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Dispositif de contrôle automatique.
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Le principe de fonctionnement du circuit peut s'ex- pliqner à partir du bloc diagramme général nontré par la fig. 1.
Un multivibrateur, suivi d'un adaptateur de charge délivre un signal alternatif d'ondes rectangulaires nécessaire à l'alimentation d'un pont à courant constant en A, dans les branches duquel se trouvent, d'une part, les sondes introduites dans le sol, et, d'autre part, la résistance variable RV né- cessaire au réglage. La symétrie des signaux est indispensable pour éviter la polarisation des électrodes.
Le niveau de signal alternatif recueilli anx bornes des sondes (entre 0 et B) sera fonction de l'état du sol situé entre celle-ci. Ce niveau variable est fonction de l'humidité du sol.
Par contre, le niveau de signal alternatif recueilli entre C et 0 aux bornes de l'élément de réglage est fonction de la valeur affichée, à partir de laquelle le contrôle d'arrosage s'effectuera normalement
C'est un niveau de référence ajusté en-fonction de l'état du terrain que l'on désire obtenir.
Ces deux niveaux sont appliqués sur les deux entrées d'un amplificateur différentiel fonctionnant en détecteur de zéro.
Le niveau de sortie obtenu en D est proportionnel à la différence des niveaux en B et C et du gain de l'étage différentiel.
Le signal en D, est en phase avec le signal aux bornes des sondes (en 3) tant que le niveau de référence (en C) est inférieur au niveau obtenu en 3.
Ce signal est amplifié de façon à obtenir un niveau suffisant en E, pour de faibles niveaux obtenus en D. (cas d'un contrôle d'arrosage avec un terrain très humide).
Le niveau de tension positive en C, nécessaire à la commande de Trigger est obtenu à partir du signal en E par un détecteur en synchronisation de phase avec le signal fourni par le multivibrateur en F.
Le sorte que le signal de sortie de l'acplificateur n'est redressé à sa valeur de crête que lorsqu'il est en phase avec le signal apparaissant en P, correspondant, au cas où le niveau aux bornes des sondes est supérieur au niveau de référence, donnant ainsi l'information favorable à la commande du Trigger si le niveau détecté (en G) est suffisant.
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L'arrosage s'effectuant, l'humidité va augmenter en- gendrant une diminution de la résistivité du sol entre les sondes; le signal alternatif aux bornes de celle-ci va décroître, ainsi que le signal de commande du Trigger.
Lorsque le niveau détecté ne sera plus suffisant pour maintenir l'arrosage, le Trigger basculera à son état de re- pos, l'arrosage sera interrompu par fermeture de l'électrovanne.
La fig. 2 montre la forme ainsi que les phases res- pectives des signaux observés en A. B. C. D. E. F. donnant lieu dans ce cas à l'apparition d'un niveau positif en G.
Observer que l'humidité du sel peut continuer à dé- croître après l'arrêt de l'arrosage, par l'action dans le sol du front d'eau ou de phénomènes atmosphériques tels que la pluie, variation de la température, etc...
Dans ce cas le niveau de tension recueilli aux bornes des sondes peut être plus faible que le niveau de référence. Le signal apparaissant à la sortie de l'amplificateur {en E) peut être de grande amplitude mais en opposition de phase avec le signal de synchronisation du détecteur synchrone, et seule l'alternance négative pourra subsister en E.
Aucun niveau positif sera obtenu en G et l'électrevanne sera maintenue fermée.
La fig. 3 met en évidence la forme et les phases respectives des signaux ootenus aux différents points cités, donnant lieu à un niveau nul en détection.
La fig. 5 montre le schéma du multivibrateur réalise, suivi de l'adaptateur nécessaire pour conserver un signal alternatif symétrique en A d'amplitude maximale.
La fréquence de fonctionnement du multivibrateur est fixée à 1 kHz.
Le multivibrateur est constitué par T1 et T2 (BC 148) et ne pourra délivrer en sortie qu'un signal de faible amplitude, soit en négligeant le courant de base devant le courant collecteur.
La tension négative de base ne pourra qu'être inférieure et satisfaire Vbeo 5 v.
