Brevet FR2029661A1 — publié le 19701023

4^221 "1" 2029661 _V. »V>. i/'.| L'invention concerne un montage pour la multiplication de deux grandeurs, notamment pour former le produit du courant et de la tension dans une mesure de puissance efficace, comprenant un convertisseur courant-fréquence qui délivre à sa sortie 5 un train d'impulsions tel que la fréquence du train d'impulsions est proportionnelle au produit de la multiplication et qui est muni drTxn "amplificateur opérationnel dont l'entrée est couplée à la sortie par un condensateur, et auquel est fournie une impulsion provenant d'un générateur-de courant en réponse à un si-10 gnal fourni par un connecteur â seuil placé après l'amplificateur opérationnel. Pour mesurer la puissance électrique, il est évidemment nécessaire dJe former lë produit de la tension et5 du courant. A côté de dispositifs mécaniques, on connaît aussi des montages 15 purement électroniques, capables d'effectuer la multiplication de deux grandeurs, mais qui sont composés essentiellement d'éléments à caractéristiques non constantes, qui dépendent par exemple de la température, ce qui est.peu favorable à la précision des mesures. Oeci est par exemple le cas des générateurs' de Hall 20 où celui de la formation du produit xy d'après la relation log xy + log x + log y, où sont utilisées les caractéristiques logarithmiques d'éléments semi-conducteurs. Si on effectué le 2 2 produit xy selon la relation 4- xy = (x + y) - (x - y) , on exige des montages à semi*-eonducteurs des caractéristiques qua-25 dratiques. On connaît aussi un montage multiplicateur dans lequel l'amplitude des impulsions d'un train d'impulsions est modulée en fonction du premier facteur, et le rapport de la-durë-e de l'impulsion au temps de repos est modulé en fonction dujleuxième 30 faèteur, ' dè sorte' que la: valeur moyenne de la tension de cês :v impulsions est proportionnelle au produit. Dans la pratique, ce montage s'est révélé efficace, mais on ne peut pas le fabriquer tel quel sous une forme monolithique intégrée. De plus, ce montage connu destiné à la multiplication de grandeurs de signe va-35 riable, nécessite l'emploi de commutateurs à transistors rapides, dont les tensions résiduelles ou les résistances résiduelles peuvent fausser considérablement le résultat des mesures. Les multiplicateurs connus décrits forment tout d'aboid 69 45221 -2- 2029661 le produit sous une forme analogique. Cependant, pour 1# détermination de l'énergie électrique, on n'a pas besoin d'une grandeur mesurable analogique, mais d'un train d'impulsions tel que la fréquence du train soit proportionnelle au produit de 1$ ten-5 sion et du courant; c'est pourquoi on doit brancher à la sortie des multiplicateurs connus un convertisseur courant-fréquence, qui peut apporter des erreurs de mesure supplémentaires. L'invention a essentiellement "pour but de fabriquer un montage destiné à la multiplication de deux grandeurs qui 10 élimine les inconvénients présentés par les montages connus et "qui" fournit directement un train d'impulsions tel que la fréquence du train est proportionnelle au produit des grandeurs à multiplier. - .. L'invention est caractérisée en ce qu'un courant,, pro-15 portionnel au premier facteur de la multiplication, est fourni au convertisseur courant-fréquence et qu'un courant proportion-"*nel au deuxième facteur de la multiplication est fourni à un deuxième convertisseur courant-fréquence, et en ce que le générateur de courant est mis à chaque fois en circuit pendant au 20 moins la durée d'une période du train d'impulsions délivré par le deuxième convertisseur courant-fréquence, suivant la réponse du connecteur à seuil. L'application et les développements du principe de l'invention sont expliqués dans les modes, de réalisation repré-25 sentés sur les figures des dessins. Sur les dessins : la figure 1 représente un montage de principe; les figures 2 et 3 représentent des variantes du montage de la figure 1. Dans la figure 1, le chiffre 1 désigne un premier con-30 vertisseur courant-fréquence, quidélivre un train d'impulsions tel que la fréquence du train f est proportionnelle au çourant d'entrée 1^. Ce convertisseur courant-tension est muni, du côté de l'entrée, d'un amplificateur ppérationnel 2, dont ' 1.'entrée 3 est couplée à la sortie 5 par un condensateur 4- et dont la con-35 nexion de masse 6 est placée à un potentiel nul. Un c détecteur de seuil 7, placé après ~1'"amplificateur opérationnel 2, est relié à une entrée de préparation 8 d'une bascule bistable 9, qui commande un générateur de courant 10 de telle sorte que, hors de II. 