{"id":4060,"date":"2024-04-20T17:12:31","date_gmt":"2024-04-20T16:12:31","guid":{"rendered":"https:\/\/avionicsduino.com\/?page_id=4060"},"modified":"2025-09-26T21:56:38","modified_gmt":"2025-09-26T20:56:38","slug":"les-capteurs-de-pression-de-lefis","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/avionicsduino.com\/index.php\/fr\/les-capteurs-de-pression-de-lefis\/","title":{"rendered":"Les capteurs de pression de l’EFIS"},"content":{"rendered":"\n

(Capteurs de pression de l’EFIS, page mise \u00e0 jour par Benjamin le 20\/04\/2024)<\/em><\/p>\n\n\n\n

L’EFIS AvionicsDuino utilise deux capteurs de pression. Un capteur de pression absolue (ou barom\u00e9trique) pour mesurer la pression statique ambiante, et un capteur diff\u00e9rentiel pour mesurer la diff\u00e9rence entre la pression statique et la pression totale \u00e0 l’extr\u00e9mit\u00e9 de la sonde de Pitot. Gr\u00e2ce au capteur absolu, l’EFIS peut calculer l’altitude, et gr\u00e2ce au capteur diff\u00e9rentiel, il peut calculer la vitesse de l’avion.<\/p>\n\n\n\n

Principes des capteurs de pression<\/h3>\n\n\n\n

Les capteurs de pression absolue poss\u00e8dent un seul port. Ils mesurent une pression par rapport au vide absolu. Ils peuvent \u00eatre repr\u00e9sent\u00e9s sch\u00e9matiquement sous la forme de deux compartiments s\u00e9par\u00e9s par une membrane \u00e9tanche (fig. 1). La pression \u00e0 mesurer P1<\/sub> est appliqu\u00e9e d’un c\u00f4t\u00e9 de la membrane, tandis que l’autre compartiment est ferm\u00e9 herm\u00e9tiquement, il y r\u00e8gne le vide absolu, donc une pression P0<\/sub> nulle. La d\u00e9formation de la membrane refl\u00e8te la pression appliqu\u00e9e \u00e0 l’entr\u00e9e.<\/p>\n\n\n

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Figure 1 : Repr\u00e9sentation sch\u00e9matique d’un capteur de pression absolue. Ce sch\u00e9ma provient du site AMSYS<\/a>.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Les capteurs de pression diff\u00e9rentielle poss\u00e8dent deux ports, ils mesurent la pression P1<\/sub> d’un compartiment par rapport \u00e0 celle de l’autre, P2<\/sub> (fig. 2). La d\u00e9formation de la membrane refl\u00e8te la diff\u00e9rence de pression entre les deux ports.<\/p>\n\n\n

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Figure 2 : Repr\u00e9sentation sch\u00e9matique d’un capteur de pression diff\u00e9rentielle. Ce sch\u00e9ma provient du site AMSYS<\/a>.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Caract\u00e9ristiques des capteurs utilis\u00e9s<\/h3>\n\n\n\n

Les capteurs utilis\u00e9s dans l’EFIS sont commercialis\u00e9s par la soci\u00e9t\u00e9 AMSYS<\/a>. Il s’agit des r\u00e9f\u00e9rences AMS5915-1500-A pour la pression absolue et AMS5915-0050-D pour la pression diff\u00e9rentielle. Bien s\u00fbr, la membrane et les deux compartiments des sch\u00e9mas ci-dessus ne sont qu’une analogie commode pour expliquer le principe de base des capteurs de pression. Dans la r\u00e9alit\u00e9, ces capteurs combinent un \u00e9l\u00e9ment pi\u00e9zo-r\u00e9sistif en silicium de haute qualit\u00e9, sensible \u00e0 la pression, et un circuit int\u00e9gr\u00e9 d\u00e9di\u00e9 sp\u00e9cifiquement \u00e0 cette application, circuit qui se charge du conditionnement du signal pour offrir une sortie digitale avec une interface I2<\/sup>C.<\/p>\n\n\n\n

Le choix de capteurs \u00e0 sortie num\u00e9rique s’est impos\u00e9 pour des raisons de simplicit\u00e9 d’utilisation, de fiabilit\u00e9, de pr\u00e9cision et d’exactitude, bien que le co\u00fbt soit plus \u00e9lev\u00e9 que celui des capteurs analogiques. De plus, ces capteurs num\u00e9riques sont calibr\u00e9s, compens\u00e9s en temp\u00e9rature (gr\u00e2ce \u00e0 un capteur de temp\u00e9rature int\u00e9gr\u00e9) et offrent une sortie corrig\u00e9e des \u00e9carts de lin\u00e9arit\u00e9. Ils offrent une excellente r\u00e9solution sur 14 bits. Tout cela est possible gr\u00e2ce au microcontr\u00f4leur qu’ils embarquent et \u00e0 une EEPROM qui permet la sauvegarde des r\u00e9glages individuels de calibration d’usine. Les avantages par rapport \u00e0 un capteur analogique sont donc \u00e9vidents.<\/p>\n\n\n\n

Un crit\u00e8re de choix important de ces capteurs \u00e9tait aussi la pr\u00e9sence de ports faciles \u00e0 connecter aux circuits de pression statique et dynamique de l’avion.<\/p>\n\n\n\n