Un adaptateur constitué par T (BC 148) sera néces- saire pour la commande du pont, de façon à obtenir en A une amplitude de signal peu différente de la valeur de la tension d'ali- mentation, avec une chargeabilité plus importante, de manière à ne pas provoquer de dissymétrie sur le signal par la charge du pont.
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Le pont de commande du détecteur de zéro est con-
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atitui par R 1- R27 Rv (résistance variable pour le réglage) et RI (résistance du sol entre les deux sondes SI et S2)' L'appareil devant permettre le contrôle de l'arro-
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sage sur une plage de réglage situé entre 600.Q. et 20 kit-, fixons la valeur de Rv à 22 k avec une résistance talon de 470 Û.
La fig. 6 montre l'amplificateur différentiel conatituant le détecteur de zéro.
Le fonctionnement de cet étage est obtenu par T4 et T5 (BC 148) polarisé en classe A.
Les signaux recueillis aux bornes des sondes et de
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R7 sont appliques sur les bases de T 4 et T 5 au travers de C - 0,47 uF.
L'amplitude du signal obtenu en D à la sortie de 1'amplificateur différentiel est proportionnel à la différence des niveaux obtenus en B et C et fonction du gain G, en tension
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de l'étage V D ... G (V (]; - Co
Le signal en D sera en phase avec le signal de commande en 1 lorsque : V# > V# et sera en opposition de phase avec le même signal en A lorsque
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fi) < V Le niveau de signal obtenu en D sera nul avec v T 'B- TouifolS. :e niv*au de sortie risque de ne pas être dt&#plttud uff tee.: er.: importante pour obtenir, après détection, le niveau continu necessaire à la commande du Trigger.
Un amplificateur de liaison situé entre l'étage différentiel et la détection synchrone sera utile pour aug- .enter la sensibilité du dispositif.
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L'amplificateur n4cessaire à l'augmentation d'amplitude du signal obtenu en D est rpr3en1 par la fig. 7.
Cet amplificateur est on8ltul de TT (Be 148) polarisa en clause puauc3oesturér. de isor 1 favoriser l'alternance positive du signal obtenu (en E) avec >Jn amplitude suffisante pour obtenir (en G) le niveau de tesios n/cessaire 1 la commande
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du trigger, avec un faible écart de tension entre sonde et réfé- rence.
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L'amplitude saxisals du signal obtenu (en eze à la sortie de 1* a=.z-ificalleir de détection est uniquement fonction du pont cor.s4t:G par R¯ ¯ la résistance équivalente à R 3 et 'R4
La fig. 8 montre le circuit de détection synchrone.
Le but de la détection synchrone est de redresser le signai alternatii (en E) à sa valeur positive de crête, de façon à obtenir (en G) à l'entrée du trigger au niveau continu détecté VG suffisant au basculement de celui-ci.'
Mais ce niveau ne devra apparaître (en G) que lorsque la résistance offerte par le sol entre les sondes est supérieure
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à celle affichée par :?P. C'es! la condition d'enclenchement de l'arrosage.
Dans le cas contraire, le niveau détecté (en G) devra être porté à une valeur pratiquement nulle-
L'arrosage ne doit pas être enclenché puisque dans ce cas la résistasse du sol entre les sondes est plus faible que celle fixée par Rv.
Examinons ces deux cas de fonctionnement :
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,er > Cas'? n0ß 'R-
Dans ce cas le signal de sortie de l'amplificateur (en E) est en phase avec le signal aux bornes des sondes et celui
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obtenu (en F) sur le nuitivibrateur.
A l'alternance positive la diode Dsera conductrice et D2 sera bloquée,
Le niveau détecta VG sera 3 V environ.
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2- cas.' BSOL; Ry
Dans ce cas le signai (en E) est en opposition de phase avec le signa- obtenu aux bornes des sondes et celui exis-
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tant (en F) sur le ult1v1braeur.
Ainsi, lors de l'apparition de l'alternance positive (en E) le transistor '1" du sultivibrateur est saturé provoquant la conduction de D2.
