Sciences de l’ingénieur programme 2011 Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2 THÈME SOCIéTAL Santé : assistance médicale PROBLéMATIQUE Pour un débit réglé sur l’appareil, vérifier l’autonomie de la batterie, respecte-t-elle le cahier des charges ?   OBJECTIFS Mise en œuvre des systèmes dans leurs conditions réelles d’exploitation. Mesure de l’écart entre les performances attendues et les performances estimées par la mesure du courant consommé. Analyse des performances du système et modification de l’autonomie. - Modélisation des courants consommés Mesure de l’écart performances simulées / performances mesurées. SITUATION DANS LE CYCLE DE FORMATION 1ème année du cycle terminal (début de première année) Lycée Voltaire Legrand Bruno et Carillet André

Sciences de l’ingénieur programme 2011 Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2 PROBLÈME TECHNIQUE Vérification de l’autonomie de la batterie et modification du choix de la technologie. CENTRES D’INTÉRÊT Expérimenter et mesurer la consommation énergétique du pousse seringue. Analyser les constituants du système réel d’un point de vue structurel. Mettre en œuvre un protocole de mesure. ORGANISATION DE LA CLASSE Le laboratoire est équipé de deux systèmes réel instrumentés . La séquence s’adresse à une partie de la classe selon les effectifs. Il est possible de mettre en parallèle 2 études de cas différents (sécateur, voiture RC, etc). Lycée Voltaire Legrand Bruno et Carillet André

Sciences de l’ingénieur programme 2011 Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2 Aide à l’assistance médicale Besoin Libérer le personnel médical Quelques indications du cahier des charges -Plage de débit -Choix automatique de la seringue -Précision sur les débits -Seuil d’occlusion -Autonomie électrique Grandeurs mesurables -Débit -Vitesse de déplacement linéaire -Vitesse de rotation du moteur -Energie électrique consommée Grandeurs simulées -Programmation de la commande du moteur. -Vérification de la rotation du moteur. - Modélisation de la consommation Lycée Voltaire Legrand Bruno et Carillet André

Sciences de l’ingénieur programme 2011 Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2 Déroulement de la séquence L M J V S D Semaine 1 Semaine 2 TP(2h) C/TD(2h) Evaluation sommative Rest(2h) Séquence Lycée Voltaire Legrand Bruno et Carillet André

Sciences de l’ingénieur programme 2011 Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2 Résumé des compétences attendues   Compétences Analyser Modéliser Expérimenter Communiquer A1 A2 A3 B1 B2 B3 B4 C1 C2 D2 D3 N° Séance 1 TP 2 Cours 3 TD 4 Com. 5 Evaluation

Sciences de l’ingénieur nouveau programme Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2 Semaine 1 : Capacités à transmettre Analyser Compétences attendues Connaissances Capacités A1 Fonction d’usage. Identifier et caractériser les fonctions de services. A2 Architecture fonctionnelle -Identifier composants -Décrire les rôles respectifs Chaîne d’énergie. Identifier et décrire la chaîne d’énergie Analyser les apports d’énergie (transfert, stockage). Impact environnemental Evaluer l’impact environnemental (matériaux, énergie, nuisances). A3 Analyse des écarts -Quantifier les écarts entre valeurs attendues et valeurs mesurées. -Quantifier les écarts entre la simulation et les valeurs attendues. Lycée Voltaire Legrand Bruno et Carillet André

Sciences de l’ingénieur programme 2011 Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2 Semaine 1 : suite des capacités à transmettre Modéliser Compétences attendues Connaissances Capacités B1 Energie et puissance. Décrire les lois d’évolution des grandeurs. Utiliser les lois et relations entre les grandeurs. B2 Chaîne d’énergie Associer un modèle aux composants d’une chaîne d’énergie. B3 Paramètre d’une simulation Adapter les paramètres de simulation. B4 Modèles de connaissances Vérifier la compatibilité des résultats obtenus (amplitudes et variations) avec les lois et principes physiques d’évolution des grandeurs. Lycée Voltaire Legrand Bruno et Carillet André