Choix du capteur utilis\u00e9 pour l’altim\u00e9trie<\/h3>\n\n\n\n

Pour les calculs d’altitude, dans la s\u00e9rie AMS5915, on avait le choix entre deux gammes de pression : 700 \u00e0 1200 mbar, ou 0 \u00e0 1500 mbar. Le premier choix aurait permis en th\u00e9orie une meilleure r\u00e9solution d’altitude entre 0 et 3000 m\u00e8tres (soit 10000 ft ou 700 hPa), mais ne permettait pas de mesurer des altitudes sup\u00e9rieures \u00e0 10 000 ft.<\/p>\n\n\n\n

Notre choix s’est donc port\u00e9 sur le capteur AMS5915-1500-A (0-1500 mbar). Il permet de mesurer les altitudes entre 0 et 5000 m\u00e8tres (16666 ft) que le MCR Sportster est capable d’atteindre. Soit des mesures de pression entre 1040 hPa au niveau de la mer et 540 hPa \u00e0 5000 m\u00e8tres. Donc une \u00e9tendue de 500 hPa seulement sur les 1500 possibles, soit 1\/3 de la gamme.<\/p>\n\n\n\n

Quelle r\u00e9solution d’altitude cela permet-il d’obtenir ? Dans la datasheet, on peut lire que le \u00ab\u00a0full span output\u00a0\u00bb (FSO) des capteurs de la s\u00e9rie AMS5915 (c’est \u00e0 dire la diff\u00e9rence alg\u00e9brique entre le signal de sortie \u00e0 la pression maximale sp\u00e9cifi\u00e9e, soit 14745 counts, et le signal de sortie \u00e0 la pression minimale sp\u00e9cifi\u00e9e, soit 1638 counts) est de 13107 counts (au lieu des 16384 auxquels on aurait pu s’attendre avec une r\u00e9solution \u00ab\u00a0pleine\u00a0\u00bb de 14 bits).<\/p>\n\n\n\n

Un tiers du FSO repr\u00e9sente donc 13107\/3 counts, soit 4369 counts. Donc pour des altitudes de 0 \u00e0 5000 m\u00e8tres (16666ft), on peut calculer une r\u00e9solution altim\u00e9trique th\u00e9orique de 16666\/4369=3.8 ft, soit \u00e0 peine plus d’un m\u00e8tre. La r\u00e9solution th\u00e9orique d’altitude que ce capteur permet d’obtenir est donc amplement suffisante et largement sup\u00e9rieure \u00e0 la r\u00e9solution d’un altim\u00e8tre analogique traditionnel \u00e0 aiguilles.<\/p>\n\n\n\n

Choix du capteur utilis\u00e9 pour les mesures de vitesses<\/h3>\n\n\n\n

Pour choisir le bon capteur, il convient de calculer pr\u00e9alablement la pression diff\u00e9rentielle obtenue \u00e0 la VNE de l’avion, soit 320 km\/h (173 kts, ou 89 m\/s) pour le MCR Sportster. A cette vitesse largement inf\u00e9rieure \u00e0 0.3 Mach, on peut consid\u00e9rer le r\u00e9gime d’\u00e9coulement comme incompressible, et donc utiliser la formulation simple du th\u00e9or\u00e8me de Bernoulli :<\/p>\n\n\n\n

V2<\/sup> = 2Pd\/1.225<\/strong><\/p>\n\n\n\n

o\u00f9 :
– V est la vitesse en m\/s,
– Pd est la pression diff\u00e9rentielle entre la pression statique et la pression totale, exprim\u00e9e en Pascals,
– 1.225 est la masse volumique de l’air en conditions standards au niveau de la mer, exprim\u00e9e en kg\/m\u00b3.<\/p>\n\n\n\n

Pour une vitesse de 320 km\/h, soit environ 89 m\/s, la pression diff\u00e9rentielle sera donc :<\/p>\n\n\n\n

Pd = 89 x 89 x 1.225 \/ 2 = 4852 Pa, soit 48.5 mbar<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Le capteur AMS5915-0050-D, capable de mesurer des pressions diff\u00e9rentielles comprises entre 0 et 50 mbar, est donc parfaitement adapt\u00e9 au MCR Sportster. Sur cet avion, quasiment toute la gamme de pression du capteur est donc exploit\u00e9e.<\/p>\n\n\n\n

Quelle r\u00e9solution de vitesse ce capteur permet-il d’obtenir ? Le FSO (de 0 \u00e0 50 mbar) est de 13107 counts, comme pour tous les capteurs de la s\u00e9rie AMS5915. En utilisant l’\u00e9quation ci-dessus, on peut calculer qu’une pression diff\u00e9rentielle de 50 mbar correspond \u00e0 une vitesse de 325 km\/h. La r\u00e9solution th\u00e9orique est donc de 325\/13107, soit 0,02 km\/h. Compte tenu de cette excellente r\u00e9solution, qui exc\u00e8de m\u00eame tr\u00e8s largement les besoins courants, on voit donc que ce m\u00eame capteur est \u00e9galement parfaitement adapt\u00e9 \u00e0 des a\u00e9ronefs moins rapides.<\/p>\n\n\n\n