Le courant délivre' {en E) est écoulé à la masse au
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travers de D et de 11--space colleczeur émetteur de T1.
Le niveau VG sera G. V.
Ce niveau c'étant pas suffisant pour faire basculer le trigger l'arrosage ne sera jamais obtenu dans ce cas.
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Le Trigger nJcessare à. la cor-tande d'électrovanne
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Ce tr¯gge= est composa de trois transistors (BC 148), T (pc 186 ou 3C 18z), et T;O (AC x8?). ;
Les trois transistors sont montés en composite, et seront bloqués au repas.
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La tension dté.lt.et;1:"''Ur aux bornes de R.,... sera. fixée
El par IR circulant dans R5 8 k, cette résistance ayant pour rôle de réaliser l'effet de bascule du circuit au moment de la conduction de T10
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Le courant de maintien I de leélectrovanne ouverte m
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sera fourni par '.::'O au travers de .
Mais le courant d'appel au moment de l'ouverture de l'électrovanne, ne peut pas être fourni directement par T10 au travers de Rm.
Un t'étage supplémentaire constitué par T11 (AC 187) a pour rôle de se saturer au moment de la conduction de T10 (Fig. 10).
Le transistor sera saturé tant que le courant de charge du condensateur C au travers de R6 = 470 # et l'espace base émetteur de T11 restera, suffisant pour maintenir le VBE nécessaire aux bornes de Rb5 = 820 #.
Ainsi, pendant tout le temps de conduction de T11 la résistance Rm se trouve shuntée par l'espace collecteur-émetteur de T11
La charge de collecteur de T10 est alors uniquement
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constituée par la rés1qtance interne de lélectrovanne R. 27 IL Il faut pouvoir maintenir l'electrovanne ouverte. lojrsque T., sera bloque, et tant que Tj sera conducteur.
Le détail de cet 4tage est montré sur la fig. ''i, il est constitua d'!ui tansstnr etc t48) polarisé en classe à. La déviation du galvanomètre est fonction de l'état du sol par rap-
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port à la valeur de ia résistance de rêf4rence (Ry)* Cette déviation est minimale lorsque la résistance du son est faible par rapport à EV .
La déviation maximale (v 1/2 échelle) lorsque la ré- sistance du sol entre les sondes atteint une valeur plus importante que la résistance de référence Rv.
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Lorsque la résistance du sol sera égale à Ry 1'aigui13e du galvanomètre sera placé approximativement au centre de l'échelle.'
Ainsi, la position de l'aiguille permet de se rendre compte de la variation de l'humidité du sol dans le temps, par rap- est représenté par la fig. 9.
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port à la valeur de la résistance de référence fixée préalablement en actionnant le curseur de Rv
Le détecteur de contre-ordre représenté fig. 12 a pour rôle d'interdire le basculement du trigger lors d'un ensoleil- lement trop important.
On désire l'arrosage lorsque la résistance de cellule estinférieure à RORP 800
En parallèle sur la cellule ORP63 un contre-ordre par anémomètre pourra être branché.
Pour une vitesse importante de vent l'anémomètre éta- dira un contact venant court-circuiter R et bloquera T8 (fig. 13).
On peut prévoir tout autre contact d'interdiction ther- momètre à contact, hygromètre, baromètre, etc...
La fig. 14 montre le dispositif d'intercontrôle dont le fonctionnement intervient lors du branchement de plusieurs appa- reils avec une source d'alimentation commune, ou séparée (avec la borne positive d'alimentation commune).
Lorsque l'arrosage sera autorisé par un appareil, l'électrovanne correspondante s'ouvrira (T10 conducteur).
Un relais connecté en parallèle sur l'électrovanne, ayant deux circuits repos-travail, va passer en position travail (T) amenant les diodes D des autres appareils, en conduction, bloquant ainsi tous les transistors T9 des appareils au repos. Si bien que le VBE des transistors T9 va passer à VD 0,2 V, ce qui est insuffi- sant pour faire conduire T9 lorsque T8 sera conducteur.
Lorsque appareil en fonctionnement sera revenu au repos, son contact relais repassera en position repos (T10 bloqué) et l'arrosage pcurra Etre autorisé par un autre appareil.