Sciences de l’ingénieur programme 2011 Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2 Semaine 1 : suite des capacités à transmettre Expérimenter Compétences attendues Connaissances Capacités C1 Prévision quantitative de la réponse du système. Identifier le comportement du système et prévoir l’ordre de grandeur de la mesure. C2 Appareils de mesure et principe d’utilisation. Mettre en œuvre Ampèremètre voltmètre. Utilisation d’un tableur afin de réaliser les calculs et présenter la courbe de l’autonomie du P.S. en fonction du débit. Communiquer Compétences attendues Connaissances Capacités D2 Internet Effectuer une synthèse des informations. D3 Production de documents Production d’un diaporama. Lycée Voltaire Legrand Bruno et Carillet André

Sciences de l’ingénieur programme 2011 Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2 Semaine 1 : Contenu TP COURS TD Mesure de l’autonomie électrique (durée 2h) Analyse du besoin Analyse fonctionnelle Identifier les composants réalisant l’alimentation et le stockage électrique. Mesure du débit de la batterie en cours de fonctionnement. Tracé de la courbe d’autonomie de la batterie (tableur) en fonction du débit affiché. Conclure sur la validité entre l’autonomie mesurée et calculée et celle du CDFC. Mesure du courant de recharge de la batterie et détermination du temps de recharge. Les accumulateurs (durée 1h) Caractéristiques: Tension d’une cellule élémentaire, énergie stockée, débit maxi. Principe de charge Décharge (loi de Peuklert) Synthèse des accumulateurs (tableau masse, volume, densité énergétique) Les condensateurs (durée 1h) Constitution Energie emmagasinée Charge et décharge Comparaison énergétique. Modélisation (durée 1h) Modifier les paramètres du moteur pour s’approcher au plus près de la consommation du PS Mesure en simulation du courant consommé par la batterie pour différentes valeurs de débit (modification de la durée des pas.) Mesure des écarts entre réel et simulé. Conversion AC/DC (durée 1h) -Transformateur -Redresseur -Filtrage Calcul et choix d’un condensateur de filtrage d’une tension redressée en fonction du courant consommé. Lycée Voltaire Legrand Bruno et Carillet André

Sciences de l’ingénieur programme 2011 Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2 Développement de la séquence et de ses séances Lycée Voltaire Legrand Bruno et Carillet André

Sciences de l’ingénieur programme 2011 Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2 Semaine 1 TP TP: Mesure de l’autonomie électrique du PS Prérequis : Mesure de I et U . Documents fournis: Schéma de l’alimentation du P.S. Courbes de décharge batterie. Dossier technique. Objectifs élève: -Mesurer la consommation du P.S. et en déduire l’autonomie de la batterie pour différents débits. -Comparer les résultats avec le cahier des charges comment améliorer l’autonomie du pousse seringue. >> Lycée Voltaire Legrand Bruno et Carillet André

Sciences de l’ingénieur programme 2011 Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2 Semaine 1 : TP travail à effectuer 1)Compléter le diagramme pieuvre puis le schéma fonctionnel. 2)Retrouver le nom des composants réalisant l’alimentation. 2) Mettre en place les appareils de mesure (V et A). Mesurer la consommation de la batterie du P.S. pour différents débits. 3) le tracer de l’autonomie pour différentes mesures. Sous Tableur. 4) Quantifier les écarts entre les résultats précédents avec les courbes de Peuklert. 5) Quantifier les écarts avec le cahier des charges et les mesures obtenues trouver une solution pour améliorer cette autonomie. 6) Proposer un protocole pour mesurer l’autonomie réelle. >> >> >> Lycée Voltaire Legrand Bruno et Carillet André

Sciences de l’ingénieur programme 2011 Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2 Semaine 1 : Cours Caractéristiques générales de batteries Durée:1h 1 Tension d’un élément 2 Quantité électrique stockée 3 Energie stockée 4 Courant de charge 5 Courant de décharge 6 Tableau récapitulatif des densités massiques énergétiques Lycée Voltaire Legrand Bruno et Carillet André

