Anémomètres

1 La mesure de la vitesse du vent par un filament chauffé
2 L'adaptation du fil chaud à la 1N4148
3 L'aspect pratique
3.1 Les caractéristiques de la diode 1N4148
3.2 Échange thermique au niveau diode
4 Conclusions du procédé thermique
5 Anémomètre à coupelles
5.1 Les coupelles
5.2 L'axe de rotation
5.3 La coiffe
5.4 Le principe et les aimants
5.5 L'UGN 3503
5.6 Le circuit de mise en forme
5.7 La réalisation
5.8 L'étalonnage

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Avant propos

Ce sujet va intéresser les "amateurs" de stations météo, car j'ai réalisé quelques brefs essais dans le but de faire une mesure analogique de la vitesse du vent. J'ai commencé par le principe du refroidissement d'un filament chauffé (fil chaud). Ces recherches basiques démontrent que vu les courants nécessaires et la fragilité, cette solution facile n'est peut-être pas si miraculeuse que cela….

Cet article n'est pas habituel car il ne va pas promouvoir cette solution initiale, mais plus certainement la "démonter" ou la reléguer à l'arrière plan pour d'autres applications plus professionnelles.

Pourquoi quelque chose d'aussi simple et sans réel intérêt qu'une diode 1N4148 ?
C'est peut-être ce que vous pensez, mais la réalité est toute autre, car c'est une jonction sensible à la température…! (Ça peut aussi être un anémomètre, je n'ai pas oublié le sujet...)

Après avoir tiré plusieurs PDF de cette diode, des caractéristiques de différents constructeurs, j'ai voulu voir jusqu'où pourrait aller le courant dans une telle diode si petite soit-elle.

Mon but final "de vitesse du vent" est de commander le repli de mon panneau solaire de 2M² en poursuite du soleil, car en cas de VENT FORT, la prise au vent serait telle que tout pourrait se retrouver cassé au sol. Cela existait déjà dans la première version, par le biais d'une palette calibrée et d'un switch, mais j'avais pensé faire un peu mieux, et de mesurer cette fois en tentant de prévoir avec un peu plus d'avance la montée progressive du coup de "tabac".

Un anémomètre peut aussi être une application pour ceux d'entre vous qui ont un store de balcon et qui n'avez pas voulu investir dans un système de repli automatique en cas de coup de vent...

Après avoir fait le tour de différentes solutions, j'ai finalement opté pour les coupelles !....

1 La mesure de la vitesse du vent par un filament chauffé

Après avoir essayé "quelque" solution mécanique avec désillusion à la clef, (La mécanique n'est pas mon fort, puis avec différents petits moteurs utilisés en génératrice), j'ai pensé me rabattre sur l'électronique avec une solution plus STATIQUE.
J'avais déjà vu utiliser des petites ampoules à filament de tungstène dont l'ampoule était cassée, avec l'une placée au vent et la deuxième protégée pour donner les caractéristiques de température ambiante. Le vent était donc représenté par le différentiel des deux valeurs.

Je savais que c'était très délicat de casser une ampoule sans abîmer le filament, mais j'ai réussi au premier essai. (Il faut effectivement que le filament puisse refroidir directement par l'air qui passe…) Mais le véritable problème n'est pas sur ce détail, car le filament est extrêmement fin et fragile.
De plus ce filament ne doit pas trop chauffer, sous peine de griller par l'oxygène de l'air.

J'ai déjà constaté que seule une zone du filament rougissait (rouge sombre) ce qui confirme ce que je pensais de la fragilité, car celui-ci n'était peut-être pas cassé, mais peut-être seulement déformé par l'implosion de l'ampoule ?

Dans tous les cas, après une montée très progressive de la tension pour passer au rouge sombre, et en poussant légèrement, celui-ci a grillé, car consumé par la chaleur et l'oxygène de l'air! Je m'y attendais, mais pas aussi rapidement !