Le deuxième circuit repos-travail est prévu pour une commande de pompe électrique (P) laquelle peut être mise en fonction. nement pour puiser l'eau, dès qu'une électrovanne s'ouvre.
Avec un tel système, l'arrosage s'effectue avec une pression constante puisqu'un seul appareil est en fonctionnement à la fois.
Une telle utilisation est souvent utile pour le con- trôle de l'arrosage sur une grande étendue de terrain.
Plusieurs appareils peuvent alors être montés en série et réunis ensemble par une connexion commune aux points A - B - C - D etc... (fig. 14).
L'alimentation en eau peut être commune à l'entrée des
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électrovannes puisqu'une seule sera ouverte à la fois.
Les résultats de mesures sont ceux relevés sur le circuit décrit dans cette description.
Les oscillogrammes représentés fig. 17 mettent en évidence le courant d'appel nécessaire à la commande de l'élec- trovanne. le montage de mesure est rep senté par la fig. 16. la commande automatique d'électrovanne s'effectue à partir des informations fournies par des électrodes surveillant l'humidité du sol. le choix du seuil de déclenchement est laissé à l'initiative de l'utilisateur qui peut observer sur indicateur à aiguille l'état du sol par rapport à la valeur de "sécheresse" choisie pour arroser. Une entrée pour contre-ordre est prévue.
Six appareils peuvent être interconnectés pour éviter l'arrosage simultané sur plusieurs points.
3'appareil fonctionne sur 12 V et consomme 1,6 mA en attente.
Une description complète (y compris les circuits imprimés) est fournie pour cette réalisation (11 transistors).
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Automatic control device.
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The operating principle of the circuit can be explained from the general block diagram shown in fig. 1.
A multivibrator, followed by a charging adapter delivers an alternating rectangular wave signal necessary to supply a constant current bridge in A, in the branches of which are, on the one hand, the probes introduced into the ground, and, on the other hand, the variable resistor RV required for adjustment. The symmetry of the signals is essential to avoid polarization of the electrodes.
The level of the alternating signal collected at the terminals of the probes (between 0 and B) will depend on the state of the ground located between it. This variable level is a function of the soil moisture.
On the other hand, the level of the alternating signal collected between C and 0 at the terminals of the adjustment element depends on the displayed value, from which the watering control will be carried out normally.
It is a reference level adjusted according to the state of the ground that one wishes to obtain.
These two levels are applied to the two inputs of a differential amplifier operating as a zero detector.
The output level obtained in D is proportional to the difference between the levels in B and C and the gain of the differential stage.
The signal at D is in phase with the signal at the terminals of the probes (at 3) as long as the reference level (at C) is lower than the level obtained at 3.
This signal is amplified so as to obtain a sufficient level in E, for low levels obtained in D. (case of a watering control with a very wet ground).
The positive voltage level at C, necessary for the trigger control, is obtained from the signal at E by a detector in phase synchronization with the signal supplied by the multivibrator at F.
The so that the output signal of the amplifier is rectified to its peak value only when it is in phase with the signal appearing at P, corresponding, to the case where the level at the terminals of the probes is greater than the level of reference, thus giving information favorable to the trigger control if the level detected (in G) is sufficient.
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As the watering is carried out, the humidity will increase, causing a decrease in the resistivity of the soil between the probes; the AC signal across the latter will decrease, as will the trigger control signal.
When the level detected is no longer sufficient to maintain watering, the Trigger will switch to its idle state, watering will be interrupted by closing the solenoid valve.
Fig. 2 shows the shape as well as the respective phases of the signals observed in A. B. C. D. E. F. giving rise in this case to the appearance of a positive level in G.
Observe that the humidity of the salt can continue to decrease after stopping watering, by the action in the soil of the water front or by atmospheric phenomena such as rain, temperature variation, etc. ..
In this case, the voltage level collected at the terminals of the probes may be lower than the reference level. The signal appearing at the output of the amplifier (in E) can be of great amplitude but in phase opposition with the synchronization signal of the synchronous detector, and only the negative half-wave can remain in E.
