Brevet FR2013240A1 — publié le 19700327

i 2013240 La présente invention est relative à un dispositif pour engendrer une tension continue égale à la valeur . efficace d'une tension alternative inconnue. On a proposé des dispositifs pour effectuer une mesure de ten-5 sion alternative sur la base d'une vraie valeur efficace que, dans lesquels il a généralement été nécessaire d'effectuer une mesure de zéro manuellement en observant la condition de zéro sur un appareil de mesure. Ceci ne convient pas en ce qui concerne le temps nécessaire pour régler le circuit, et est imprécis en ce 10 qui concerne le décalage dans le temps nécessaire pour établir la lecture de zéro. Les dispositifs qui permettent d'obtenir automatiquement le zéro par rapport à une tension continue de mémoire emmagasinée dans un condensateur ont été proposés mais ces dispositifs se sont avérés imprécis du fait de la dérive de la 15 tension de mémoire,due à des pertes inhérentes. L'invention vise donc à fournir un dispositif automatique à auto-équilibrage de transformation d'un courant alternatif en courant continu, qui remédie ou atténue les inconvénients des dispositifs décrits ci-dessus. Dans le dispositif suivant l'invention 20 toutes les commutations et tous les équilibrages sont rapides et automatiques et l'opératêur n'a aucune manipulation à effectuer. Ainsi, le facteur humain est complètement éliminé des mesures. Suivant l'invention, un convertisseur thermique est utilisé comme dispositif de mesure de base et sa sortie est comparée avec 25 une tension de mémoire appliquée aux bornes d'une résistance de précision. Le dispositif à mémoire fonctionne comme un convertisseur analogique-numérique du type utilisant un dispositif de comptage bidirectionnel et ayant un réseau somma- teur en échelle à résistance,alimenté par une tension de référence 30 stable de manière à établir rapidement une tension de mémoire -comme , fixe. Des que la tension de memoire est etablie/signale par 1 arrêt du compteur, une boucle de réaction est automatiquement établie pour faire en sorte qu'une tension continue de substitution porte automatiquement l'élément chauffant du convertisseur ther- , inconnue 35 inique a la meme temperature que lorsqu une tension alternative/ était appliquée et lorsque cette boucle est équilibrée, la tension continue substituée est la même que la valeur moyenne quadratique de la tension alternative inconnue et peut être lue par tout dispositif convenable. 4q Le temps nécessaire pour établir la tension de mémoire et 69 23870 2 2013240 pour équilibrer la tension continue de substitution est très court et le temps total pour une transformation de courant alternatif en courant continu par le dispositif suivant .1'invention est inférieur à 10 secondes environ. 5 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa raîtront au cours de la description qui va suivre. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple : la Fig. 1 est un schéma synoptique d'un dispositif suivant l'invention ; 10 la Fig. 2 est un schéma détaillé du circuit logique utilisé dans le dispositif de la Fig. 1. En se référant à la Fig. 1, un convertisseur thermique classique indiqué par la référence générale 10 comporte un élément chauffant 11 connecté entre la masse et, par l'intermédiaire d'un 15 atténuateur de réglage de gamme 12 à résistance série,au contact mobile 13a d'un relais 13 unipolaire à deux voies. Le relais 13 comporte tua premier contact fixe 14 connecté à une borne 15 de courant alternatif, et. un second contact fixe 16 connecté à une borne de sortie 17 de courant continu. thermo- _ 20 Le convertisseur thermique 10 comporte également un/couple 18 connecté à une de ses extrémités à une résistance de précision et à son autre extrémité à la borne d'entrée 20 d'un découpeur 21 clasèique. La tension continue Eengendrée par le thermo-couple 18 à la polarité représentée et des moyens que l'on va décrire 25 par la suite, engendrent une tension continue ^ aux bornes de la résistance 19, la tension E^ ayant la polarité représentée. Ainsi la tension