'V \. 69 45221 "5" 202966! l'état de repos de la "bascule 9» celui-ci est mis en circuit et fournit ou prend selon la polarité choisie pour la connexion, ion courant constant Iq^ à l'amplificateur opérationnel 2, travaillant en intégrateur de Miller. 5 Un deuxième convertisseur courant-fréquence 11, dont les détails techniques de connexion ne sont pas reproduits dans la figure 1, délivre un train d'impulsions tel que la fréquence fg du train est proportionnelle au courant d'entrée Ce train d'impulsions est conduit à une entrée de déclenchement 12 de la 10 bascule bistable 9* le fonctionnement de l'amplificateur 2 en lui-même est supposé connu. Le courant d'entrée 1^ charge le condensateur 4; à la sortie 5» la tension augmente négativement de façon linéaire. Le cd^éfeecteur de seuil 7 se trouve d'abord placé dans l'é-15 tat de non-réponse et à l'entrée de préparation 8, il existe un signal de bloquage qui empêche la bascule bistable 9 de répondre aux impulsions fournies par le convertisseur courant-fréquence 11. Dès que la tension à la sortie 5 atteint la valeur de seuil du cdéiecteur de seuil 7» celui-ci répond et la bascule bistable 20 9 est débloquée. A l'impulsion suivante qui atteint l'entrée de déclenchement 12 la bascule bistable 9 bascule et le générateur de courant 10 reçoit du condensateur 4 un courant constant IQ1. La décharge du condensateur 4 fait rebasculer le cdétecteur de seuil 7. Pour l'impulsion suivante, délivrée par le convertis-25 seur courant-fréquence 11, la bascule bistable 9 retourne à l'état initial. Ce processus se répète périodiquement. ' Le générateur de courant est donc mis en circuit au cours de chacune clés périodes = ~ d.u train d'impulsions fourni par le convertisseur courant-fréquence 11, suivant la 30 réponse du c^Jétecteur de seuil 7- Si, tout d'abord, on fait abstraction du fait que les impulsions de courant délivrées à l'entrée 3 sont retardées en rapport avec la réponse du „ détecteur de seuil 7 d'une valeur oscillant de façon aléatoire entre les li-mites zéro et = ~ » on peut appliquer à la fréquence du train 35 d'impulsions la relation bien connue _ Z1 fa T2 • IQ1 1 Il en rés®lte, avec f = £— = k . Ig , où k désigne une constante, 69 45221 2029661 l'équation 10 fa = 1^ ' I1 * Z2 La fréquence du train d'impulsions est donc proportionnelle au produit . I2 En raison du retard oscillant aléatoirement des impulsions de courant fournies à l'entrée 3> la fréquence du train d'impulsions f oscille, dans le cas de grandeurs constantes 1^ et î autour d'une valeur moyenne constante. Ces oscillations sont d'autant plus petites que la condition est bien remplie, où = représente la période des impulsions de sortie délivrées parale convertisseur courant-fréquence 1. Si la fréquence de sortie £ doit être mesurée directement pendant un temps relativement court, la relation 15 doit être largement satisfaite. Cependant, dans la plupart des cas, on n'utilise qu'une valeur moyenne sur un temps correspondant à une durée plus longue. Ceci est par exemple le cas dans la mesure électronique de l'énergie électrique où la fréquence de sortie est proportionnelle à la puissance électrique utilisée 20 et où l'énergie est déterminée par comptage des impulsions de sortie. Dans des systèmes de ce type, on peut négliger, avec une précision suffisante, les oscillations aléatoires de la fréquence de sortie, si bien que doit être remplie la seule condition, A 25 2 f max où fmax désigne la valeur maximum de la fréquence de sortie. A la place de la bascule bistable 9» on peut utiliser un dispositif de comptage, qui commande le générateur de courant 10, de telle façon que celui-ci est mis en circuit, après la ré-30 ponse du -déiiecteur de seuil 7» pendant