De plus ce filament, s'il doit subir quelques forces ou chocs, risque aussi de casser.

Je ne peux donc pas me résoudre à utiliser ce principe physique pourtant simple à cause de son extrême fragilité. (Pour le rappel, la résistance est très faible à froid et augmente avec le courant).

2 L'adaptation du fil chaud à la 1N4148

Cette diode est la diode de signal la plus courante qui existe, elle est très bon marché et représente un excellent capteur de température (Comme tous mes articles sur la mesure de températures y font référence).

Cette diode doit être la plus petite possible, pour limiter les inerties thermiques, et "ne pas avoir besoin d'une centrale nucléaire" pour élever la température. Pour être très pragmatique, toute diode de puissance est à proscrire (diode de redressement)

Pour mesurer une (variation de) température, rien de mieux qu'une diode, mais il faut la chauffer pour pourvoir mesurer les variations de tension d'un refroidissement dû à l'air…Qu'à cela ne tienne, en faisant circuler un courant élevé, on aura à la fois la "chaufferette" et le capteur.
Les variations de tensions restent faibles et de l'ordre de +2 mV/°C de REFROIDISSEMENT.

Alors l'idée très simple est tout bonnement de placer cette diode à la limite de son courant direct maximal, car elle devra chauffer pour pouvoir être ensuite refroidie par l'air.
C'est ce grand principe, un peu à l'envers de l'utilisation normale, qui semblait facile d'emploi.

Mais alors il faut chauffer et mesurer, c'est là tout l'inverse de la mesure de température.

Il faut donc, contrairement à la mesure de température où le courant direct ne doit PAS échauffer la diode, faire passer dans ce cas un courant direct élevé qui devra largement échauffer la diode au dessus de la température ambiante qui sera (peut-être) refroidie par le courant d'air ?. Le refroidissement par l'air (et sa vitesse) fera augmenter la tension aux bornes de la diode.

(Pour la stabilité relativement à la température ambiante, il sera nécessaire d'utiliser une deuxième diode qui, sera à l'abri des courants d'air, mais donnera la température ambiante).
C'est tout, et le principe est simple !
La fragilité est alors supprimée puisque les diodes sont encapsulées dans du verre, et qu'elles sont étanches à l'eau et aux insectes et aux petites attaques mécaniques.

Il y a tout de même un revers qui est justement l'inertie de la diode qui empêchera d'avoir une mesure instantanée. Il y aura toujours quelques secondes d'inertie, mais ce sont des choix techniques en fonction de l'utilisation…

Autre inconvénient majeur cette fois, il faut CHAUFFER…(Comme pour le fil chaud !) c'est donc une perte d'énergie qui peut être loin d'être négligeable. En effet 200 ou 300 mA permanents représentent un courant important, à comparer à la consommation d'un PIC, c'est tout de même 200 ou 300 fois plus !...

Il faut aussi reconnaître que l'énergie prise pour faire circuler ce courant élevé sera en général prélevée sur une alimentation 5V ou plus (12V), et que chuter la différence (4 à 11V) dans une résistance représente une perte conséquente ! (Exemple 200mA pour 11 Volts et à dissiper 2.2 WATTS !)
De plus ce courant élevé empêche de penser à un montage sur batterie.
Oui cette énergie "importante" n'est pas un drame aujourd'hui, mais cela en sera certainement un demain ou si l'appareil doit être autonome en énergie !...

3 L'aspect pratique

3.1 Les caractéristiques de la diode 1N4148

Si vous voulez télécharger les PDF des constructeurs, vous pouvez le faire par le lien suivant sur "datasheet catalog".

Il y aurait 98 fabricants pour ce produit ! Cela explique peut-être le faible coût ?

Il y a de fortes divergences de caractéristiques statiques pour cette même référence suivant les constructeurs, car le courant moyen limite peut varier du simple au double soit 150 à 300 mA et les conditions de température de fonctionnement vont de 175° à 200°C.
La seule constante semble la dissipation thermique maximale de 500mW pour tous les fabricants (Et encore j'ai aperçu 440mW sous quelques conditions de température particulières).

