Régulation PID, comment la régler 1/2

Étant donné que je n’ai pas encore tout le matériel nécessaire pour avancer mes autres projets, j’en profite pour approfondir un peu mes connaissances théoriques et vous en fait donc profiter. Mon projet ici est simple : Réguler une température à l’aide d’un microcontrolleur, mais surtout bien comprendre les tenants et aboutissements des différents réglages et algorithmes. L’objectif ici n’est pas tant d’expliquer ce qu’est un PID, ni comment il fonctionne dans le detail, mais plutôt de donner une méthode permettant d’approximer les coefficients du régulateur.

Je profiterais de cette expérience pour faire 2 articles :
– celui-ci concernant le PID a proprement parler
– Un second article concernant ma méthode pour obtenir des courbes « lives » a partir d’un arduino et d’un PC.

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Moteur Stirling, deuxième prototype 4/…

3-8/03 : 8h d’usinage et de FAO. Fabrication des brides de l’échangeur, ainsi que tu tube inox de l’échangeur. Ca n’aura pas été tout seul : les deux premières brides sont sorties sans problèmes, les deux suivantes ont en revanche été complètement voilées lors de l’usinage… Fraises usées ? Problème de matériau (pourtant même provenance…) ? Bref, un peu de surfaçage plus tard, je le retrouve bien plates, avec 1/10eme en moins sur l’épaisseur finale (mon brut était nettement plus épais, ce qui fait qu’au final, même après re-surfaçage, j’arrive pas loin de la côte…
Évidemment, je n’avais pas avec moi mes raccords cuivre, je n’ai donc pas encore pu braser les coudes sur les brides. En revanche, j’ai déjà brasé une bride sur le tube inox (inox sur inox donc), ça s’est plutôt bien passé :) (brasure argent). Cette partie nécessitant pas mal d’ajustement, j’ai hâte de l’avoir terminée, histoire de passer aux choses sérieuses !

19/03 : 3h d’usinage + FAO. Fabrication d’un montage pour fixer les masselottes pour l’usinage. Retour à l’alu, ça fait du bien après tout cet inox… Rien de bien compliqué sur le montage, j’en ai profité pour avancer la FAO des masselottes.

24/03 : 6h de travail. Une heure d’usinage environ, pour avancer les masselottes. Cette fois-ci, j’attaque les choses sérieuses, je fais le détourage et les perçages. Mis à part un foret cassé, tout s’est bien passé. Le gros du travail de la journée aura été de la plomberie : j’ai terminé les têtes de cylindres, avec la tuyauterie du régénérateur. C’était un peu le gros stress, car c’est le moment où je découvre si tout s’emboîte correctement, et si mes dimensions sont justes. Quelques petites frayeurs également au moment de braser, étant loin d’être expert, j’ai toujours peur de rater quelque chose (le chalumeau chauffe tellement qu’il peut trouer mon tube de cuivre sans problème !)
Au final ça s’est pas trop mal passé. Certaines brasures ne sont pas des modèles du genre, mais avec le volume d’inox à chauffer autour, pas forcément évident. En tous cas, ça a l’air étanche, ce qui est le but. Reste maintenant à trouver un moyen de nettoyer tout le noir laissé par cette opération.

Brasure de l'échangeur

Brasure de l’échangeur, avant nettoyage…

1 et 3/04 : 4h d’usinage. J’attaque les choses sérieuses : le volant d’inertie. C’est un gros morceau, pas particulièrement complexe (quoique), mais long à faire : un gros bloc d’inox à usiner, sans casser trop de trucs (donc en allant pas trop vite), avec pas mal de matière à enlever.
Pour le moment, je n’ai fait que les opérations intérieures, restera à faire le « détourage », opération qui s’annonce déjà compliquée…
Histoire de pimenter un peu un usinage qui se passait trop bien, le taraud que j’utilisai a cassé à la dernière opération (taraudage 6 sur 6 au total…). Bien évidemment, il est resté coincé dedans… Avec pour 200€ de brut d’inox, autant dire que j’ai bataillé un moment pour réussir à l’extraire (finalement en tappant (fort) dessus avec un marteau et une pointe à centrer… La pointe n’a pas aimé, mais j’ai sauvé les meubles, et le filletage s’est avéré récupérable malgré tout !)

