qui, s'il parait correct de visu, a certainement quelques défauts.
Ce jitter est certainement le mix de ces possibilités. Pour lever le doute, il faudrait alimenter par le réseau public et voir si ce jitter subsiste.
Que peut-on dire de plus... que le système de compteur utilisé est capable de mesurer de très faibles débits, mais ça on le savait déjà par les notices des constructeurs. Cette fois c'est vérifié au réel.
Je vous invite également à voir les oscillogrammes (figés par le scope bien évidemment) pour différents débits.
Cette petite photo n'est pas tout à fait identique à celle du début de paragraphe, car le totalisateur est cette fois de marque SAPPEL et est monté sur une embase ACTARIS et ça fonctionne, mais peut-être avec un peu plus de jitter ? (à évaluer).
Le mot de la fin...
Pour innover un peu, j'ai tout de même fait deux petites vidéo pour montrer le
test du disque codeur incrémental en rotation sur SAPPEL/ACTARIS
et pour montrer également le jitter au scope.
(Désolé pour les Vidéos qui ne sont pas "terribles", mais c'est mon tout premier essai de vidéo. J'en ferai peut-être un peu plus par la suite si c'est vraiment nécessaire, mais c'est un peu contraignant de mise en oeuvre et difficile quand on n'a pas 4 mains !).
Aujourd'hui je pense que je vais m'orienter vers la solution ACTARIS/ACTARIS avec 600 impulsions/litre
En toute dernière conclusion cette fois, je crois que le nombre de secteurs du disque est juste ce qu'il faut, car après je pense que les temps de montée et descente du signal seraient prohibitifs avec des capteurs standard IR
Monter jusqu'à 1000 impulsions pour avoir un "compte rond" n'est pas possible, car il faudrait 33.33 secteurs !
Je pense que l'on pourrait monter plus haut, mais avec cette fois une détection en quadrature pour comptabiliser les retours et les fluctuations de la liaison par aimants et avec des capteurs IR à fenêtre et une électronique de discrimination.
Je ne le ferai pas, mais si vous voulez vous lancer sur le sujet cela m'intéresse...
5.2 Derniers essais en eau
Quand je vois des anomalies, j'aime bien essayer d'en découvrir l'origine, et c'est ce qui m'a finalement poussé à terminer mes essais avec cette fois une mesure sur un circuit sous pression sans pompe, de façon à déterminer l'origine du jitter entre les pales de la pompe ou la liaison élastique.
J'ai utilisé un surpresseur avec redirection de l'eau dans la citerne ainsi seule l'énergie du pompage (intermittent) est perdue.
(Cette solution est particulièrement complète, car on dispose ainsi des possibilités avec ou sans pompe)
Je ne ferai les essais que sur ACTARIS pour garder le maximum d'impulsions .
Les découvertes sont très intéressantes et multiples. Je commence par les plus faciles...
1- J'avais évoqué l'amortissement par un bobinage en court-circuit. Après avoir mesuré de très faibles tensions sur un tel bobinage multispires placé au plus près de l'aimant totalisateur, j'ai changé de stratégie et décidé de faire une simple boucle en court-circuit avec du cuivre de 2.5² et placé au fond du totalisateur, car mécaniquement c'est très facile.
Cet essai n'a pas été significatif et je n'ai pas pu confirmer ni infirmer une quelconque amélioration du jitter. Je laisse néanmoins cette "spire de Frager" en place, car on ne sait jamais !
2 - J'ai ensuite réalisé ce montage sur surpresseur, ce qui est intéressant à plusieurs points. Le montage m'a permis d'éliminer l'hypothèse du jitter dû aux pales de la pompe, puisqu'avec ce nouveau montage, et sur la seule pression du ballon, le jitter est toujours présent !
De plus lors d'un démarrage de la pompe, le signal avait toujours le jitter. J'ai pu observer que le manomètre de pression assez "frétillant" n'induisait pas (à priori) de jitter supplémentaire (réellement actif cette fois à 2 à 3.5 bars, car sur la pompe de machine à laver il était juste "en décoration" !).
Je pense que la fréquence des variations de pression dues à la turbine de la pompe de surface est trop élevée pour avoir des conséquences directes et que cette fois c'est aussi un indice que je vais développer ci après.
En effet je pense que la liaison magnétique entre la chambre de mesure est le totalisateur est l'image parfaite d'un poids fixé à un élastique et que l'on anime verticalement. Le disque codeur bouge dès que les forces magnétiques dépassent la résistance des frottements et l'inertie de la masse de l'axe porteur de l'aimant et va se placer au mieux de l'attraction polaire, mais à cause de sa masse (même très faible) il va dépasser ce point, aussi il va avoir un pseudo arrêt ou du moins un freinage. (le pendule !)