d'entrée du découpeur 21 est égale à la différence ou à l'erreur entre les tensions Em et E^. Le découpeur, fonctionnant 1 ïi comme détecteur d'erreurs,convertit la tension continue d'erreur 30 en une tension alternative modulée par la valeur de l'erreur. Oette tension est amplifiée et démodulée dans le découpeur amplificateur 22 et est ensuite amplifiée par un amplificateur à courant continu 23 puis présentée à un comparateur de niveau 24 qui commande une porte 24a. Le comparateur de niveau détecte le niveau d'entrée par 35 rapport à la masse. Si le niveau est supérieur à la masse il dirige des impulsions provenant d'un générateur de signaux d'horloge 25 pour commander un compteur réversible 26 de manière qu'il effectue un comptage direct et si le niveau est inférieur à la masse il dirige des impulsions provenant de l'horloge 25 pour 40 commander le compteur 26 de manière qu'il effectue un comptage dé 69 23870 3 2013240 gressif. Si le signal d'entrée du comparateur 24 reste à la terre, n'indiquant aucune erreur, les portes restent ouvertes et le compteur s'arrête de compter. La sortie du compteur fournit des impulsions de commutation 5 commandées pour connecter un réseau en échelle à résistances 27 à une source 28 de tension de référence de manière à produire une tension de sortie qui varie par incréments au cours du comptage. Cette tension de sortie est amplifiée par un amplificateur intermédiaire 29 appliquée à la résistance de précision 19 comme tension 10 compensant la sortie de tension du thermocouple 18. Le réseau en échelle 27,combiné avec l'amplificateur intermédiaire 29 et la résistance 19, devient ainsi un registre de tension pour emmagasiner une tension de mémoire stable,égale à la tension continue de sortie du convertisseur thermique produite par la tension alterna-15 tive inconnue. Les éléments ci-dessus, pris ensemble, constituent une boucle d'auto-équilibrage pour établir line tension de mémoire qui est aussi stable qu'une tension de référence régulée et qui ne dépend pas d'effetsd'emmagasinage de condensateur nuisibles. 20 Les éléments individuels sont bien connus des spécialistes, mais leur combinaison suivant l'invention est nouvelle. Par exemple, le comparateur de niveau peut être du type représenté et décrit au paragraphe 15-5 page 465 de l'ouvrage intitulé "Puise and Digital circuits" publié par McGravt-Hill Book Co. Inc. New York, 1956. 25 Les circuits de commande peuvent être des circuits quelconques décrits dans l'ouvrage ci-dessus au chapître 15 commençant à la page 392. Le compteur réversible peut êtr du type décrit à la page 335 du même ouvrage. Le réseau en échelle ou sommateur 27 peut être du type décrit dans le brevet des Etats Unis d'Amérique n°2 537 427 30 pour emmagasiner une tension proportionnelle au nombre emmagasiné dans un compteur. On a décrit jusqu'à maintenant un dispositif pour établir une tension continue aux bornes d'une résistance 19?qui est égale à la tension de sortie d'un thermocouple 18, un mesureur de zéro 35 30 connecté comme représenté, indiquant la tension nulle à l'équilibre. Il devient maintenant nécessaire de substituer à la tension inconnue alternative une tension continue qui produise sur le thermocouple 18 une tension égale à la tension de mémoire établie aux 4q bornes de la résistance 19. Afin d'y parvenir au bout d'un temps 69 23870 4 2013240 minimal après l'établissement de la tension de mémoire fixe, on a prévu le reste du dispositif suivant l'invention qui va être décrit ci-dessous. La logique utilisée ici réside en ce que si le compteur, 5 lorsqu'il recherche le niveau de tension d'entrée ne reçoit pas une commande pour compter pendant une période de temps courte mais prédéterminée, il est supposé qu'un équilibre a été atteint et que le dispositif est prêt pour la substitution automatique de la tension continue. A cette fin, un circuit logique 31 à retard, con-10 necté pour recevoir des impulsions de déclenchement d'une porte s'arrête de compter pendant une période de temps prédéterminée égale par exemple à 5 secondes. A la fin de ce temps