L'INSTALLATION D'UN SONDE THERMIQUE

Le drain thermique qui amène le froid depuis le module Peltier vers le CCD comporte deux trous sur les côtés. Ces trous sont prévus pour recevoir des sondes thermiques. Par exemple, vous pouvez y loger un détecteur de température du type LM335 (boîtier TO-92). Il s'agit d'un capteur très simple d'usage, qui délivre une tension évoluant linéairement avec la température. La tension de sortie est la température en degrés Kelvin divisé par 10 (la température en degrés Kelvin est égale à la température en degrés Celsius à laquelle on ajoute la valeur 273).

La figure ci-après montre le schéma de câblage du LM335. Une tension comprise entre +10 et +18V est appliquée sur la patte 2 du circuit intégré au travers de la résistance R5 de 3.3K. La broche 3 est reliée à la masse. La broche 1 n'est pas utilisée. La tension proportionnelle à la température est mesurée entre la patte 2 et la masse. Vers 25°C, le LM335 délivre une tension de 3V environ. Cette tension évolue de 10 mV par degrés. Par exemple, à 0°C on mesurera de l'ordre 2.75V. Un voltmètre numérique précis à 0.01V près suffit pour mesurer la température au degrés près, le calcul de conversion entre les volts et les °C pouvant être fait mentalement très aisément.

Schéma de principe d'utilisation du détecteur de température LM335.

Sur la photographie suivante on voit comment il faut préparer le LM335 pour son utilisation dans Audine. On commence par couper au plus court la patte 1, qui ne sert à rien dans notre application. On raccourcit les pattes 2 et 3 de manière à ce que leur longueur soit de 3 à 4 mm. A ces pattes on soude du fil de wrapping (un fil très fin). Il est important ici d'utiliser du fil électrique de très petite section avec d'isoler thermiquement le mieux possible le drain des parties chaudes de la caméra (les fils électriques multibrins sont à proscrire ici dans la mesure du possible). Les soudures sont protégées par de la gaine thermo-rétractable pour éliminer tout risque de court circuit.

Le LM335 est ici transformé pour son utilisation en tant que sonde à intégrer dans le drain thermique de la caméra. Le fil jaune part de la patte 2, le fil vert de la patte 3. Le fil à wrapping est assez fragile, il faut le manipuler avec précaution. Notez qu'un fil de plus grosse section serait parfaitement utilisable.

La sonde est emprisonnée dans l'un des trous du drain thermique par collage. On a utilisé une colle epoxy à prise rapide (3 ou 4 heures de temps de séchage). Après avoir soigneusement mélangé les deux composantes de la colle, il faut en remplir le tiers du trou en s'aidant d'une allumette. On enfonce ensuite le LM335 dans le trou et on complète avec de la colle supplémentaire afin que le circuit intégré soit complètement noyé.

CONSEIL : bien attendre que la colle soit sèche avant de monter le CCD. En effet, si vous vous précipitez il y a une chance non nulle que vous colliez en même temps l'une des vis de fixation du CCD sur son drain thermique, ce qui rendra un démontage ultérieur du CCD très problématique.

La phase de collage de la sonde thermique dans l'un des trous du drain thermique en aluminium. Il faut réaliser l'opération avant de monter la carte supérieure. Juste après l'injection de la colle, posez la caméra sur le côté ventilateur de manière à ce qu'elle ne coule pas dans le trou fileté de diamètre 2.5 mm qui sert à fixer le CCD.
La sonde thermique est en place.

Pour le branchement électrique vous pouvez faire sortir de la caméra les deux fils qui partent du LM335 en utilisant par exemple les broches 14 et 15 du connecteur DB15. Il faudra alors câbler la résistance et employer une alimentation externe.

Les photographies ci-après montrent une alternative qui consiste à utiliser la résistance R5 qui est câblée sur la carte inférieure, ainsi que la +12V servant à alimenter le ventilateur et sa masse. Dans ce schéma, la tension de mesure de la température est directement disponible entre les broches 14 et 15 du DB15, sans composant externe.
 

Les connexions à réaliser avec du fil à wrapping pour sortir l'information de température du drain thermique. Le fil jaune en provenance du LM335 (patte 2) est soudé sur la broche 15 du DB15. Le fil vert arrivant de la broche 3 du LM335 est soudé à la broche 6 du DB15 (c'est la masse de l'alimentation du ventilateur et du module Peltier). Un fil est soudé entre la broche 7 du DB15 (qui est par ailleurs reliée à la broche 6 du même connecteur) et la broche 14 du DB15. Enfin, un fil doit relier la broche 8 du DB15 (où arrive le +12V du ventilateur) à l'une des extrémités de la résistance R5 de 3.3K (sur la queue de droite de la résistance comme indiqué sur les photographies). C'est un peu compliqué, mais ça marche !

Les tableaux ci-après donnent en fonction de la tension (V) et du courant (I) d'alimentation du Peltier :

Deux situations sont analysées, l'une avec une température ambiante proche de 25°, l'autre avec une température ambiante de 0°C environ.
 
Température ambiante de 25°C
V (en volts)
I (en ampères)
T1 (en °C)
T2 (en °C)
LM335 (en volts)
0
0
+24.4
+25.6
3.01
1.00
0.38
+24.4
+15.0
2.89
2.00
0.77
+24.5
+4.2
2.77
3.00
1.20
+25.4
-3.1
2.70
4.00
1.66
+26.6
-8.7
2.64
5.00
2.11
+28.7
-12.4
2.60
6.00
2.56
+30.9
-14.6
2.58
 
 
Température ambiante de -2°C
V (en volts)
I (en ampères)
T1 (en °C)
T2 (en °C)
LM335 (en volts)
0
0
-1.7
+1.0
2.76
1.00
0.43
-1.7
-11.3
2.63
2.00
0.90
-1.1
-21.0
2.52
3.00
1.40
+0.6
-27.8
2.45
4.00
1.92
+1.5
-32.4
2.40
5.00
2.43
+3.5
-35.1
2.37
6.00
2.94
+5.7
-36.2
2.36
 
D'autres composants que le LM335 peuvent être utilisés pour mesurer la température. Certains sont même d'un usage plus simple, tel le LM61 (ce composant s'alimente directement à partir du 5V sans résistance et a un coefficient de 10 mV/deg C). Un autre choix possible est le LM51 qui nécessite quant à lui du +/-15V (pour un schéma de cablage, cliquez ici). On peut de plus trouver en grande surface des sondes pour automobiles qui sont fournies pour un prix dérisoire avec un afficheur donnant directement la température en deg C.
 
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