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BTS – CONCEPTION et INDUSTRIALISATION en MICROTECHNIQUES SESSION 2010 Épreuve E

BTS – CONCEPTION et INDUSTRIALISATION en MICROTECHNIQUES SESSION 2010 Épreuve E 4 : Conception préliminaire d’un système microtechnique Durée : 4 heures Coefficient : 2 AUCUN DOCUMENT AUTORISÉ MOYENS DE CALCUL AUTORISÉS Calculatrice de poches y compris les calculatrices programmables, alphanumériques ou à écran graphique à condition que leur fonctionnement soit autonome et qu’il ne soit pas fait usage d’imprimante (conformément à la circulaire 99-186 du 16 novembre 1999). Le sujet comporte 3 dossiers :  Dossier technique (DT 1 à DT 12)  Dossier Travail Demandé (TD 1 à TD 7)  Dossier Documents Réponses (DR1 à DR6) Les candidats rédigeront les réponses aux questions posées sur les « documents réponses » prévus à cet effet ou sur feuille de copie. Tous les documents réponses mêmes vierges sont à remettre en fin d’épreuve. BTS – CONCEPTION et INDUSTRIALISATION en MICROTECHNIQUES SESSION 2010 Épreuve E 4 : Conception préliminaire d’un système microtechnique Durée : 4 heures Coefficient : 2 MICRO-PIPETTE DE LABORATOIRE DOSSIER TECHNIQUE Ce dossier comporte 13 documents repérés DT1 : Présentation DT2 : Analyse fonctionnelle DT3 : Chaîne fonctionnelle et organigramme de fonctionnement DT4 : FAST DT5 : Schémas cinématiques de la chaîne d’action DT6 et DT7 : Documentation moteurs à courant continu DT8 : Caractéristiques du microcontrôleur et des diodes DT9 à DT11: Ponts en H disponibles pour la conception DT12: Accumulateurs et packs accumulateurs disponibles pour la conception Conception préliminaire d’un produit microtechnique Dossier technique BTS CIM – Micropipette de laboratoire repère DT 1 A. Présentation d’une micro pipette mécanique La pipette est un matériel de laboratoire (analyse médicale, pharmaceutique, recherche, …) permettant d’aspirer ou de distribuer (action de pipetage) une dose calibrée de liquide qui peut être visqueux, infecté… La pipette est un instrument de dosage de précision à part entière, elle doit être qualifiée, vérifiée ou étalonnée périodiquement. Objectif de l’étude : Evolution d’une pipette mécanique vers une pipette motorisée électronique. La conception préliminaire portera :  Le système motorisé permettant le pipetage.  L’électronique embarquée permettant d’asservir le système. Nota : la reconception du système manuel d’éjection des pointes, afin d’améliorer l’ergonomie, est hors étude. Cette évolution permettra :  Action de pipetage indépendante de l’expérience de l’utilisateur.  Meilleure justesse et répétabilité Piston Lecture du volume réglé sur affichage numérique Ejecteur de pointe Pointe (embout de distribution ou d’aspiration) Conception préliminaire d’un produit microtechnique Dossier technique BTS CIM – Micropipette de laboratoire repère DT 2 B. Analyse fonctionnelle (partielle) Diagramme des inter-actions (méthode Apte) FP1 : Permettre à l’utilisateur d’aspirer ou de distribuer une dose de liquide FP2 : Permettre à l’utilisateur d’éjecter les pointes FC1 : Alimenter en énergie FC2 : Etre ergonomique FC3 : S’adapter au milieu ambiant FC4 : S’adapter à différents liquides Caractérisation des fonctions de service Fonctions Critères Performances FP1 Volume d’une dose Vitesse de pipetage Modes de fonctionnement Purge Erreur de justesse Erreur de répétabilité Température d’utilisation De 50 à 1200 µl, incrément 10 µl 3 vitesses programmées Trois Oui 0.06 % à 0.9 % 0.05 % à 0.3 % 15° - 40° FP2 Manœuvre Manuelle FC1 Autonomie Tension d’alimentation 500 cycles de pipetage batterie rechargeable 6 V FC2 Prise en main et manipulation Manuel d’utilisation Confortable et aisée Oui FC3 Etanchéité Réciproque FC4 Compatibilité Tout type de liquide Nombre de produits prévus : 10 000 / an Micro Pipette Liquide Utilisateur Énergie FP1 FC4 FC1 FC2 FC3 FP2 Milieu Ambiant Pointes Conception préliminaire d’un produit microtechnique Dossier technique BTS CIM – Micropipette de laboratoire repère DT 3 C. Chaîne fonctionnelle D. Organigramme de fonctionnement Aspiration d’une dose de liquide Distribution d’une dose de liquide Réducteur Capteur de position angulaire Système de blocage Système de transformation Rotation en Translation Piston de la pompe  m Cm  1 C1  1 C1 V1 F1 Débit Q Pression P Moteur à courant continu non Mise en fonctionnement du moteur Déplacement du piston Distribution du liquide Blocage de la chaîne Arrêt du moteur oui Dose distribuée = Dose programmée Nota : La dose aspirée est supérieure à la dose programmée La dose programmée étant distribuée, il reste du liquide dans la pompe. Le reliquat sera éjecté par une action ultérieure de l’utilisateur (purge). oui non Mise en fonctionnement du moteur Déplacement du piston Aspiration du liquide Dose