et si aucune impulsion de comptage n'est produite, le relais intermédiaire 13 15 est actionné et le contact mobile 13a est déplacé de manière à venir contre le contact fixe 16. On comprendra que l'amplificateur à courant continu 33, maintenant actionné par la tension de mémoire, fournit une sortie continue qui est appliquée à l'élément chauffant 11 de manière à 20 engendrer dans le thermocouple 18 une tension de réaction négative par rapport à la tension de mémoire aux bornes de la résistance 19. Cette tension de sortie se stabilise rapidement à un niveau continu égal à la valeur efficace la tension alter native initiale inconnue car les mêmes conditions d'équilibre 25 sont obtenues et la valeur inconnue peut être lue par tout dispositif de mesure convenable relié à la borne de sortie 17 de courant continu. Bien que tout circuit à retard convenable puisse être utilisé pour assurer la fonction logique nécessaire, un circuit utilisé 30 avec un succès réel dans le dispositif suivant l'invention va maintenant être décrit. En se référant à la Fig. 2, un transistor unijonction (UJT) 50 est représenté comme étant connecté en oscillateur à relaxation classique de manière à fournir des impulsions de'déclenchement à 35 un redresseur commandé au silicium 51 qui, lorsqu'il est déclenché, alimente une bobine 52 du relais intermédiaire 13 et déplace le contact 13a de manière qu'il vienne s'engager avec le contact 16. Comme il est bien connu dans la technique, la résistance 53 et le condensateur 54 peuvent être choisis de manière à établir une période d'oscillation de déclenchement prédéterminée. Les tran" 24a, fonctionne pour compteur 69 23870 5 2013240 sistors 55» 56 et 57 sont connectés sous forme de porte NI-OU de manière que le condensateur 54 soit réellement déchargé si l'un quelconque des transistors est rendu conducteur, aucune impulsion de déclenchement n'étant engendrée et le redresseur commandé au 5 silicium restant non conducteur avec la bobine 52 désexcitée. Les bornes 58 et 59 sont connectées de manière à recevoir des impulsions de comptage directes et inverses du compteur à par -tir de la porte 24a et lors de la fin de la dernière impulsion du compteur, soit à la borne 58 soit à la borne 59, les transistors 10 sont tous bloqués, le condensateur commence à se charger à travers la résistance 53 et» après un temps prédéterminé, c'est-à-dire 5 secondes,si aucune impulsion de déclenchement n'est reçue, le redresseur commandé au silicium 51 est déclenché et la bobine de relais 52 excitée pour déplacer le contact 13§ de manière qu'il 15 puisse venir contre le contact 16. Une fois que la bobine du relais 52 est excitée, l'oscillateur à relaxation à transistor unijonction peut être arrêté _en rendant conducteur le transistor 55 en connectant la borne 60 à une source 61 de potentiel positif, par exemple par les contacts normalement ouverts 62 du relais 13. 20 Ceci verrouille le relais 13 dans la position excitée ou actionnée. Les impulsions de déclenchement étant ainsi supprimées du redres- en seur commandé 51, celui-ci peut être rétabli à l'état bloqué/court-circuitant momentanément le circuit anode-cathode au moyen d'un bouton poussoir de remise à l'état initial 63, 25 II est évident d'après ce qui précède que l'on a fournit sui vant l'invention, un dispositif pour fournir automatiquement, rapidement et avec précision, par un procédé de transfert, une tension continue égale la valeur moyenne quadratique d'une tension alternative inconnue sans avoir à faire intervenir les techniques 30 de l'opérateur ni des décisions humaines. Le fait particulièrement important pour le dispositif de l'invention est d'atteindre une valeur de mémoire vraie sans emmagasinage à l'aide d'un condensateur,de prendre une décision logique que l'équilibre a été atteint, et d'effectuer le transfert automa-35 tique au mode continu. 