C'est donc cette liaison élastique qui est la source principale de ce jitter. Que faire ? En premier lieu, il faut tout de même dire que ce jitter n'a pas un caractère de variation à 100% du débit, mais qui évolue de 0 à 40% au maximum. Certes cela peut paraître beaucoup, mais sur de tels faibles valeurs de débit, je considère cela comme acceptable.
Ce jitter impliquera donc de faire plusieurs mesures et d'établir une moyenne. La mesure intiale permet de lancer le régulation pour une consigne "assez proche", et la moyenne quelques secondes plus tard, permettra donc d'affiner la première mesure, et permet de toutes façons de commander une régulation et d'affiner par les moyennes calculées en séquence, mais il y a aussi d'autres pistes.
J'ai également essayé de diminuer les frottements en huilant très légèrement l'axe du disque codeur au risque d'attaquer le plastique... Mais je n'ai pas relevé de changements significatifs.
Si ACTARIS a mis un premier pignon avec un axe très petit, ayant une masse extrêmement faible (absence d'un axe traversant complètement le totalisateur), c'est qu'il y a une raison ! La raison pourrait être la masse du premier maillon démultiplicateur, même si des questions de place peuvent aussi intervenir !
Alors dans mon cas j'ai ajouté un couple résistif très important par le disque codeur en feuille de cuivre (masse) et en plus ayant un diamètre important donc un couple résistif élevé. Alors je vais encore réduire le diamètre du disque au maximum, et si je peux remplacer le disque par un transparent issu d'une imprimante laser, ce serait encore mieux.
Je termine donc cette fois définitivement cet article à facettes multiples et variées et j'arrive à la conclusion que je vais pouvoir utiliser ce débitmètre ACTARIS/ACTARIS moyennant quelques précautions et petites modifications.
Les oscillations constatées en statique sont pratiquement éteintes en situation réelle en eau par l'amortissement hydraulique. Ce point était préoccupant, mais il est acquis maintenant!
L'utilisation d'une fourche IR est tout de même préférable car elle s'adapte parfaitement dans la rainure des totalisateurs ACTARIS.
Enfin en dernière campagne d'essais, j'ai essayé un disque codeur réduit de diamètre 28mm en remplacement de 40mm, et si je n'ai pas remarqué de différences sensibles dans le jitter, il y a pourtant une grande différence dans la fréquence beaucoup plus élevée des oscillations en mode statique.
(Vidéo ci-contre).
J'ajoute encore un élément totalement oublié qui figure sur les premiers disques, d'avoir laissé le centre en cuivre pour alourdir un peu plus !!! (Cela est corrigé sur le PDF du nouveau disque de 22mm).
(Mes tous premiers essais sur SAPPEL étaient réalisés avec un disque de 45mm beaucoup trop grand !)
Cela signifie que l'amplitude du jitter en dynamique serait théoriquement plus faible puisque la masse est réduite, mais je ne peux malheureusement pas le quantifier par les mesures.
Cette fois je pense que l'origine de l'essentiel du jitter est la liaison magnétique (de type élastique) associée aux très légères variations des frottements.
J'ai également remarqué que le signal reste un peu dissymétrique (diamètre 28mm) et qu'il y a encore une fois lieu de rectifier ce petit problème dont l'origine peut être un manque de saturation du photo transistor qui maintient une tension de déchet de 1V sur 5 volts d'alimentation, mais tout autant de diminuer légèrement les angles du disque codeur pour la partie transparente (saturation). A voir sur le disque de 22mm.
Attention, car en diminuant le diamètre, le signal évolue aussi car l'éclairement reste présent sur une partie et les signaux ne sont plus carrés et il y aura lieu de faire une mise en forme.
Le plan de cet article a largement été "malmené" au fil des découvertes aussi soyez indulgents pour cet aspect un peu décousu, mais ça a au moins l'avantage d'être "vivant" !
Ce sujet m'a beaucoup intéressé et j'avoue ne jamais avoir regardé d'aussi près les compteurs d'eau sous cet aspect de l'entraînement magnétique si "bateau" à priori, mais pas si simple qu'il n'y parait !
Alors bonne attraction !
lokistagnepas
r de chlore.
En correctif à cette première partie, il faut signaler seulement que le grillage métallique qui trempait au fond de la cuvette se détériore rapidement et qu'un produit en plastique est nécessaire. C'est ce que j'ai fait en dernier lieu à partir d'un petit panier plastique (à ajourer) du commerce. 
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