Au final, je pense que ce n'est pas tant la puissance dissipée par la diode le plus important, mais la température interne de la jonction. En ce sens, il faut je pense définir en premier lieu la température maximale de l'air dont on veut mesurer la vitesse, puis en fonction de cela déterminer la puissance de chauffage nécessaire (courant diode) pour que cette limite de température ne soit jamais atteinte.

Voici ce qui a été relevé en courant et tension aux bornes de la diode 1N4148, avec rien de bien spectaculaire, mais le courant a été poussé jusqu'à 440 mA permanent. A cette valeur la diode est très très chaude, mais elle tient dans une température ambiante de 18°C environ !

Le graphique est brut de mesures sans précautions particulières, et les quelques irrégularités non rectifiées dénotent simplement la difficulté d'avoir des valeurs stables en fonction de la température, celle-ci évoluant au cours des mesures, lorsque l'on n'attend pas nécessairement la stabilisation.

Cette tenue à courant élevé est impérative pour permettre un refroidissement par le courant d'air qui sera donc ainsi mesuré. Cette solution n'est pas autre chose qu'un échangeur thermique !

3.2 Échange thermique au niveau diode

La chaleur, due au courant direct important est développée principalement au niveau de la jonction (P=UI) et les fils de liaisons étant en contact intime avec celle-ci, une grande partie de cette chaleur passe par les fils de connexion.
(Pour mesurer de plus la variation de tension aux bornes de la diode, il est impératif que le courant soit constant et donc régulé)!

Le principal échange thermique avec l'air se réalise par les fils de la diode. (Les échanges thermiques par le boîtier verre restent minoritaires). Alors mettre un petit morceau de cuivre sur les pattes favoriserait à la fois le refroidissement par l'air, mais empêcherait aussi la montée en température par le courant direct élevé.
C'est donc un aspect ambigu, sur lequel je ne peux me prononcer, car c'est à la fois bon et mauvais. Enfin, l'essai d'un petit radiateur de quelques mm² soudé sur une patte de la diode augmente encore l'inertie thermique.

Plus l'écart de température entre l'air ambiant et la diode sera élevé, plus le plus petit souffle d'air aura une incidence forte. Cela agira directement sur la sensibilité.
Cette température élevée ne pourra pas l'être de trop, à cause du risque de fusion de la jonction et des fils de raccordement, mais suffisamment tout de même à cause de l'écart minimum de température nécessaire pour détecter "un souffle de vent"…
Par "puissance importante" j'entends cela au niveau "individuel". Il faut bien entendu relativiser pour une station de "Météo France" ou une application industrielle.

Au niveau de la PUISSANCE DISSIPÉE par la diode on remarquera également que celle-ci variera très légèrement en fonction de la température, puisque la tension aux bornes de la diode, va varier également en fonction du vent.
Je rappelle une nouvelle fois que ce courant de "chauffage" devra être parfaitement régulé pour que l'on puisse mesurer la tension aux bornes qui indiquera alors la température. Ce courant constant est impératif.

4 Conclusions du procédé thermique

Cette possibilité reste tout à fait plausible dans le principe, mais elle a plusieurs défauts qui sont dans l'ordre d'importance, la PUISSANCE relativement élevée, nécessaire pour avoir des mesures en permanence, mais aussi L'INERTIE qui ne manquera pas de donner un certain retard et une intégration des valeurs.

Aussi, si j'ai pensé un instant pouvoir me rabattre sur cette solution, je suis obligé de l'abandonner à cause du problème majeur d'énergie.