4/4 : compliqué aujourd’hui ! Techniquement, 4h de travail, pour seulement 1h productive… En effet, en étant trop concentré sur ce que je voulais palper sur le centre d’usinage, j’en ai oublié de regarder ce qui se passait au dessus, et complètement abimé le carter du palpeur qui est venu s’écraser contre le haut de mon montage… Grosse grosse frayeur (ça vaut dans les 2-3000€, et surtout, il n’y en a qu’un, s’il casse, je bloque la machine pour tout le monde jusqu’à remplacement…).
Heureusement, après une série de mesure, ça a l’air d’être uniquement cosmétique, les pièces calibrées que nous avions pour comparer faisant toujours la même taille au centième près (ouf).
Histoire de continuer à me stresser, l’opération d’aujourd’hui consistait à percer le trou de blocage de mes masselottes (dernière opération) , mais je n’avais qu’un seul foret d’assez long pour cette opération, et il faisait…. 30cm de long !!! Autant vous dire, que j’ai serré les fesses avec celui-là, d’une part car la journée avais mal commencée, d’autre part parce que je n’avais qu’une seule chance !

Les masselottes montées sur l'arbre

Les masselottes montées sur l’arbre

 

12/05 : un peu de laissez-aller sur le compte rendu là… Du coups, je n’ai pas le compte exact du temps passé, mais une simple approximation, dans les 6h. J’ai enfin terminé le volant d’inertie. Il me restait à faire le contour externe et le clavetage. Pour le contour externe, dégrossissage au centre d’usinage, avec fraise ravageuse, par demi-sphères, ce qui permettait un serrage sur pince et donc de se passer d’un montage. Là encore, « un peu » de casse, avec deux fraises ravageuses cassées (diamètre 20 quand même !!). Après analyse et nouvel essai, il s’avère que j’avais voulu être trop prudent et prenait des passes trop petites, ce que ces fraises n’apprécient pas.
La finition de l’extérieur s’est faite au tour, ce qui a permis au passage d’avoir de jolis chanfreins. J’ai bien bataillé pour réussir à avoir une bonne concentricité (usinage des mors doux et tout…). Bref, au final, ça tourne (rond).

Dernière étape pour cette pièce : le clavetage. N’ayant pas de mortaiseuse, cette étape a été réalisée à la main, sur le tour, en utilisant l’outil à claveter comme un rabot, en enlevant la matière 1/10e de mm par 1/10e. C’est pas très rapide, mais ça marche.

Assemblage des pistons

Assemblage des pistons

26/05 au 28/05 : 1h d’usinage, et je commence l’assemblage :). Après avoir claveté le volant d’inertie, me restait les deux brides à claveter. Une fois le tout assemblé, il s’est avéré que mon arbre ne rentrait plus, il fallait ré-aléser. Malheureusement, je ne sais pas ce qui s’est passé (là je n’ai vraiment pas compris), mais mon alésage s’est fait légèrement de travers, ce qui fait que mon trou est maintenant oval d’un côté, avec 0.5mm de jeu… Je pourrais corriger en réusinant deux brides (qui servent notamment à ça), mais vu les délais je décide de laisser tel quel. Mon volant tourne légèrement voilé, mais rien de dramatique, et surtout, une fois la clavette mise, il ne bouge absolument pas.

Les débuts de l'assemblage

Les débuts de l’assemblage

Toutes les pièces ont maintenant été usinées (à l’exception de deux bagues en vermiculite qui le seront cette semaine, mais ne sont dans tous les cas pas obligatoires, je peux donc débuter l’assemblage. Ce dernier avance assez vite, j’ai déjà démonté/remonté l’ensemble en moins d’une journée pour modifier quelques paramètres. Il reste a faire les « petits » ajustements (longueur des arbres, angle des masselottes, etc…), et je pense pouvoir enfin tester la bête :)

 

 