Test des capteurs AMSYS<\/h3>\n\n\n\n

Deux capteurs en service dans un EFIS ont \u00e9t\u00e9 test\u00e9s en conditions r\u00e9elles, en vol. Deux autres capteurs, acquis r\u00e9cemment, sp\u00e9cialement pour l’occasion, ont \u00e9t\u00e9 test\u00e9s au banc.<\/p>\n\n\n\n

Les capteurs test\u00e9s en vol<\/h5>\n\n\n\n

Les tests en vol des capteurs de pression ont consist\u00e9 \u00e0 comparer les valeurs des vitesses et altitudes de l’EFIS AvionicsDuino avec les valeurs correspondantes d’un EFIS Dynon D10A install\u00e9 sur le m\u00eame avion. Voir ces comparaisons en bas de la page EFIS<\/a>. <\/p>\n\n\n\n

Les tests de vitesse en vol (capteur diff\u00e9rentiel)<\/h6>\n\n\n\n

Avant l’installation, on avait remarqu\u00e9 une erreur de z\u00e9ro du capteur diff\u00e9rentiel AMS5915-0050-D. Son signal de sortie pour une pression diff\u00e9rentielle nulle \u00e9tait de 1569 counts au lieu des 1638 counts sp\u00e9cifi\u00e9s dans la datasheet. Par contre, pour une pression diff\u00e9rentielle de 50 mbar, on obtenait bien des valeurs tr\u00e8s proches des 14745 counts pr\u00e9cis\u00e9s dans la datasheet. On avait donc modifi\u00e9 en cons\u00e9quence la constante digOutPmin <\/em>dans la biblioth\u00e8que AMS5915_simplified<\/em> du programme de l’EFIS, pour remplacer la valeur 1638 par 1569 (ligne 32 du fichier AMS5915_simplified.cpp). Pour un capteur ne pr\u00e9sentant pas cette erreur de z\u00e9ro, la valeur de la constante digOutPmin <\/em>doit \u00eatre de 1638.<\/p>\n\n\n\n

L’utilitaire permettant d’afficher le nombre de counts en sortie du capteur AMS5915-0050-D pour une pression diff\u00e9rentielle quelconque, comprise entre 0 et 50 mbar, est t\u00e9l\u00e9chargeable dans le d\u00e9p\u00f4t GitHub de l’EFIS<\/a>. Il s’agit du fichier test_AMS5915-0050-D_sensor.ino<\/em> dans le dossier util<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

Pour les tests en vol, on avait au pr\u00e9alable v\u00e9rifi\u00e9 de la fa\u00e7on la plus rigoureuse possible l’exactitude des donn\u00e9es des autres indicateurs de vitesse existants dans l’avion. <\/p>\n\n\n\n

V\u00e9rification manom\u00e9trique des an\u00e9mom\u00e8tres existants<\/h2>\n\n\n\n

Tout d’abord au sol, gr\u00e2ce \u00e0 un manom\u00e8tre \u00e0 eau, on s’est assur\u00e9 de l’exactitude de la vitesse indiqu\u00e9e par le Dynon D10A et par l’an\u00e9mom\u00e8tre Winter certifi\u00e9 qui est install\u00e9 juste \u00e0 c\u00f4t\u00e9 (fig. 3, 4, 5 et 6).<\/p>\n\n\n\n

En utilisant les formules mentionn\u00e9es plus haut, on peut calculer la vitesse indiqu\u00e9e qui doit \u00eatre lue sur l’instrument en appliquant une pression donn\u00e9e sur le tube de Pitot (fig. 3)<\/p>\n\n\n

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Figure 3 : Tableau indiquant la correspondance entre la pression appliqu\u00e9e sur le tube de Pitot et la vitesse indiqu\u00e9e.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

En utilisant un manom\u00e8tre \u00e0 eau et une seringue, on applique une pression connue sur le tube de Pitot (fig. 4). C’est exactement le m\u00eame dispositif que celui qui est utilis\u00e9 pour l’\u00e9talonnage des capteurs de pression, et qui est sch\u00e9matis\u00e9 sur la figure 9. Accessoirement, ce dispositif permet aussi de s’assurer de la stricte \u00e9tanch\u00e9it\u00e9 du circuit Pitot.<\/p>\n\n\n

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Figure 4 : Le dispositif utilis\u00e9 pour la mise en pression du tube de Pitot, gr\u00e2ce \u00e0 un manom\u00e8tre \u00e0 eau et une seringue.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

La figure 5 ci-dessous montre que la pression appliqu\u00e9e est de 300 mm H2O.<\/p>\n\n\n

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Figure 5 : La pression appliqu\u00e9e sur le tube de Pitot est de 300 mm H2O.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Cette pression de 300 mm H2O correspond \u00e0 une vitesse indiqu\u00e9e de 249 km\/h (tableau de la figure 3). On voit sur la figure 6 que la vitesse indiqu\u00e9e par le Dynon D10A et par l’EFIS AvionicsDuino est identique et strictement \u00e9gale \u00e0 la valeur calcul\u00e9e, \u00e0 savoir 249 km\/h. Il faut passer le curseur de la souris sur la photo pour l’agrandir.<\/p>\n\n\n

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Figure 6 : On voit la coh\u00e9rence parfaite entre la pression appliqu\u00e9e et les vitesses indiqu\u00e9es par l’EFIS AvionicsDuino \u00e0 droite, l’EFIS Dynon au centre et l’an\u00e9mom\u00e8tre Winter \u00e0 gauche. <\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