Sciences de l’ingénieur programme 2011 Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2 Semaine 1 : TP travail à effectuer Les condensateurs 1) Définitions Constitution Capacité électrique Capacité énergétique 2) Charge Décharge Courbe Equation temporelle 3) Supercondensateur 4) Comparaison des différents stockage électrique Lycée Voltaire Legrand Bruno et Carillet André

Sciences de l’ingénieur programme 2011 Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2 Semaine 1 : TD travail à effectuer A partir du schéma sous Proteus : - Retrouver et modifier les valeurs internes du moteur pour s’approcher au plus près du réel. Modéliser la consommation de la partie commande. Durée:10mn - A partir de relation vitesse moteur/débit. Calculer les valeurs de période d’un pas pour les valeurs extrêmes de débit. Durée:10mn - Modifier les valeurs dans Flowcode et implanter cette valeur dans Proteus. Durée:20mn - Mesurer le courant total débité par l’alimentation pour les valeurs extrêmes. - Conclure sur la validité des modèles. Durée:15mn >> REMARQUE : Pendant cette heure de TD, les élèves possèdent les simulations correspondant à leur montage de TP et donc à un questionnement différent à adapter suivant le cas. Lycée Voltaire Legrand Bruno et Carillet André

Sciences de l’ingénieur programme 2011 Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2 Semaine 1 : TD suite Modéliser la consommation maxi du P.S. par une résistance. Durée:10mn Retrouver la relation de la variation de U aux bornes de C en considérant que celui-ci se décharge sous I constant. (Q=CU Q=It) Durée:20mn Calculer la valeur de ΔUc pour différentes valeurs de C (pour la consommation maximale du P.S.) Vérifier les valeurs obtenues à l’aide de Proteus. Retrouver sur le schéma la valeur de C de filtrage calculer ΔUc maximal. Vérifier les valeurs à l’aide de Proteus. Remarque: Durant cette heure le questionnement du TD sera commun à tous les élèves. Lycée Voltaire Legrand Bruno et Carillet André

Sciences de l’ingénieur programme 2011 Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2 Semaine 2 : Restitution Pour chaque groupe: préparation d’un diaporama afin d’exposer : - Leurs mesures effectuées pour déterminer l’autonomie du système ainsi que leurs résultats. - Une analyse sur la validité et les limites des valeurs de simulation. *PS écart de I en fonction du débit non attendu en simulation, *sécateur non prise en compte du couple nécessaire a l’extension du ressort. *Non prise en compte des accélérations et décélération en fonctionnement normal d’utilisation. Une analyse du type de batteries (avantages inconvénients) *Plomb pour pousse seringue, NImH voiture RC, CdNi sécateur). Choix du temps de charge (avantages inconvénients) (rapide voiture RC, lent pour le PS et sécateur) Durée:1heure Présentation à la classe de 20mn pour chaque groupe. Lycée Voltaire Legrand Bruno et Carillet André

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Sciences de l’ingénieur nouveau programme Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2 Semaine 1 : TD suite Lycée Voltaire Legrand Bruno et Carillet André

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Fp1 injecter de façon régulière un liquide thérapeutique au patient selon un débit programmé. Fp2 libérer le personnel médical pour d’autres interventions. Fc3 avertir le personnel d’un dysfonctionnement. Fc4 prévenir de la fin de la perfusion. Fc5 accepter différents types de seringues, mise en place aisée et rapide de la seringue. Fc6 le support ne doit pas glisser. Fc7 être facile à nettoyer pour faciliter le fonctionnement en milieu aseptisé. Fc8 être alimenté sous 240 V et sous alimentation continue ou alternative de 12 Volts et avoir une autonomie de plusieurs heures en cas de défaillance de la tension secteur. ? Seringue liquide et cathéter milieu hospitalier support personnel médical patient POUSSE SERINGUE énergie <<