C’est bientôt Pâques…

Ceux qui me connaissent bien vous le diront, je suis un gourmand :p C’est pourquoi quand Greg a proposé d’organiser un atelier chocolat au sein du log, j’ai saisi l’opportunité :)
L’objectif de l’atelier : nous apprendre à travailler le chocolat, et réaliser nos propres oeufs en chocolat, et autres « bonbons » fourrés. De mon côté, j’avais déjà assisté à un premier atelier la semaine précédente, pendant lequel j’en avais profité pour faire des sucettes au chocolat en forme de moustaches, fourrées à la ganache chartreuse. Cette fois-ci, je me suis donc concentré sur la réalisation d’un « gros » oeuf :)
Pour les gourmands qui voudraient s’y essayer, voici un petit récapitulatif de ce qu’il faut (si j’ai bien tout retenu ;)), et de la façon de procéder.

Matériel nécessaire :

  • Une grande casserole (pour le bain marie)
  • Un petit bol en inox (cul-de-poule)
  • Un thermomètre (pas « obligatoire », mais pour débuter, c’est vraiment plus facile )
  • Un pinceau
  • Un moule demi-oeuf.
  • Une spatule métallique
  • Pistoles de chocolat (pour moi, c’était du chocolat au lait origine Ghana 40,5%)
  • Une bombe d’azote (réfrigérant rapide)

Contrairement à ce qu’on pourrais croire, le moule à œuf n’est pas en silicone, ou autre matériau souple, mais en polycarbonate bien rigide. En effet, le chocolat en refroidissant va se rétracter, et le demi-oeuf se démoulera tout seul.

Première étape : faire fondre le chocolat, au bain marie, en surveillant la température : il faut monter à 40-45° pour le chocolat au lait. Avec un thermomètre c’est facile, sans, ça correspond à un peu moins du seuil de douleur (précis comme indication, n’es-ce pas ;)). Attention à ne pas faire tomber d’eau dans le chocolat lors de cette étape (ni des suivantes), ce qui ferais coaguler ce dernier.

Ensuite, il va falloir tempérer le chocolat. Cette étape est nécessaire à la bonne cristallisation de votre chocolat, et vous permettra d’avoir un joli aspect brillant, exempt de traces blanches. Une fois votre chocolat à température (40-45°C), sortez le du bain marie et ajoutez un peu moins d’un tiers de pistoles à température ambiante (20%  de pistoles). Mélangez jusqu’à que tous les pistoles aient fondus. (S »ils disparaissent trop rapidement, rajoutez en un peu)

A l’aide du pinceau, appliquez généreusement du chocolat sur votre moule, en n’hésitant pas à déborder, et en ne laissant aucun trou ou zone transparente. Cette étape assurera un beau fini extérieur et l’absence de bulles en surface. Laissez prendre légèrement, et versez du chocolat fondu (hauteur d’une phalange) dans votre oeuf. Répartissez de manière homogène et laissez reposer un peu. Répétez l’opération encore une fois ou deux, puis videz l’excédent dans le cul-de-poule. Raclez les bords avec une spatule métallique. Mettez au frais.

Au bout de quelques minutes, retirez votre oeuf du frigidaire, et laissez le finir de cristalliser dans un coin assez frais (genre bord de fenêtre à l’ombre). Lorsque vous verrez un petit espace entre le moule et le bord de votre oeuf, il est prêt à être démoulé. Placez vous au dessus d’une surface dure (genre table), mettez la main sur le moule et renversez. S’il tombe tout seul, votre main le retiendra, sinon, tapotez légèrement le moule dur la table (en laissant la main dessous, hein !). S’il ne tombe toujours pas, n’insistez pas, laissez le prendre encore un peu. Attention, ne mettez pas les doigts sur la surface de l’œuf, vous y laisseriez des traces. Prenez le par l’intérieur.

Voilà, c’est démoulé, vous avez un premier demi-oeuf. Vous pouvez répéter l’opération pour avoir l’autre moitié. Faite refondre votre chocolat, et re-tempérez le avant car il a pris pendant ce temps.

Une fois vos deux moitiés d’œuf démoulées, refaite fondre un peu de chocolat et retempérez. Avec le pinceau, appliquez du chocolat sur le bord intérieur de l’œuf, en débordant sur la tranche. Répétez sur l’autre moitié, et assemblez. Vous pouvez maintenant vous servir de la bombe d’azote pour accélérer la prise sur la jonction.