Pour ceux qui seraient intéressés, le circuit de mesures qui pourrait assurer l'électronique peut être dérivé largement du pyranomètre à diode (Voir l'article)
Je pense qu'il faudrait au moins 200 mA de courant pour avoir des résultats tangibles de détection pour des ambiances maximales de 40°C. (En ce sens un transistor de régulation TO220 voire TO3 seraient nécessaires à la régulation)
Associé à cela, il faudra prévoir mécaniquement les différentes entrées d'air et assurer un renouvellement lent de l'air de la deuxième diode non soumise au vent.

Pour ma part, je ne donne donc pas suite à ce principe trop gourmand en énergie, et qui pourrait poser quelques problèmes de référence de niveaux ou de masse suivant les longueurs.

De plus, si la température varie linéairement, cela ne signifie pas que la vitesse de l'air sera une fonction linéaire !

Si vous êtes adepte d'économies d'énergie, cette solution n'est résolument pas bonne ! Mais c'est peut-être une bonne solution pour d'autres, adeptes du "fil chaud". (Insensibilité importante à toute direction du vent, y compris à une composante verticale)

Alors finalement c'était un coup d'épée dans l'eau, car je me suis résolu à reprendre la mécanique avec un anémomètre à coupelles, mais cette fois sans génératrice, avec une détection magnétique par un capteur à effet Hall.

Cette possibilité reste intéressante tout de même dans des milieux spécifiques où le choix d'une telle méthode peut s'imposer et que le problème énergétique arrive au second plan. (Je pense aux souffleries et là où les vents sont chargés de sable par exemple ou aux mesures tri dimensionnelles des vents).

5 Anémomètre à coupelles

5.1 Les coupelles

C'est l'anémomètre le plus courant, celui que l'on rencontre sur les pylônes de Météo France, les aéroports, sur les fontaines à jets d'eau, etc…
Le principe repose sur 3 coupelles en forme de demi sphère qui entraînent un axe en rotation. Sur cet axe, on peut trouver beaucoup de capteurs très différents qui vont compter les tours et fournir l'information de la vitesse de rotation...
On peut aussi utiliser le principe de SAVONIUS qui est une peu équivalent dans l'esprit. (J'avais fait une tentative avec une petite génératrice, mais abandonnée à cause de la mécanique à réaliser - voir photo-...)
Les capteurs peuvent être des petites génératrices, des alternateurs, des détections optiques, et magnétiques. (Ces 2 anémomètres ne tournent que dans un seul sens quelque soit l'azimut d'un vent à composante horizontale principale)

Tout le travail consiste à créer une mécanique équilibrée qui portera les coupelles. Cette mécanique devra être légère pour réagir à des faibles vitesses. Cette mécanique ne devra pas avoir d'influence directe sur la vitesse de rotation (Ceci sous-entend aucun frottement ou couplage magnétique).

Ma réalisation repose sur un "S" à trois branches à 120°. Les coupelles de 5 cm de diamètre seront collées sur le S.
Pour établir un tracé bien symétrique, j'ai dû passer par la DAO avec Tubo CAD. J'ai collé au bâton de "colle écolier" mon S sur un petite chute de Polycarbonate de 3mm d'épaisseur. Cette méthode m'a permis de faire une réalisation assez précise légère et équilibrée.
Les coupelles seront collées provisoirement à la colle cyanoacrylate, en se basant sur les lignes à 120° mais aussi avec une équerre pour que les faces des demi sphères soient verticales.
(Pour le collage, le S sera placé sur un support de hauteur 2.3 cm environ pour que le collage soit bien perpendiculaire à la surface du S). Cette opération est délicate car une demi sphère n'a aucun point de repère particulier hormis sa face d'ouverture et les points extrêmes du diamètre maximum.

Comme le cercle qui reçoit les coupelles est taillé à la lime, les surfaces sont un peu irrégulières, aussi ce collage de positionnement doit être complété par un collage à l'Araldite, qui assurera véritablement la solidité. Si le S est en polycarbonate, les coupelles sont en plastique "normal" faute de mieux, mais il a fallut composer avec l'existant…! Alors la grêle anéantira peut-être les coupelles ???
Les coupelles sont fabriquées en Allemagne, mais je n'ai pas le nom du fabricant. (Le magasin local qui me les avait vendues n'existe plus !)