un nombre donné n de périodes consécutives des trains d'impulsions délivrés par le convertisseur courant-tension. Dans ce cas, la largeur des impulsions de courant délivrées par le générateur de courant 10 est n fois plus grande que le retard maximum possible pour ces 3 5 impulsi ons. Le convertisseur courant-fréquence 11 peut être, en ce qui concerne les connexions, disposé comme le convertisseur courant-fréquence I, lorsque l'entrée de déclenchement de la 69 45221 -5- 2029661 "bascule bistable du convertisseur courant-fréquence 11 est reliée - ainsi qu'il est représenté en pointillés sur la figure 1 - à un générateur d'impulsions 13, qui fournit un train d'impulsions de référence tel que la fréquence du train est f , ou 1 * o ' sa période = ~ • ^es relations suivantes sont alors valables ■ I, f2 ~ fo * I, 2 02 et ' fo 10 f = fp . -j- — -r -]- • 1/1 • Ip 5 - a 2 I01 I01 * 02 1 2 où Iq2 désigne le courant du générateur de courant du convertisseur courant-fréquence 11. Le montage représenté schématiquement sur la figure 2 15 _sert au calcul digital du produit 1^ . I^. les .éléments identiques à ceux de la figure 1 sont désignés par les mêmes nombres. La sortie du convertisseur courant-fréquence 1 est reliée à un compteur d'impulsions 15 par une porte 14. Un :diviS'ôUr- de fréquence 16, relié au générateur d'impulsions 13, commande la 20 porte 14 de telle façon que celle-ci est ouverte pendant un nombre donné m de périodes consécutives Les impulsions de sortie du convertisseur courant-fréquence 1 sont envoyées dans .w - j tu le compteur d*jLi^mlaicnsp 15 pendant le temps T = m . T0 = ~ Le nombre d'impulsions N = .-f est compté pendant ce 0 25 temps par un appareil 1? qui donne un résultat numérique. Un circuit, -y* s de remise- à zéro 18 ramène le compteur d'impulsions 15 et le diviseur de fréquence 16 périodiquement à zéro. On a la relation : - • „ f^ - , w - • 30 H = T . . y ° T ' . I* . = T ' T— . I* . IP ■ m.; - a fQ IQ1 • IQ2 2 ?01-"*-^02 1 * Le nombre ÎT dTimpulsions envoyées dans le compteur d'impulsions 15 est donc proportionnel au produit 1^ . • lie facteur de proportionnalité y — est indépendant de la fréquence de -*"01 * 02 ' ^ • • 35 référence -f- .- Cela signifie que la fréquence de référence fQ . peut varier entre de larges limites. Ainsi, on peut utiliser par exemple pouj? le générateur d'impulsions 13 un .oscillateur libre. 69 45221 -6- 2029661 La figure 3 représente le "schéma de' principe d'un montage pour la multiplication de grandeurs qui peuvent pfehdre indifféremment des valeurs positives ou des valeurs négatives. Les courants d'entrée sont amenés chacun à l'un des convertisseurs 5 19 et 20, qui sont de construction identique. Par "raison de'simplicité, les détails ne sont représentés que pour le convertisseur 19 qui, dans les parties 2 à 10, n'est pas différent du con vertisseur courant-fréquence de la figure 1. Entre-la sortie 5 et l'entrée 3 de l'amplificateur opérationnel', en'plus'du cir-10 cuit 21 constitué par les éléments 7/9 et 10, est tranché un deuxième circuit 22 comprenant les éléments' 7a, 9a et "10a. Le seuil du i.'âéiecteur êé seuil 7 est négatif, celui du connecteur à seuil 7a est positif. Les générateurs de courant 10 et 10a présentent des polarités opposées, de sorte que le courant de 15 compensation IQ est aussi négatif quand le courant d'entrée- est négatif. Les diodes 23 et 24 empêchent l'influence mutuelle des générateurs de courant 10 et 10a. Le générateur d'impulsions 13 est relié aux entrées de déclenchement 12 et 12a des bascules bistables 9 et 9a àu con-20 vertisseur courant-fréquence 20. Les sorties des "bascules bistables 9 et 9a du convertisseur courant-fréquence 20 sont reliées par une porte OU 25 aux entrées de déclenchement 12 et 12a du convertisseur courant-fréquence 19- Les sorties des "bascules bistables 9 et 9a du convertisseur courant-fréquence 19 sont re-25 liées à une porte OU 26. Les sorties des bascules bistables 9 et 9a des convertisseurs courant-fréquence 19 et 20 sont connectées à un circuit logique 27 qui comprend les bascules bistables 28 et 29, munies chacune d'une entrée de position 30 ou, respectivement, 31 et 30 d« une