Atelier chocolat

Atelier chocolat

Mon neuneuf à moi :)

Mon neuneuf à moi :)

ps : pas beaucoup de photos de « pendant », désolé, mais le chocolat, ça en met vraiment de partout ;)

Moteur Stirling, deuxième prototype 2/…

9/12 : 4h d’usinage. Réalisation de la tête du cylindre froid. Rien à dire, ce fut beaucoup plus facile que dans l’inox, malgré le fait que le brut faisait la même taille. Avec le laiton, ça ne m’a pas posé de soucis de prise de pièce. Du coups, le résultat est bien mieux ajusté que son équivalent inox. Bon, c’était purement esthétique pour l’inox, mais quand même…J’ai également réalisé le piston froid. Cette fois, pour ne pas pourrir l’atelier, j’ai attaché le tuyau de l’aspirateur au plus près de mon outil. Résultat : nickel ! Les seuls fois où il y en a eu un peu à côté, c’est quand je faisait des passes trop importantes, ou trop vite. Sinon, ça me faisait une jolie poussière bien fine, qui partait directement dans l’aspirateur. J’ai à peine eu à nettoyer le tour, c’est dire !

L'aspirateur pour usiner le graphite

L’aspirateur pour usiner le graphite

Je suis soulagé, les deux cylindres, et les deux pistons sont maintenant terminés (aux perçages près pour les têtes). Les jeux sont très bons, on sent une forte compression lorsque l’on bouche une extrémité et que l’on force le déplacement du piston.
(edit : le propriétaire de l’aspirateur s’est montré un peu moins enthousiaste sur ma méthode ;). Mais ça reste tout de même plus simple de nettoyer un aspirateur qu’un atelier complet…)

13/12 : 3h de FAO. J’ai avancé pas mal de pièces en FAO, il ne reste plus qu’à trouver du temps machine pour les réaliser. J’ai profité d’un petit créneau le soir pour lancer les perçages des bouchons (pour les solidariser aux cylindres). Temps d’usinage environ une heure, mais essentiellement du temps machine, j’avais mis des avances très lentes pour le perçage inox, histoire de ne pas casser de foret dans la pièce.

Petite photo de famille des pièces déjà usinées. On y vois les cylindres, un piston et le socle.

Petite photo de famille des pièces déjà usinées. On y vois les cylindres, un piston et le socle.

06/01 : 2h30 d’usinage sur centre. Réalisation des deux supports de cylindres verticaux. Pour réussi les deux supports, il aura fallu en faire 4 :( Une fraise cassé à la fin du contournage sur du second (alors que le premier s’était bien passé, mêmes paramètres), et casse d’un taraud dans le premier, lors du perçage des trous finaux (rageant à ce stade, merci à Alain pour sa patience, qui m’aura terminé la pièce en mon absence)

08/01 : 4h de FAO. les deux clamps auront demandé pas mal de réflexions et de galères pour arriver à un résultat utilisable. J’ai également terminé de découper mon brut d’alu à la scie sauteuse, promis, c’est la dernière fois que je fais ça comme ça, la prochaine fois, je prend les bruts à la bonne dimension. Au final, il va me manquer un peu de matière, dû aux deux pièces finalement assez importantes que j’aurais du refaire. Heureusement, c’est sur de l’alu, pas trop cher…

16/01 : 4h d’usinage plus retouches FAO. En fait, ça s’est fait en deux sessions, mais j’ai oublié de noter le jour précédent ;) Usinage des articulations des bielles. 4 pièces sur 6 sont terminées entièrement, les deux restantes en sont à 30%. Finalement, le plus difficile sur ces pièces reste de les tenir sans usiner les mors (on aura quand même un peu rayé la peinture…). En parallèle, je suis en train de regarder la faisabilité de faire le volant d’inertie en fonderie. Avantages : ça permet de faire une pièce plus jolie, et de faire ça en attendant que des créneaux sur le centre d’usinage se libèrent, inconvénients : pas sûr que le poids de la pièce finale soit suffisant, car je ne peux couler que de l’alu. Reste la possibilité de faire des inclusions pour lester tout ça, mais bonjour la galère à équilibrer. Bref, je regarde ce qui est faisable ou pas :)