Vous pouvez aussi utiliser des têtes de quilles (Creuses) pour les enfants, qui sont en PVC et devraient être assez solides. Il y a aussi maintenant des boules creuses de tailles très diverses qui pourraient convenir. (La balle de ping-pong est un peu petite).
J'ai vu aussi (Franchement c'est la débilité même mais ça existe !) des œufs factices pour des dînettes pour les petites filles ! Une fois coupé, un œuf de ce type est aussi très aérodynamique…
Voilà pour les quelques idées de coupelles…

5.2 L'axe de rotation

C'est un point également très important, car il devra pouvoir tourner librement sans frottements…Alors pas d'autre solution que le roulement à bille.
J'ai utilisé un seul petit roulement à axe de 4mm, de 12mm de diamètre Extérieur et d'épaisseur 5mm. Il est certain que ce guidage est un peut "short", mais sans tour et outillage particulier, je ne peux faire que cela !
Si vous pouvez faire mieux avec 2 roulements, ce sera également "2 fois mieux" !

Le roulement a été immobilisé dans une cage faite de deux tôles de 2 mm empilées et le laissant légèrement dépasser. Deux plaques de tôle aux extrémités le bloquent définitivement dans ses éventuels déplacements longitudinaux.
L'une des plaques de la cage est en réalité une équerre qui porte le bras support de l'appareil.

Le S avec les coupelles est solidaire de l'axe du roulement par une tige filetée de 3 mm et tout un jeu d'entretoises, permettant d'écarter un peu le S de la partie basse qui contiendra la détection.

L'axe est constitué d'une tige filetée en laiton de 3 mm et est recouvert d'un tube laiton de 4 mm et de différentes entretoises jusqu'aux coupelles. Un écrou soudé côté roulement permet de tendre cette tige filetée et d'avoir quelque chose de stable. (Le démontage étant possible seulement au niveau du S°

Les entretoises doivent être de diamètre Extérieur suffisamment grand pour assurer une bonne surface d'appui au "S" ainsi qu'à la coiffe. J'ai utilisé du diamètre 8 mm Ext mais il a fallut centrer sur le tube laiton de 4 avec du clinquant cuivre (Ou tout autre plastique qui pourra se détendre pour laisser juste passer le tube laiton de 4 mm).

5.3 La coiffe

La coiffe recouvre le roulement et le protège de la pluie, mais abrite aussi la petite électronique y compris le capteur à effet Hall. (La coiffe est bien entendu solidaire de l'axe).

Elle porte aussi des petits aimants au nombre de 8 qui sont collés sur le pourtour interne. Le collage est d'abord réalisé à la cyanoacrylate, puis confirmé à l'Araldite.
Assurer le plus possible de variations pour un tour est toujours utile, car cela donne une mesure plus rapide et/ou plus précise.

Des rondelles nylon devraient assurer l'étanchéité, pour que l'eau de pluie ne puise atteindre le roulement. Ce point est important, car sans cela la durée de vie serait certainement assez courte…
Cette coiffe est un bouchon d'aérosol de 50 mm de diamètre, et il n'y a pas trop de place…!

Aussi tout devra être assez précis et tout sera fait pour que cette coiffe tourne avec l'axe, sans faux rond, ce qui induirait des variations importantes de flux magnétique et donc des difficultés de détection.

La coiffe sera fermée avec jeu par un petit morceau circulaire de polycarbonate (Voir photo § 5.5)

5.4 Le principe et les aimants

Le principe de base de la mesure est purement logique, puisqu'il s'agira de mesurer des temps entre impulsions. (Ou mesure d'une fréquence ce qui est identique)
Cela permettra de rentrer le signal directement sur l'entrée logique d'un PIC. Si toutes fois cela ne convenait pas, il suffira de réaliser une conversion fréquence tension.