entrée de remise à zéro 32 ou, respectivement, 33, ainsi qu'une porte antivalente 34 munie des entrées 35 et 36 et de la sortie 37» Le montage décrit fonctionne comme suit : priur un courant d'entrée positif 1^ ou l2,le canal 21 du convertisseur cou-35 rant-fréquence 19 ou 20 répond; pour un courant d'entrée négatif c'est le canal 22 qui répond. A la sortie de la porte OU 25, il se forme un train d'impulsions tel que la fréquence du train fg est proportionnelle à la valeur absolue du courant I~. La fré 69 45221 -7- 2029661 quence du train d'impulsions f2 sortant de la porte OU est proportionnelle à la valeur absolue du produit 1^ . I^. Le signal caractéristique Z^ qui sort de la bascule bistable 28 est égal à "L" pour I/j > 0, et égal à "O" pour 1^ 10 Les courants 1^ et I2 peuvent être des courants alter natifs, si les fréquences des trains d'impulsions fQ , fg et f& sont choisies de façon à être grandes devant les fréquences des courants 1^ et Ig. Le montage décrit permet de mesurer la puissance" effi-15 cace consommée par un dispositif électrique; par exemple, on choisit le courant 1^ proportionnel à la tension et le courant I2 proportionnel au courant du dispositif. Pour mesurer la puissance électrique consommée, le train d'impulsions sortant du montage peut être amené à un compteur aller-retour dont la fonc-20 tion de comptage est commandée par le signal caractéristique Z. 69 45221 -8- 2029661 - KErarDICATIOUS - 1 - Montage pour la multiplication de deux grandeurs, notamment du courant et de la tension pour la mesure de la puissance efficace, comprenant un convertisseur courant-fréquence 5 qui délivre à sa sortie un train d'impulsions, tel que la fréquence du train d'impulsions est proportionnelle au produit de la multiplication qui est muni d'un amplificateur opérationnel dont l'entrée est couplée à la sortie par un condensateur et auquel est fournie line impulsion de courant provenant d'un géné-10 rateur de courant en réponse au signal d'un connecteur à seuil, placé après l'amplificateur opérationnel, caractérisé en ce que le convertisseur courant-fréquence reçoit un courant proportionnel au premier facteur du produit et qu'un deuxième convertisseur courant-fré quence reçoit un courant proportionnel au deuxième 15 facteur du produit et en. ce que le générateur de courant est mis à chaque fois en circuit pendant au moins la durée d'une période du train d'impulsions fourni paille deuxième convertisseur courant -fréquence suivant la réponse du c 2 - Montage selon la revendication 1, caractérisé en 20 ce que le deuxième convertisseur courant-fréquence est relié à l'entrée de déclenchement d'une bascule bistable commandant le générateur de courant et en ce qu'une entrée de préparation de cette bascule est connectée à la sortie du cda&fcecteur de seuil. 3 - Montage selon la revendication 2, caractérisé en 25 ce que le deuxième convertisseur courant-fréquence est identique au premier par construction et en ce que l'entrée de déclenchement de la bascule bistable du deuxième convertisseur courant-fréquence est reliée à un générateur d'impulsions. 4- - Montage selon la revendication 3, caractérisé en 30 ce que la sortie du premier convertisseur courant-fréquence est reliée à un compteur d'impulsions par l'intermédiaire d'une porte, et en ce que la porte est ouverte pendant un nombre donné de périodes du générateur d'impulsions. 5 - Montage selon l'une des revendications 1, 2 et 3 35 caractérisé en ce que le premier et le deuxième convertisseurs courant-fréquence sont munis chacun d'un 1 détecteurcta seuil positif et d'un r-dé-fcecteur de seuil négatif ainsi que de deux générateurs de courant de polarités opposées. 69 45221 -9- 2029661 6 - Montage selon la revendication 5» caractérisé en ce que les sorties des "bascules bistables sont reliées à un circuit logique qui est.placé dans un état logique pour unproduit positif des deux grandeurs à multiplier (1^, Ig) et dans un autre 5 état logique pour un produit négatif. 7 - Montage selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit logique comprend deux bascules bist-^-ables dont les sorties sont reliées aux entrées d'une porte antivalente.