Les bielles

Les bielles

22 et 24/01 : 5h d’usinage et FAO. Réalisation des pinces de serrages pour les culasses. Elles ne sont pas encore terminées mais déjà fonctionnelles (une dernière passe esthétique est encore nécessaire). 6 opérations d’usinages pour en venir à bout, et donc autant de travail FAO. Comme toujours, ce qui est long c’est de trouver le bon système pour caler la pièce, et l’ordre le plus logique pour les opérations. Petit à petit, je deviens autonome sur le centre d’usinage. Je fais les fichiers FAO, place les pièces correctement, fait les origines et relance les usinages. Alain est toujours là pour lancer le premier cycle histoire de vérifier qu’on ne va rien casser… Merci à lui!

DIY – Générateur de Marx

C’est pas encore l’heure des bonnes résolutions, mais je renoue ici avec une de mes passion premières, un peu délaissée ces derniers temps : la haute tension.
Le montage auquel je me suis attaqué aujourd’hui est assez simple dans son fonctionnement, il s’agit d’un générateur de Marx, qui permet de multiplier une tension. L’avantage de ce montage, est qu’outre sa simplicité, la tension de sortie est directement proportionnelle au nombre d’étages mis en jeux (aux pertes près).

Générateur de Marx

Générateur de Marx

Le concept consiste à charger X condensateurs en parallèles, et les décharger en série. Pour arriver à un pareil résultat, on va utiliser des éclateurs. En effet, tant que la tension  aux bornes du condensateur ne dépasse pas une certaine tension, rien ne se passe, les condensateurs se chargent tranquillement, et la tension à leurs bornes augmente peu à peu.

Charge

Charge

 

Mais lorsque cette tension est atteinte, un arc électrique se produit sur l’éclateur, qui deviens ainsi conducteur.

Décharge. En bleu ciel, les arcs électriques

Décharge. En bleu ciel, les arcs électriques

(oui, désolé pour les couleurs un peu flashy, ça pique les yeux, je sais)
Pour que ça fonctionne (bien), il y a tout de même quelques paramètres importants à respecter. Déjà, il faut que la tension d’alimentation soit suffisamment élevée pour pouvoir produire un arc électrique, sinon les éclateurs ne fonctionneront pas. Ensuite, les résistances de charges. J’ai un peu galéré pour trouver des résistances correctes pour ce montage. Au début, j’étais partis avec des résistances couches carbone (les classiques), mais rapidement les arcs sont passés par le côté de la résistance, détruisant celles-ci. J’ai ensuite voulu utiliser des résistances de puissances en céramique. Mauvaise idée : elles ont été détruites en totalité sur un seul shoot. Je suspecte plus la déflagration d’avoir endommagé l’intérieur que la chauffe proprement dite car elles étaient sensées tenir plus que les couches carbone, ce qui n’aura pas été le cas ici. Finalement, j’ai utilisé des résistances bobinées de puissances, et après quelques dizaines de minutes de fonctionnement, tout à l’air en ordre de marche. Dernier point, la distance entre les éclateurs est relativement importante, c’est d’elle que dépendra la « tension de claquage »

Mon générateur de Marx

Mon générateur de Marx

Comme on peut le voir sur la photo, mon générateur est constitué de 6 étages, ce qui multiplie donc par 6 la tension d’entrée… En théorie. En effet, mes éclateurs étant difficiles à régler, ma tension de claquage est assez loin du maximum débité par mon alimentation. Au final, je dois arriver à une tension de 10Kv par condensateur, soit 60Kv en sortie.
Les éclateurs sont de simples fils de cuivre recourbés, passés au papier de verre pour enlever l’émail.

Le générateur en action

Le générateur en action. Le père Noël fait 12cm

Petit détail pour ceux qui serais tentés par l’expérience, et qu’il est difficile de rendre sur une photo : C’est extrêmement bruyant !! (genre mitraillette dans le salon)