8 petits aimants sont collés sur la coiffe, mais que sont-ils ? Ils sont simplement découpés dans un joint magnétique souple de réfrigérateur. Il suffit de marquer au couteau l'endroit de coupe et de casser à la main. On s'arrangera pour utiliser des morceaux à peine moins longs que la largeur de la bande, mais en tous cas au moins de la largeur de l'UGN.

La structure de ces aimants est très particulière, et il y a des pôles N/S un peu partout. La face parfaitement plane (sans arrondis) est la FACE ACTIVE (Face en regard de l'UGN côté marquage voir ci-après) et elle développe un pole NORD. Il y a sur les bords latéraux des pôles SUD, aussi le détecteur UGN devra faire face juste au milieu. (Les bords de coupe sont à placer dans l'axe de la coiffe)

(D'aucuns d'entre vous peuvent utiliser LED et cellule, mais j'ai préféré écarter ce principe en extérieur à cause de la sensibilité à toutes les petites bêtes qui traînent dehors (araignées, fourmis, …etc)

J'ai remarqué une très très légère attraction des aimants sur la tôle de 2 mm de l'équerre. C'est réellement très minime et je pense sans conséquences mesurables, car c'est du même ordre de grandeur que les frottements du roulement.

ATTENTION à cette partie de découpe et collage des aimants ! Cela va conditionner au plus haut niveau, la précision de l'appareil, ainsi qu'on le verra par la suite.
Je vous invite à marquer avec un gabarit les 8 petits aimants pour qu'ils aient tous la même longueur. Je vous invite aussi à positionner parfaitement les aimants avec la colle cyanoacrylate exactement contre une marque de secteur d'injection plastique. (Voir photo ci-dessus)
(J'ai placé mes aimants au milieu des secteurs, mais c'est une erreur, car la précision est aléatoire voir oscillogramme de mise au point !)

(Sur bon nombre de capuchons, l'intérieur est divisé en 8 secteurs avec de légers renforts ou en tous cas des marques visibles. Cela facilite grandement le positionnement des aimants)

Les aimants sont à placer comme indiqué sur la photo, c'est à dire les coupures de la bande dans l'axe du S, de façon à ne voir que des pôles NORD. De plus le côté des chanfreins du joint magnétique seront à placer côté coiffe.

5.5 L'UGN 3503

Le détecteur est un circuit d'Allegro UGN3503 qui est un détecteur à effet Hall, bon marché, de l'ordre de 2€.
Le principe de détection à effet Hall est parfaitement expliqué sur WIKIPEDIA et vous pourrez vous y référer. Physiquement, c'est comme un "transistor" à 3 pattes un peu plat (voir photo ci-contre).

Pour l'aspect pratique, ce circuit est alimenté en 5V sous 9 mA ce qui est tout de même conséquent, mais il faut se rappeler que le principe même de l'effet Hall requiert le passage d'un courant, aussi il n'y a rien d'étonnant.

En l'absence de champ magnétique, le circuit délivre une tension de la moitié de son alimentation (Vcc). Suivant que vous présentez sur la face marquée un pôle Nord ou Sud, la tension dévie d'un côté ou de l'autre de ce point milieu situé à 2.5 Volts environ.

Cela signifie que vous pouvez aussi bien ne placer que des pôles Nord ou des pôles Sud ou mieux une alternance de pôles qui fournira une excursion en tension double.

Dans notre cas, et à cause de la structure des petits aimants, nous n'aurons que des pôles Nord avec des zones sans aimants, donc à induction nulle. La tension de sortie baissera donc en face d'un aimant tel que mis en place dans la coiffe.

Un détecteur de seuil avec hystérésis permettra de discriminer de façon sûre les zones avec et sans aimant quelque soit la distance entre le détecteur UGN et les aimants.