V\u00e9rification de coh\u00e9rence<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

On avait aussi v\u00e9rifi\u00e9 en vol la coh\u00e9rence des indications de vitesse fournies par l’an\u00e9mom\u00e8tre Winter et l’EFIS Dynon (fig. 7).<\/p>\n\n\n

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Figure 7 : La vitesse indiqu\u00e9e est strictement identique sur l’an\u00e9mom\u00e8tre Winter certifi\u00e9 (\u00e0 gauche) et sur l’EFIS Dynon D10A (\u00e0 droite).<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

V\u00e9rification par la technique des trois routes au GPS<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Enfin, on avait \u00e9galement v\u00e9rifi\u00e9 par la technique des 3 routes au GPS (r\u00e9f\u00e9rences ici <\/a>et l\u00e0<\/a>) l’exactitude de la vitesse propre de l’avion, ce qui est \u00e9galement la preuve de l’exactitude de la pression statique et donc du bon positionnement des prises statiques de l’avion (fig.8).<\/p>\n\n\n

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Figure 8 : R\u00e9sultats de 3 tests de contr\u00f4le de la vitesse propre par la technique des 3 routes au GPS. L’encadr\u00e9 sup\u00e9rieur correspond en haut aux vitesses sol et aux routes GPS relev\u00e9es, \u00e0 chaque fois sur 3 routes diff\u00e9rentes, au milieu, en gris\u00e9, aux calculs interm\u00e9diaires, et en bas, aux r\u00e9sultats des calculs aff\u00e9rents de vitesse et direction du vent, de vitesse propre et de cap. L’encadr\u00e9 du bas contient les relev\u00e9s des donn\u00e9es altim\u00e9triques, des temp\u00e9ratures ext\u00e9rieures, des vitesses indiqu\u00e9es, et en bas, les vitesses propres calcul\u00e9es correspondantes. On voit que les indications des an\u00e9mom\u00e8tres de l’avion sont parfaitement exactes.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

La figure 13 de la page EFIS<\/a> montre des vitesses parfaitement identiques entre les EFIS Dynon et AvionicsDuino. Ce qui valide le capteur utilis\u00e9 et les calculs aff\u00e9rents. Aucune autre correction logicielle que la modification de la constante digOutPmin <\/em>n’a donc \u00e9t\u00e9 n\u00e9cessaire.<\/p>\n\n\n\n

Les tests altim\u00e9triques en vol (capteur absolu)<\/h6>\n\n\n\n

Le r\u00e9glage logiciel du calcul des altitudes a \u00e9t\u00e9 un peu plus complexe. En affichant au sol le QNH du moment et du lieu sur les EFIS Dynon et AvionicsDuino, la bonne altitude du lieu s’affichait correctement sur le Dynon, mais on obtenait toujours une petite erreur d’altitude AMSL lue sur l’EFIS AvionicsDuino. Cette diff\u00e9rence \u00e9tait constante en signe et en valeur absolue \u00e0 chaque essai.<\/p>\n\n\n\n

Correction au sol<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Cette diff\u00e9rence a donc \u00e9t\u00e9 prise en compte en introduisant l’option de menu PrsCor <\/em>dans le menu GEN<\/em> de l’EFIS. Cette option permet d’ajouter un offset constant, sous la forme de la variable globale pressureCorrection<\/em>, \u00e0 la variable pressure<\/em>. Cette derni\u00e8re est la pression statique mesur\u00e9e par le capteur de pression absolue. Pour ajuster au sol l’option de menu PrsCor<\/em>, sans utiliser un autre altim\u00e8tre, il faut conna\u00eetre le QNH local et l’altitude exacte du terrain. <\/p>\n\n\n\n

En r\u00e9glant le QNH sur la valeur connue, il faut ajuster PrsCor <\/em>avec le codeur rotatif jusqu’\u00e0 lire l’altitude correcte du terrain. Il faut \u00e9ventuellement faire plusieurs essais sur diff\u00e9rents a\u00e9rodromes, \u00e0 diff\u00e9rentes dates, et avec diff\u00e9rentes valeurs de QNH, en notant \u00e0 chaque fois les \u00e9carts pour les moyenner. En effet, le QNH fourni par les ATIS ou les organismes de contr\u00f4le est \u00e9galement sujet \u00e0 de petites erreurs de mesure, et il n’offre une pr\u00e9cision qu’\u00e0 1 hPa pr\u00e8s, soit 28 ft d’altitude.<\/p>\n\n\n\n

Correction en vol<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

La figure 11 de la page EFIS<\/a> montre la comparaison des altitudes indiqu\u00e9es par les EFIS Dynon et AvionicsDuino lors d’une mont\u00e9e entre 0 et 5000 ft. Plusieurs essais analogues avaient mis en \u00e9vidence un minime exc\u00e8s d’altitude sur l’EFIS AvionicsDuino par rapport au Dynon. <\/p>\n\n\n\n