aspirée = Dose programmée Blocage de la chaîne Arrêt du moteur Déblocage de la chaîne Déblocage de la chaîne Conception préliminaire d’un produit microtechnique Dossier technique BTS CIM – Micropipette de laboratoire repère DT 4 E. FAST FP1 : Permettre à l’utilisateur d’aspirer ou de distribuer une dose de liquide FT2 : Contrôler le sens de rotation du moteur FT21 : Commander le moteur Pont en H Transistors µcontrôleur Programme FT5 : Contenir les différents éléments Boîtier FT1 : Déplacer le piston de la pompe FT11 : Transformer l’énergie électrique en énergie mécanique Moteur FT12 : Réduire la vitesse réducteur FT13 : Transformer mvt de rotation en mvt de translation Système de transformation FT41 : Bloquer la chaîne FT4 : Figer la position du piston FT42 : Arrêter le moteur Système de blocage µcontrôleur Programme FT3 : Contrôler le volume aspiré ou distribué Capteur de position FT31 : Détecter la position du piston FT32 : Gérer la purge du surplus µcontrôleur Programme FC1 : Alimenter en énergie FT6 : Connecter les accus à la carte FT7 : Permettre le remplacement FT71 : Se mettre en place FT72 : Accéder facilement Logement Trappe Connecteur Accumulateurs FT8 : Charger les accumulateurs FT81 : Connecter au chargeur Connecteur Conception préliminaire d’un produit microtechnique Dossier technique BTS CIM – Micropipette de laboratoire repère DT 5 F. Schémas cinématiques de la chaîne d’action Trois solutions sont envisagées pour le système de transformation de mouvement : Solution 1 : système pignon - crémaillère Solution 2 : système vis - écrou Solution 3 : came à rainure Capteur Capteur Capteur Vue dessus réducteur Vue face Système + pompe Corps de pompe Piston Roue dentée Piston Corps de pompe Piston Conception préliminaire d’un produit microtechnique Dossier technique BTS CIM – Micropipette de laboratoire repère DT 6 G. Documentation moteurs à courant continu Conception préliminaire d’un produit microtechnique Dossier technique BTS CIM – Micropipette de laboratoire repère DT 7 Documentation moteur - suite Conception préliminaire d’un produit microtechnique Dossier technique BTS CIM – Micropipette de laboratoire repère DT 8 H. Caractéristiques du microcontrôleur Le microcontrôleur utilisé est un ATMEL Mega 169P I. Diodes disponibles pour la conception Version CMS Quantité Prix HT pour paquet de 5 1 1,49 Euros 5 1,27 Euros 20 0,74 Euros 50 0,53 Euros 100 et plus 0,47 Euros Conception préliminaire d’un produit microtechnique Dossier technique BTS CIM – Micropipette de laboratoire repère DT 9 J. Ponts en H disponibles pour la conception 1.Pont ZHB6718 Version CMS Quantité Prix unitaire HT 1 – 24 4,71 Euros 25 - 99 3,04 Euros 100 - 999 1,91 Euros 1000 et plus 1,61 Euros Il est nécessaire d'adjoindre à ce pont quatre diodes (Cf. DT8) pour obtenir le fonctionnement désiré. Conception préliminaire d’un produit microtechnique Dossier technique BTS CIM – Micropipette de laboratoire repère DT 10 2.Pont SI9986 Version CMS Quantité Prix unitaire HT 1 – 9 3,83 Euros 10 – 99 3,45 Euros 100 - 249 3,09 Euros 250 - 499 2,80 Euros 500 et plus 2,38 Euros Conception préliminaire d’un produit microtechnique Dossier technique BTS CIM – Micropipette de laboratoire repère DT 11 3.Pont à base de transistors discrets Pont à base de 2 transistors NPN Zetex BCX68 et 2 transistors PNP Zetex BCX69 Pour le PNP Zetex BCX69 Pour le NPN Zetex BCX68 Quantité Prix unitaire HT Quantité Prix unitaire HT 5 - 20 0,27 Euros 5 - 20 0,47 Euros 25 - 95 0,186 Euros 25 - 95 0,30 Euros 100 - 245 0,158 Euros 100 - 245 0,193 Euros 250 - 995 0,151 Euros 250 - 995 0,161 Euros 1000 et plus 0,144 Euros 1000 et plus 0,134 Euros Conception préliminaire d’un produit microtechnique Dossier technique BTS CIM – Micropipette de laboratoire repère DT 12 Il est nécessaire d'adjoindre à ce pont quatre diodes (Cf. DT8) pour obtenir le fonctionnement désiré. Conception préliminaire d’un produit microtechnique Dossier technique BTS CIM – Micropipette de laboratoire repère DT 13 K. Accumulateurs disponibles pour la conception L. Packs accumulateurs disponibles pour la conception BTS – CONCEPTION et INDUSTRIALISATION en MICROTECHNIQUES SESSION 2010 Épreuve E 4 : Conception préliminaire d’un système microtechnique Durée : 4 heures Coéfficient : 2 MICRO-PIPETTE DE LABORATOIRE DOSSIER TRAVAIL DEMANDÉ Temps conseillé Lecture du sujet : 30 min Etude de la fonction FP1 Activité 1 : 15 min Activité 2 : 25 min Activité 3 : 20 min Activité 4 : 15 min Activité 5 : 20 min Activité 6 : 20 min Activité 7 : 20 min Activité 8 : 15 min Activité 9 : 20 min Etude de la fonction FC1 Activité 10 : 20 min Activité 11 : 20 min Conception préliminaire d’un produit microtechnique Dossier travail demandé BTS CIM – Micro pipette de laboratoire Repère TD 1 A- Etude uploads/s1/ e4-2010-micropipette.pdf