Mesure au moyen d'un capteur de pression

Écrit par Yann MASINSKI, Louis RAMU et Clément VIOLET – Elèves de 1ère S le . Publié dans Comment accéder à l'altitude du ballon au cours du vol ?

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Un capteur pression sera utilisé, relié à l’émetteur radio du CNES, émetteur kiwi. L’émetteur kiwi fourni par le CNES joue à la fois le rôle de générateur pour les capteurs embarqués, de voltmètre pour mesurer des tensions aux bornes des capteurs embarqués comprises entre 0 et 5V, mais aussi d’émetteur radio qui envoie les données mesurées au sol toutes les 2 secondes au moyen d’une onde de fréquence 137,050 MHz en ce qui nous concerne. Cet émetteur doit être alimenté au moyen par une tension comprise entre 8 et 11V et il devra tenir au moins 24h si la nacelle n’est pas retrouvée dans l’immédiat pour permettre des recherches prolongées, critère auquel satisfont deux piles de 4,5 V en série d’après nos mesures de consommation (300 mA).  

 

Emetteur radio Kiwi fourni par le CNES

D’autre part, cet émetteur envoie un signal caractéristique qui peut être détecté au moyen d’antennes et permettre une triangulation en dernier recours si nous n’avions pas de couverture réseau ou une absence de trame GPS/APRS depuis l’endroit où est retombée la nacelle le jour du lâcher.

Ainsi, ce dispositif ne peut transmettre que des données sous forme de tension. Nous avons donc dû relier pression et tension aux bornes du capteur mis à notre disposition, autrement-dit étalonner le capteur.  Le capteur couramment utilisé est le MPX5100AP car il nécessite une alimentation de 5V qui peut être délivrée par l’émetteur KIWI du CNES, et en sortie il fournit une tension comprise entre 0 et 4,7 V qui correspond également à la plage mesurable par l’émetteur, et surtout peut résister à de faibles températures (-50 °C) qui seront rencontrées au niveau de la tropopause, soit entre 11 et 13 km.

            

Capteur de pression MPX5100 A                             Etalonnage du capteur de pression

Pour l’étalonner, le lycée dispose d’une cloche à vide qui a été modifiée sous laquelle il est possible d’alimenter et réaliser des mesures électriques.

A l’aide de la pompe à vide, nous avons simulé la baisse de la pression qu’il y aura le jour du lâcher lors de l’ascension du ballon.

A l’intérieur de la cloche, nous avions une alimentation délivrant une tension de 5 V comme celle que délivrera l’émetteur radio et un voltmètre en mode continu de précision 0,5% ± 1digit et un pressiomètre de précision 2%±4 hPa. Les barres d’erreur sur le graphique ci-dessous ne seront pas affichées sur la tension mesurée car insignifiantes.

 Tension mesurée aux bornes du capteur en fonction de la pression mesurée par le pressiomètre

Comme nous pouvons le constater sur le graphique ci-dessus, ce capteur de pression ne descend pas en dessous de 150 hPa. Il ne nous permettra donc pas d’accéder à des altitudes au-delà de 12-13 km. Il nous permettra ce pendant de vérifier ou non une certaine cohérence entre l’altitude fournie par le système GPS/APRS et le modèle de nivellement barométrique.

Néanmoins, nous avons cherché un nouveau capteur de pression : nous avons retenu le modèle MPL3115A2 qui a une précision de 0,25 % et fourni directement des pressions comprises entre 150kPa, ce qui est bien trop et 10 hPa correspondant à une altitude de 30km. Ce dernier sera relié  à la carte arduino qui traitera les données du compteur Geiger.