On avait postul\u00e9 que le Dynon affichait une valeur exacte, et on avait donc introduit dans le logiciel AvionicsDuino un coefficient correcteur, sous la forme de la variable altitudeCorrection<\/em>, \u00e9gale (pour notre EFIS) \u00e0 0.995 (donc pour corriger une erreur tr\u00e8s faible, de l’ordre de 0.5%). Voir \u00e0 la ligne 217 de la version 3.01 du programme de l’EFIS. Toutes les altitudes calcul\u00e9es par l’EFIS sont multipli\u00e9es par ce coefficient avant affichage sur l’\u00e9cran.<\/p>\n\n\n\n

Les \u00e9l\u00e9ments de comparaison<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Pour cette comparaison, comme indiqu\u00e9 plus haut, on avait donc postul\u00e9 l’exactitude des indications d’altitude de l’EFIS Dynon. En fait, on disposait dans l’avion utilis\u00e9 pour les tests de trois autres points de comparaison altim\u00e9trique qui permettaient de faire ce postulat sans trop de risque de se tromper : un altim\u00e8tre analogique, l’altim\u00e8tre int\u00e9gr\u00e9 au transpondeur, et l’altitude fournie par le GPS. <\/p>\n\n\n\n

En l’absence de ces quatre moyens permettant de comparer en vol les donn\u00e9es altim\u00e9triques de l’EFIS AvionicsDuino, l’exactitude de ces donn\u00e9es aurait \u00e9t\u00e9 plus difficile \u00e0 d\u00e9montrer. Faire des mesures dans un autre a\u00e9ronef n\u00e9cessite de pouvoir connecter l’altim\u00e8tre \u00e0 tester au circuit statique. L’emport en voiture de l’altim\u00e8tre \u00e0 tester lors d’un trajet en montagne est une option simple, \u00e0 condition d’\u00eatre en zone montagneuse. En connaissant l’altitude du lieu (indiqu\u00e9e sur les cartes) et le QNH r\u00e9gional, il est facile de tester ainsi un altim\u00e8tre. On va voir plus bas dans cette page comment v\u00e9rifier au sol un altim\u00e8tre avec un manom\u00e8tre \u00e0 eau.<\/p>\n\n\n\n

Cela nous donne l’occasion de rappeler au lecteur l’importance 1) des avertissements de la page d’accueil du site AvionicsDuino, et 2) du respect de la r\u00e9glementation. Pour des donn\u00e9es aussi importantes \u00e0 la conduite du vol que la vitesse et l’altitude, il est prudent, voire obligatoire, de disposer de redondances.<\/p>\n\n\n\n

Les capteurs test\u00e9s au banc<\/h5>\n\n\n\n

Pour les besoins de ces tests, deux capteurs neufs r\u00e9cemment acquis ont \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9s, un AMS5915-0050-D pour la pression diff\u00e9rentielle et un AMS5915-1500-A pour la pression absolue.<\/p>\n\n\n\n

Test du capteur diff\u00e9rentiel AMS5915-0050-D<\/h6>\n\n\n\n

Le manom\u00e8tre<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Pour ce test on a fabriqu\u00e9 et utilis\u00e9 le manom\u00e8tre \u00e0 eau sch\u00e9matis\u00e9 ci-dessous en figure 9. Un tube clair en U est partiellement rempli d’eau, \u00e9ventuellement additionn\u00e9e d’un colorant. Ce tube est positionn\u00e9 parfaitement verticalement. Une r\u00e8gle gradu\u00e9e en millim\u00e8tres permet de mesurer la diff\u00e9rence de hauteur des niveaux dans les deux branches du U (Fig. 4 et 5). <\/p>\n\n\n\n

Une des extr\u00e9mit\u00e9s du tube du manom\u00e8tre est laiss\u00e9e \u00e0 l’air libre, tandis que l’autre est connect\u00e9e \u00e0 un port du capteur de pression \u00e0 tester, l’autre port est laiss\u00e9 \u00e0 l’air libre. Un connecteur en T est ins\u00e9r\u00e9 entre le manom\u00e8tre et le capteur de pression ; il permet de connecter une seringue de 20 ml, laquelle permet d’appliquer au dispositif la pression \u00e0 mesurer.<\/p>\n\n\n

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Figure 9 : Dispositif permettant de tester un capteur de pression diff\u00e9rentielle. Le manom\u00e8tre \u00e0 eau est adapt\u00e9 \u00e0 une pression d’environ 50 hPa. Un tube clair en U contenant de l’eau et un colorant est dispos\u00e9 dans un plan vertical. Une extr\u00e9mit\u00e9 est laiss\u00e9e \u00e0 l’air libre. L’autre extr\u00e9mit\u00e9 est reli\u00e9e au capteur \u00e0 tester et \u00e0 une seringue de 20 ml gr\u00e2ce \u00e0 un raccord en T. La mise en pression du syst\u00e8me, en poussant le piston de la seringue, refoule la colonne d’eau. La diff\u00e9rence de hauteur d’eau entre les deux branches du U indique la pression en millim\u00e8tres d’eau.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Le montage<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Le capteur de pression \u00e9tait connect\u00e9 en I2C \u00e0 une carte Teensy 4.1 (fig. 10). N’importe quelle carte Teensy ou Arduino pourrait faire l’affaire.<\/p>\n\n\n

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Figure 10 : Montage exp\u00e9rimental du capteur de pression diff\u00e9rentielle AMS 5915-0050D sur une carte Teensy 4.1<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