Ce circuit UGN, que je ne connaissais pas spécialement semble d'un emploi assez facile. Pour l'appréhender, il suffit de l'alimenter en Vcc et d'un contrôleur pour comprendre ce qui se passe.
Ce circuit permet aussi de connaître avec certitude la nature N/S d'un aimant, par le sens de variation de la sortie relativement à la moitié du Vcc.

La FACE DE RÉFÉRENCE est la face qui porte le marquage du circuit. (Face permettant la détermination N/S d'un pôle, et l'inversion de face inverse aussi le sens de la détection relativement à la valeur moitié de Vcc).
Ainsi dans notre situation un pôle Nord en regard de cette face va abaisser la tension de sortie. La surface interne active du circuit est minuscule, puisque c'est un petit carré de l'ordre du millimètre de côté situé au milieu de l'épaisseur du circuit (et non accessible).

5.6 Le circuit de mise en forme

Mise en forme des signaux ! (Non, pas le jogging…) Ainsi qu'on l'a évoqué, la tension de sortie de l'UGN va varier entre 2.5 et 2.0 V, voire moins suivant l'induction des aimants et la distance qui séparera l'UGN des aimants.
C'est pour cette raison que la rotation la plus parfaite possible de la coiffe est nécessaire, car elle permettra de rapprocher au mieux l'UGN des aimants et d'avoir une bonne discrimination des niveaux.

Le circuit est alimenté en 12V, et un LM317LZ (ou LP2950) assure la régulation à 5V du Vcc. Un LM358 utilisé en détecteur de seuil avec hystérésis fournira un niveau de 0 à 5V, par le biais d'un transistor en collecteur ouvert qui comportera tout de même une très petite charge permettant de vérifier le fonctionnement en local sans ajouter de résistance (que l'on oublie toujours sur les OC….!)

Un potentiomètre permet de centrer le signal rectangulaire au milieu de la zone de tension de détection. Le rapport cyclique est affecté par la distance entre les zones avec et sans aimant (mais également par la longueur des aimants). Le potentiomètre permet donc un réglage parfaitement centré sur les variations de TENSION du signal de sortie de l'UGN.
(Ne pas régler pour un rapport cyclique de 50%, car ce serait une erreur pouvant engendrer des manques de détection).

Le circuit imprimé qui est logé sous la coiffe est "taillé" pour rentrer sans frotter. Il est simplement fixé par une seule vis, vu le manque de place et sa faible dimension.
L'UGN sera approché au plus près des aimants, pour la meilleure sensibilité, simplement par cambrage de ses pattes. (La sécurité d'arrachage devra être suffisante en cas de dévers)

5.7 La réalisation

Elle demande un peu de finesse, mais mis à part cela, il n'y a aucune réelle difficulté. Le montage doit fonctionner du premier coup, et pour une somme tout à fait modique.

L'alimentation demande environ une dizaine de mA sous 12V, mais la tension devrait pouvoir varier de 8V à 35 V sans problèmes.

Dans la partie finesse, il faut soigner, la précision de la découpe des petits aimants et encore plus la précision de leur positionnement ainsi que cela a déjà été indiqué, et l'étalonnage le fera ressortir immanquablement. Cela déterminera pour une grande partie le rapport cyclique, mais surtout l'identité des 8 zones ainsi définies. (Voir oscillogramme au § suivant)

TRUC : Pour le positionnement des aimants, plutôt que de choisir le milieu d'une zone, préférez la mise en butée contre un renfort, ainsi cela sera beaucoup plus précis, à condition que les marques ou les nervures soient exactement positionnées, mais c'est quasiment toujours le cas !

5.8 L'étalonnage

C'est une partie un peu aléatoire, mais il est déjà possible de prévoir par le calcul, les possibilités de l'appareil. Certes la démarche est inverse de la normale, mais ce sont les éléments que l'on peut trouver !