No positive level will be obtained in G and the solenoid valve will be kept closed.
Fig. 3 shows the shape and the respective phases of the signals ootenus at the various points mentioned, giving rise to a zero level in detection.
Fig. 5 shows the diagram of the multivibrator produced, followed by the adapter necessary to maintain a symmetrical AC signal in A of maximum amplitude.
The operating frequency of the multivibrator is fixed at 1 kHz.
The multivibrator is made up of T1 and T2 (BC 148) and can only deliver a low amplitude signal at the output, ie by neglecting the base current in front of the collector current.
The basic negative voltage can only be lower and satisfy Vbeo 5 v.
An adapter constituted by T (BC 148) will be necessary for the control of the bridge, so as to obtain in A a signal amplitude little different from the value of the supply voltage, with a greater chargeability, of so as not to cause asymmetry on the signal by the load of the bridge.
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The zero sensor control bridge is connected.
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atitui by R 1- R27 Rv (variable resistor for adjustment) and RI (ground resistance between the two probes SI and S2) 'The device having to allow the control of the water
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wise over an adjustment range between 600.Q. and 20 kit-, let's set the value of Rv to 22k with a heel resistance of 470 Û.
Fig. 6 shows the differential amplifier constituting the zero detector.
The operation of this stage is obtained by T4 and T5 (BC 148) polarized in class A.
The signals collected at the terminals of the probes and
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R7 are applied to the bases of T 4 and T 5 through C - 0.47 uF.
The amplitude of the signal obtained in D at the output of the differential amplifier is proportional to the difference between the levels obtained in B and C and a function of the gain G, in voltage
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of the stage V D ... G (V (]; - Co
The signal at D will be in phase with the control signal at 1 when: V #> V # and will be out of phase with the same signal at A when
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fi) <V The signal level obtained in D will be zero with v T 'B-TouifolS. : e level * at the output may not be dt uff tee .: er .: important to obtain, after detection, the continuous level necessary for controlling the trigger.
A link amplifier located between the differential stage and the synchronous detection will be useful to increase the sensitivity of the device.
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The amplifier necessary for increasing the amplitude of the signal obtained at D is rpr3en1 in FIG. 7.
This amplifier is on8ltul of TT (Be 148) polarized in clause puauc3oesturér. of isor 1 favor the positive alternation of the signal obtained (in E) with> Jn sufficient amplitude to obtain (in G) the level of tesios required 1 the command
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of the trigger, with a low voltage difference between probe and reference.
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The saxisal amplitude of the signal obtained (in eze at the output of 1 * a = .z-ificalleir of detection is only a function of the bridge cor.s4t: G by R¯ ¯ the resistance equivalent to R 3 and 'R4
Fig. 8 shows the synchronous detection circuit.
The aim of synchronous detection is to rectify the alternating signal (in E) to its positive peak value, so as to obtain (in G) at the input of the trigger the detected continuous level VG sufficient for the switching of the latter. '
But this level should only appear (in G) when the resistance offered by the ground between the probes is greater.
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to that displayed by:? P. These! the condition for starting the watering.
Otherwise, the detected level (in G) must be brought to a practically zero value.
Watering must not be switched on since in this case the soil resistance between the probes is lower than that set by Rv.
Let's examine these two cases of operation:
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, er> Case '? n0ß 'R-
In this case the output signal of the amplifier (at E) is in phase with the signal at the terminals of the probes and that
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obtained (in F) on the night vibrator.
At the positive half-wave the diode D will be conducting and D2 will be blocked,
The level detected by VG will be approximately 3V.
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2 cases.' BSOL; Ry
In this case, the signal (at E) is in phase opposition with the signal obtained at the terminals of the probes and that which exists
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as (in F) on the ult1v1braeur.
Thus, during the appearance of the positive half-wave (in E) the transistor '1' of the sultivibrator is saturated causing the conduction of D2.
The current delivered '(in E) is flowed to the mass at
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through D and 11 - space colleczeur emitter of T1.
The VG level will be G. V.
This level is not sufficient to switch the watering trigger will never be obtained in this case.