M\u00e9thodologie du test<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

La carte Teensy 4.1 utilis\u00e9e dans notre exemple \u00e9tait aliment\u00e9e en USB par un PC. Le logiciel utilitaire de test cit\u00e9 plus haut \u00e9tait t\u00e9l\u00e9charg\u00e9 sur la carte Teensy (test_AMS5915-0050-D_sensor.ino<\/em>). Les r\u00e9sultats \u00e9taient affich\u00e9s sur l’\u00e9cran du moniteur s\u00e9rie de l’IDE Arduino. On a ainsi relev\u00e9 le nombre de counts pour diff\u00e9rentes valeurs de pression r\u00e9parties sur l’\u00e9tendue de la gamme de mesure du capteur.<\/p>\n\n\n\n

R\u00e9sultats<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Les r\u00e9sultats des 43 points de mesure r\u00e9alis\u00e9s ont \u00e9t\u00e9 saisis dans Microsoft Excel, ce qui a permis d’obtenir le trac\u00e9 de la figure 11. Il faut passer le curseur de la souris sur le graphique pour l’agrandir.<\/p>\n\n\n

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Figure 11 : R\u00e9sultats des mesures exp\u00e9rimentales sur un capteur diff\u00e9rentiel AMS5915-0050-D. Nombres de counts en fonction de la pression diff\u00e9rentielle appliqu\u00e9e au capteur, mesur\u00e9e par le manom\u00e8tre \u00e0 eau.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

On voit sur la figure 11 que la r\u00e9ponse du capteur est parfaitement lin\u00e9aire sur toute l’\u00e9tendue de la gamme de mesure. L’\u00e9quation de la droite de tendance est affich\u00e9e sur le graphique ; elle montre que la courbe croise l’axe des ordonn\u00e9es tr\u00e8s exactement \u00e0 1638 counts, ce qui est exactement la valeur attendue pour une pression diff\u00e9rentielle nulle. On voit aussi que pour une pression de 510 mm H2O, soit 50 millibars, c’est-\u00e0-dire la pression maximale sp\u00e9cifi\u00e9e, le nombre de counts est au voisinage imm\u00e9diat des 14745 counts attendus dans la datasheet.<\/p>\n\n\n\n

On peut en conclure que l’exactitude du capteur \u00e9tudi\u00e9 est excellente. La pr\u00e9cision est \u00e9galement excellente, puisque la dispersion des mesures autour de la droite de tendance est tr\u00e8s faible. Le lecteur attentif aura cependant remarqu\u00e9 que cette pr\u00e9cision est artificiellement am\u00e9lior\u00e9e par le filtrage digital assur\u00e9 par le logiciel de test.<\/p>\n\n\n\n

Test du capteur absolu AMS5915-1500-A<\/h6>\n\n\n\n

Le manom\u00e8tre<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Le probl\u00e8me pratique pour le capteur altim\u00e9trique est un peu plus complexe, car la gamme th\u00e9orique de pression absolue \u00e0 \u00e9tudier est plus \u00e9tendue, environ 500 hPa, comme on l’a vu plus haut. Si on voulait employer un manom\u00e8tre \u00e0 eau, cela repr\u00e9senterait une colonne d’eau de plus de cinq m\u00e8tres, ce qui n’est pas facile \u00e0 mettre en \u0153uvre. <\/p>\n\n\n\n

Les choses seraient plus simples avec un manom\u00e8tre \u00e0 mercure, mais ce type de manom\u00e8tre se fait rare, et sa pr\u00e9cision est inf\u00e9rieure \u00e0 celle du manom\u00e8tre \u00e0 eau. L’id\u00e9al serait de pouvoir utiliser un manom\u00e8tre \u00e9talon de laboratoire, mais c’est un outil peu r\u00e9pandu, on\u00e9reux et rarement accessible aux constructeurs amateurs d’a\u00e9ronefs. Enfin, les manom\u00e8tres ordinaires du commerce sont loin d’avoir la pr\u00e9cision n\u00e9cessaire.<\/p>\n\n\n\n

Nous avons donc choisi d’utiliser malgr\u00e9 tout un manom\u00e8tre \u00e0 eau, car c’est un instrument tr\u00e8s pr\u00e9cis, mais en limitant les mesures \u00e0 une colonne d’eau de seulement trois m\u00e8tres. Ce qui repr\u00e9sente une altitude d’environ 3000 m\u00e8tres (soit 10.000 ft), ce qui est d\u00e9j\u00e0 appr\u00e9ciable, la plupart des vols VFR se d\u00e9roulent en effet en dessous de 10.000 ft. Le dispositif exp\u00e9rimental est repr\u00e9sent\u00e9 en figure 12. Le principe est sensiblement le m\u00eame que pr\u00e9c\u00e9demment, mais adapt\u00e9 \u00e0 une d\u00e9pression importante, donc une hauteur d’eau beaucoup plus grande.<\/p>\n\n\n