69 23870 6 2013240 REVENDICATIONS 1) Dispositif pour fournir une tension continue égale à la valeur ■ efficace d'une tension alternative inconnue, caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur thermique ayant 5 une entrée et une sortie, l'entrée étant connectée à la tension alternative inconnue pour délivrer une tension continue à la sortie, des moyens destinés à délivrer une tension variable opposée audit signal continu du convertisseur thermique, un détecteur d'erreur adapté pour prélever un signal de commande proportionnel 10 à la différence entre la tension variable et le signal de sortie continu du convertisseur, des moyens de commande sensibles audit signal de commande pour augmenter ou réduire par incréments ladite tension variable jusqu'à ce qu'un équilibre soit atteint entre le signal de sortie continu du convertisseur et le signal variable, 15 des moyens automatiques sensibles à l'état d'équilibre pour supprimer la tension alternative de l'entrée du convertisseur thermique, de manière que ledit signal variable soit emmagasiné à la valeur atteinte, et pour connecter la sortie du détecteur d'erreur à l'entrée du convertisseur thermique de manière qu'une tension con-20 tinue égale à la valeur efficace de la tension alterna tive inconnue soit délivrée à l'entrée du convertisseur thermique lorsque le signal de sortie est équilibré par le signal emmagasiné. 2) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce 25 que les moyens de commande comprennent un comparateur connecté à la sortie du détecteur, et sensible au signal de commande pour engendrer des signaux de déclenchement, une porte alimentée par un générateur d'impulsions et délivrant des impulsions à un compteur réversible pour compter dans le sens direct ou dans le sens inverse, 30 et des moyens alimentés par le compteur réversible pour délivrer un signal de tension qui varie par incréments en réponse à chaque compte, lesdites portes étant alimentées par lesdits signaux d.'ac-tionnement pour commander le compteur réversible de façon qu'il effectue un compte dans une direction propre à amener la valeur 35 du signal de tension variable à égalité avec la valeur du signal de sortie continu du convertisseur thermique. 3) Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens automatiques comportent un dispositif de commutation connecté de manière à recevoir des impulsions de la porte, 40 actionnable en réponse à la cessation des impulsions pendant 69 23370 7 2013240 un temps prédéterminé pour déconnecter la tension alternative l'entrée du convertisseur thermique et pour connecter la sortie du détecteur d'erreur avec cette dernière. 4) Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce 5 que les moyens de commutation comprennent une porte NI-OU ayant son entrée connectée de manière à recevoir des impulsions de la porte alimentée par le générateur d'impulsions et sa sortie connec tée avec un autre générateur d'impulsions fonctionnant en réponse à la cessation pendant un temps prédéterminé des impulsions à l'en 10 trée de la porte NI-OU, pour fournir une impulsion de déclenchement à l'électrode de commande d'un redresseur commandé au silicium, le redresseur commandé au silicium étant connecté en série avec le circuit d'excitation d'un relais intermédiaire adapté,lorsqu'il est excité, pour déconnecter la tension alternative de l'entrée 15 du convertisseur thermique et pour connecter la sortie du détecteur d'erreur à cette entrée. 5) Dispositif suivant la revendication b, caractérisé en ce que l'entrée de la porte NI-OU est connectée par l'intermédiaire de contacts normalement ouverts du relais intermédiaire avec une 20 source d'entrée supplémentaire aux sources d'impulsions de sortie qu'une fois que le relais a fonctionné, il est verrouillé dans la position de fonctionnement du fait de la présence de la source d'entrée supplémentaire. 6) Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce 25 que les moyens générateurs de tension variable comprennent un réseau en échelle à résistance une source de potentiel de référence, et des moyens sensibles au compteur réversible pour connecter la tension de référence au réseau en échelle d'une manière séquentielle prédéterminée pour produire un signal variant par 30 incréments à sa sortie.