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The Trigger needs to be. the solenoid valve control
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This tr¯gge = is composed of three transistors (BC 148), T (pc 186 or 3C 18z), and T; O (AC x8?). ;
The three transistors are assembled in composite, and will be blocked with the meal.
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The voltage dté.lt.et; 1: "'' Ur across R., ... will be. Fixed
El by IR circulating in R5 8 k, this resistor having the role of achieving the toggle effect of the circuit at the time of conduction of T10
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The holding current I of the open solenoid valve m
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will be provided by '. ::' O through.
But the inrush current when the solenoid valve opens cannot be supplied directly by T10 through Rm.
An additional stage formed by T11 (AC 187) has the role of saturating at the time of conduction of T10 (FIG. 10).
The transistor will be saturated as long as the charging current of capacitor C through R6 = 470 # and the emitter base space of T11 remains, sufficient to maintain the necessary VBE across Rb5 = 820 #.
Thus, throughout the conduction time of T11, the resistor Rm is shunted by the collector-emitter space of T11
The collector load of T10 is then only
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constituted by the internal resistance of the solenoid valve R. 27 IL It is necessary to be able to keep the solenoid valve open. when T., will be blocked, and as long as Tj is a driver.
The detail of this 4th stage is shown in fig. '' i, it is constituted of! ui tansstnr etc t48) polarized in class to. The deviation of the galvanometer depends on the condition of the soil compared to
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taken to the value of the reference resistance (Ry) * This deviation is minimal when the sound resistance is low compared to EV.
The maximum deviation (v 1/2 scale) when the ground resistance between the probes reaches a value greater than the reference resistance Rv.
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When the ground resistance is equal to Ry, the sharpener of the galvanometer will be placed approximately in the center of the scale.
Thus, the position of the needle makes it possible to take account of the variation in soil moisture over time, compared with is represented by FIG. 9.
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port to the value of the reference resistance set beforehand by operating the Rv cursor
The counter-order detector shown in fig. 12 has the role of preventing the tilting of the trigger when there is too much sunlight.
Watering is desired when the cell resistance is less than RORP 800
In parallel on the ORP63 cell, a counter-order per anemometer can be connected.
For high wind speeds, the anemometer will make a contact short-circuiting R and block T8 (fig. 13).
Any other prohibition contact can be provided for a contact thermometer, hygrometer, barometer, etc.
Fig. 14 shows the inter-control device, the operation of which occurs when several devices are connected with a common power source, or separate (with the positive common power supply terminal).
When watering is authorized by a device, the corresponding solenoid valve will open (T10 conductive).
A relay connected in parallel to the solenoid valve, having two rest-work circuits, will switch to the work position (T) bringing the diodes D of the other devices into conduction, thus blocking all the transistors T9 of the devices at rest. So that the VBE of transistors T9 will change to VD 0.2 V, which is insufficient to make T9 conduct when T8 is conductive.
When the appliance is back in operation, its relay contact will return to the idle position (T10 blocked) and watering will be authorized by another appliance.
The second rest-work circuit is provided for an electric pump control (P) which can be activated. to draw water, as soon as a solenoid valve opens.
With such a system, watering is carried out with constant pressure since only one device is in operation at a time.
Such use is often useful for controlling irrigation over a large area of land.
Several devices can then be mounted in series and joined together by a common connection at points A - B - C - D etc ... (fig. 14).
The water supply may be common at the inlet of the
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solenoid valves since only one will be open at a time.
The measurement results are those recorded on the circuit described in this description.
The oscillograms represented in fig. 17 show the inrush current required to control the solenoid valve. the measuring set-up is shown in fig. 16. The automatic control of the solenoid valve is carried out on the basis of information supplied by electrodes monitoring soil moisture. the choice of the triggering threshold is left to the initiative of the user, who can observe on a needle indicator the state of the soil in relation to the “drought” value chosen for watering. An entry for counter-order is planned.
Six devices can be interconnected to avoid simultaneous watering on several points.
The device operates on 12 V and consumes 1.6 mA in standby.
A complete description (including printed circuits) is provided for this embodiment (11 transistors).