Voici quelques éléments qui sont tirés de WIKIPEDIA (voir cet article WIKIPEDIA)

V=2*pi*f(N)*R*N

Avec :

V Vitesse du vent en M/s
R Rayon moyen des bras axe coupelles à axe de rotation en M
N Nombre de tours par seconde
f(N) fonction d'étalonnage représentant les propriétés aérodynamiques

Pour des coupelles de 6 cm (contre 5 ici) il y a environ une vitesse de vent de 1M/s pour environ 1 tr/seconde. C'est l'ordre de grandeur auquel on peut s'attendre. (Valeurs WIKIPEDIA).
De cela on peut tirer une approximation pour f(N) à cette vitesse soit 3.18.
(Calculs faits pour 50 KM/h soit 7.6ms*8=60ms/tr ou 16.6 tr/s, f(N) ferait alors 2.64).

L'étalonnage se réalise bien entendu en voiture avec un petit montage en "volant" et en faisant très attention de ne pas dépasser le bord du rétroviseur qui délimite l'emprise du véhicule. (Légèrement sur le côté, les turbulences ne devraient avoir que peu d'action réelle). Si vous avez un toit ouvrant, c'est le moment d'en profiter, mais assez haut et en avant du pare-brise, car il y a une "composante verticale" produite par le capot et le pare-brise !

Attention également aux fixations qui doivent résister à des fortes vitesses et qui ne doivent pas se transformer en projectiles pour des éventuels passants ou autres véhicules. Il est préférable de réaliser ces essais au heures de faible affluence et sur des routes non accidentogènes.

Ensuite, il serait préférable d'être à 2 personnes, car l'attention DOIT se concentrer sur la route et non sur les appareils bien évidemment.
En ce qui me concerne, j'étais seul. Aussi, pour chaque vitesse mesurée, j'avais préparé pour avoir juste à appuyer sur le bouton droit du scope, en bas et à droite ("Send") pour faire le transfert de l'oscillogramme vers le PC.

Après cela j'étais obligé de m'arrêter pour copier le fichier sous un nom réel et préparer la vitesse de balayage du scope pour une nouvelle valeur.

Opération un peu fastidieuse, mais assez facile ! Il n'y a pas eu de grandes divergences de valeurs et justes quelques erreurs sur des vitesses de balayage trop élevées.

Il est en effet préférable d'avoir plusieurs impulsions, de les compter, et d'en faire la moyenne, au lieu de mesurer la période d'une seule valeur.
Cela évite les imprécisions de taille et de positionnement des aimants.

Les vitesses relevées l'ont été de 20KM/H jusqu'à 80 KM/H.
Vous pouvez voir ce relevé très légèrement corrigé pour rectifier quelques aberrations de mesures. (Les temps donnés en Ms sont les temps entre 2 aimants. Il faut donc pour avoir le temps d'un tour complet, multiplier par 8.

La courbe initale vitesse et 1/8 de période n'est pas une fonction linéaire, et présente une bonne précision jusque vers 60 KM/H.
Après, les valeurs se "tassent" et la précision devient moins bonne.
Il faut se consoler car le cyclone à 300 KM/H ne laissera certainement pas l'anémomètre intact !

L'oscillogramme ci-contre indique une petite dissymétrie des aimants, cela prouve qu'il aurait été préférable de faire les mesures sur au moins un quart de tour (2 impulsions minimum) pour bénéficier d'une moyenne. (La tension est en rapport 10 due à la sonde x10).

On retrouve ici comme pour beaucoup d'autres appareils l'absence de possibilités réelles de disposer d'étalons, et "la débrouille la plus parfaite" dirige ces mesures et ces étalonnages.
On arrive tout de même avec du bon sens et de la patience à avoir des valeurs qui ne sont pas aberrantes, et qui ont surtout l'utilité d'indiquer une mesure relative qui est le plus souvent le point recherché.

Alors pour les amateurs de météo, les clubs de modèles réduits d'avions (…) voilà une petite réalisation ! A vos limes et circuits imprimés…

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Anémomètres

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