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Figure 12 : Dispositif permettant de tester un capteur altim\u00e9trique (pression absolue). Le manom\u00e8tre \u00e0 eau repr\u00e9sent\u00e9 sur cette figure est adapt\u00e9 \u00e0 une d\u00e9pression d’environ 300 hPa. Un tube clair rectiligne vertical de 3 m\u00e8tres de longueur plonge \u00e0 sa partie basse dans un r\u00e9servoir de grande capacit\u00e9, ouvert \u00e0 l’air libre et contenant de l’eau \u00e9ventuellement color\u00e9e. En tirant sur le piston d’une seringue de 20 ml connect\u00e9e en haut de ce tube, on \u00e9tablit une d\u00e9pression par rapport \u00e0 la pression atmosph\u00e9rique. La hauteur de la colonne d’eau qui monte dans le tube vertical permet de mesurer cette d\u00e9pression. Le capteur de pression absolue est reli\u00e9 au syst\u00e8me par un connecteur en T. La quantit\u00e9 d’eau qui monte dans le tube vertical doit \u00eatre n\u00e9gligeable par rapport \u00e0 la capacit\u00e9 du r\u00e9servoir, ce qui permet de maintenir dans ce dernier un niveau constant qui facilite les mesures.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Montage et m\u00e9thodologie du test<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Pour ce test, le capteur de pression \u00e9tait connect\u00e9 en I2C \u00e0 une carte Teensy 4.1 aliment\u00e9e par la prise USB d’un PC. Les r\u00e9sultats obtenus \u00e9taient affich\u00e9s sur l’\u00e9cran du moniteur s\u00e9rie de l’IDE Arduino. Le montage exp\u00e9rimental \u00e9tait identique \u00e0 celui de la figure 10.<\/p>\n\n\n\n

L’utilitaire permettant d’afficher la pression absolue mesur\u00e9e en pascals et le nombre de counts en sortie du capteur AMS5915-1500-A est t\u00e9l\u00e9chargeable dans le d\u00e9p\u00f4t GitHub de l’EFIS<\/a>. Il s’agit du fichier test_AMS5915-1500-A_sensor.ino<\/em> dans le dossier util<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

R\u00e9sultats<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

On a r\u00e9alis\u00e9 une s\u00e9rie de 64 points de mesure en appliquant des d\u00e9pressions variables entre 0 et -3000 millim\u00e8tres d’eau. Pour chaque valeur de d\u00e9pression, on notait le nombre de counts, la pression absolue en pascals mesur\u00e9e par le capteur AMS5915-1500-A (calcul\u00e9e \u00e0 partir du nombre de counts), et la pression absolue mesur\u00e9e par le manom\u00e8tre \u00e0 eau. <\/p>\n\n\n\n

Cette derni\u00e8re mesure r\u00e9sulte d’un calcul prenant en compte d’une part la d\u00e9pression mesur\u00e9e par le manom\u00e8tre \u00e0 eau et d’autre part la pression atmosph\u00e9rique du moment (QNH d’un a\u00e9roport situ\u00e9 \u00e0 7 km) et l’altitude du lieu des mesures (relev\u00e9 topographique \u00e9tabli par un g\u00e9om\u00e8tre). <\/p>\n\n\n\n

Les r\u00e9sultats des mesures ont \u00e9t\u00e9 saisis dans Microsoft Excel, ce qui a permis d’obtenir le trac\u00e9 de la figure 13. Il faut passer la souris sur le graphique pour zoomer.<\/p>\n\n\n

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Figure 13 : R\u00e9sultats des mesures exp\u00e9rimentales sur un capteur de pression absolue AMS5915-1500-A. Comparaison entre les pressions en pascals mesur\u00e9es par le capteur et par un manom\u00e8tre \u00e0 eau, en fonction de la d\u00e9pression appliqu\u00e9e au capteur par rapport \u00e0 la pression atmosph\u00e9rique.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

On note d’une part la stricte lin\u00e9arit\u00e9 de la r\u00e9ponse du capteur, et d’autre part la superposition quasi parfaite de la droite de tendance repr\u00e9sentant les mesures en pascals du capteur avec celle des mesures faites \u00e0 l’aide du manom\u00e8tre \u00e0 eau.<\/p>\n\n\n\n

L\u00e0 encore, on peut conclure que l’exactitude du capteur absolu \u00e9tudi\u00e9 est excellente. La pr\u00e9cision est \u00e9galement excellente, la dispersion des mesures autour de la droite de tendance est faible.<\/p>\n\n\n\n

Sur le graphique ci-dessous (fig. 14), tir\u00e9 des m\u00eames donn\u00e9es exp\u00e9rimentales, on a repr\u00e9sent\u00e9 l’\u00e9volution de la sortie du capteur en counts en fonction de la pression absolue mesur\u00e9e par le manom\u00e8tre \u00e0 eau. En abscisse la pression absolue mesur\u00e9e en millibars (hectopascals), et en ordonn\u00e9e le nombre de counts du capteur. <\/p>\n\n\n\n

L’axe des abscisses s’\u00e9tend de 0 \u00e0 1500 millibars, soit la plage de pression absolue du capteur AMS5915-1500-A, et l’axe des ordonn\u00e9es s’\u00e9tend de 0 \u00e0 15.000 counts, ce qui correspond au \u00ab\u00a0full span output\u00a0\u00bb (FSO) des capteurs de la s\u00e9rie AMS5915 (pour rappel : la diff\u00e9rence alg\u00e9brique entre le signal de sortie \u00e0 la pression maximale sp\u00e9cifi\u00e9e, ici 1500 millibars, soit 14745 counts, et le signal de sortie \u00e0 la pression minimale sp\u00e9cifi\u00e9e, ici 0 millibars, soit 1638 counts).<\/p>\n\n\n\n

Les diff\u00e9rents points de mesure sont repr\u00e9sent\u00e9s en rouge sur le graphique. La courbe de tendance lin\u00e9aire est \u00e9tendue de part et d’autre de la plage des mesures.<\/p>\n\n\n

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Figure 14 : \u00c9volution du nombre de counts en sortie d’un capteur de pression absolue AMS5915-1500-A en fonction de la pression en millibars appliqu\u00e9e au capteur. En rouge, les points de mesure, et en pointill\u00e9s bleus la courbe de tendance lin\u00e9aire extrapolant entre 0 et 1500 millibars les mesures faites entre 700 et 1000 millibars.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

On remarque sur la figure 14 que le nombre de counts extrapol\u00e9 pour une pression nulle est de 1620, donc tr\u00e8s proche de la valeur attendue de 1638. Et pour 1500 millibars, l’\u00e9quation de la droite de tendance permet de calculer un nombre de counts \u00e9gal \u00e0 14\u00a0736, \u00e9galement tr\u00e8s proche de la valeur attendue de 14\u00a0745.<\/p>\n\n\n\n

Conclusions<\/h3>\n\n\n\n

Les capteurs de pression, comme tous les capteurs, peuvent \u00eatre entach\u00e9s d’erreurs qui affectent la pr\u00e9cision, l’exactitude ou les deux.<\/p>\n\n\n\n

La pr\u00e9cision, qui traduit la plus ou moins grande dispersion des valeurs, peut \u00eatre am\u00e9lior\u00e9e par le filtrage. On a vu sur les graphiques obtenus lors des essais au banc que la pr\u00e9cision des capteurs test\u00e9s est tr\u00e8s satisfaisante, la dispersion des diff\u00e9rents points de mesure de part et d’autre de la droite de tendance est faible, les points sont quasiment align\u00e9s.<\/p>\n\n\n\n

L’exactitude traduit l’\u00e9cart entre une mesure et la valeur r\u00e9elle de la grandeur mesur\u00e9e. Les capteurs test\u00e9s au banc se sont av\u00e9r\u00e9s tr\u00e8s exacts. On a vu que certains capteurs peuvent souffrir d’inexactitude, mais qu’il est parfois possible de corriger par voie logicielle cette erreur de fa\u00e7on satisfaisante, avec l’exemple du capteur diff\u00e9rentiel install\u00e9 dans l’EFIS AvionicsDuino. Un capteur diff\u00e9rentiel neuf affect\u00e9 d’une erreur de z\u00e9ro significative (>1 % du FSO) comme nous l’avons observ\u00e9 devrait cependant plut\u00f4t faire l’objet d’une demande d’\u00e9change sous garantie. D’o\u00f9 l’int\u00e9r\u00eat de pouvoir tester ces capteurs.<\/p>\n\n\n\n

Les capteurs de pression num\u00e9riques \u00e9quip\u00e9s de ports connectables aux circuits statique et dynamique d’un avion, et dont les prix restent compatibles avec un projet DIY comme celui de l’EFIS AvionicsDuino sont plut\u00f4t rares. <\/p>\n\n\n\n

En dehors des capteurs AMSYS de la s\u00e9rie AMS5915 que nous avons choisis pour l’EFIS, d’autres fabricants comme Honeywell et TE Connectivity proposent des capteurs aux caract\u00e9ristiques voisines et sensiblement dans la m\u00eame gamme de prix. Le capteur absolu Honeywell MPRLS 0025PA est utilis\u00e9 dans l’EMS AvionicsDuino pour la mesure de la pression d’admission. Et nous avons test\u00e9 un capteur diff\u00e9rentiel TE Connectivity de la s\u00e9rie 4515DO pour un projet en cours d’\u00e9valuation concernant la r\u00e9gulation automatique de l’AFR (Air Fuel Ratio) sur un moteur Rotax 912.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

(Capteurs de pression de l’EFIS, page mise \u00e0 jour par Benjamin le 20\/04\/2024) L’EFIS AvionicsDuino utilise deux capteurs de pression. Un capteur de pression absolue (ou barom\u00e9trique) pour mesurer la pression statique ambiante, et un capteur diff\u00e9rentiel pour mesurer la diff\u00e9rence entre la pression statique et la pression totale \u00e0 l’extr\u00e9mit\u00e9 de la sonde de … Continuer la lecture de « Les capteurs de pression de l’EFIS »<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"parent":0,"menu_order":0,"comment_status":"open","ping_status":"closed","template":"","meta":{"om_disable_all_campaigns":false,"_monsterinsights_skip_tracking":false,"_monsterinsights_sitenote_active":false,"_monsterinsights_sitenote_note":"","_monsterinsights_sitenote_category":0,"footnotes":""},"class_list":["post-4060","page","type-page","status-publish","hentry"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/avionicsduino.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/4060","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/avionicsduino.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/avionicsduino.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/avionicsduino.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/avionicsduino.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=4060"}],"version-history":[{"count":123,"href":"https:\/\/avionicsduino.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/4060\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":5030,"href":"https:\/\/avionicsduino.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/4060\/revisions\/5030"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/avionicsduino.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=4060"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}