Brevet FR2137126A1 — publié le 19721229

L'invention se rapporte aux appareils de mesure à indication numérique et, plus particulièrement, aux appareils qui font appel à un intégrateur chargé linéairement pendant un intervalle de temps prédéterminé To sous la tension à mesurer (ayant subi au préalable, une modification) puis déchargé linéairement sous une tension de référence. Le rapport entre la tension à mesurer et la tension de rétérence est déterminé par comptage d'impulsions d'hor- loge pendant l'intervalle de temps T nécessaire à la remise à zéro de la tension de sortie de l'intégrateur par ladite décharge. Le compte atteint par le compteur à la fin de cet intervalle de décharge est affiché en valeur décimale sur des tubes indicateurs numériques. On utilise par exemple quatre tubes pour afficher un nombre compris entre 0000 et 9999. Une fois l'appareil étalonné, ce nombre indique la valeur de la grandeur à mesurer exprimée dans une certaine unité. L'intention sera décrite ci-après en se référant plus parti culièrement au cas de pesage, qui en constitue une application importante, mais non limitative. Le signal d'entrée de l'amplificateur est par exemple, dans ce cas fourni par un dynanomètre à jauges de contrainte. Son amplitude est proportionnelle au poids à mesurer. Le compte affiché sera donc proportionnel au produit de ce poids par le gain de l'amplificateur, le coefficient de proportionnalité dépendant notamment de la base de temps To du convertisseur à double pentes. Il est évident que les usagers ont besoin de portées maximales très différentes les unes des autres. Il convient cependant que, pour ces différentes portées, le nombre affiché par l'appareil soit immédiatement interprétable (par exemple 3.000 pour 30 gg, ou 8.000 pour 8.00 Kg, etc). Il convient par ailleurs que la précision inhérente à l'appareil soit utilisé, de façon optimale quelle que soit la portée. L'invention se propose d'obtenir ces résultats par des moyens simples, consistant en pratique, en un réglage du gain de l'amplificateur et en l'établissement de commutation entre les bornes de certains circuits, commutations susceptibles d'être effectuées au moyen d'organes amovibles matériellement indépendants du reste de l'appareil et facilement raccordables à celui-ci par enfichage, si bien qu'un appareil standard peut entre utilisé pour une très large gamme de portées. Suivant une caractéristique importante de l'invention, la tension de sortie de l'amplificateur est, par réglage du gain de celui-ci, maintenue à une valeur prédéterminée pour le maximum de la portée de l'appareil, cette valeur étant la même d'une portée à l'autre et la fréquence des impulsions comptées par le compteur pendant l'intervalle~de décharge T de l'intégrateur est obtenue par division, par un facteur qui dépend de l'affichage maximum désiré de la fréquence-des impulsions de base de temps. D'autres particularités, ainsi que les avantages de l'inven- tion, appars;tront clairement à l'aide de la description ci-après. Au dessin annexé La figure 1 est le schéma de principe d'un appareil conforme à un mode d'éxécution préféré de l'invention La figure 2'illustre le fonctionnement de cet appareil et La La figure 3 est une vue partielle, en perspective, d'un or- gane amovible de connexion utilisé dans l'appareil. L'appareil représenté à la figure 1 comporte un convertisseur analogique numérique à double pente, composé d'une source de référence 1, d'un amplificateur 2 qui reçoit en 2 a la tension Vx à mesurer, et d'un circuit intégrateur 3. Celui-ci. est alternativement relié à la sortie de l'amplificateur 2 pendant un intervalle de temps T1 (figure 2 (a)) dit "base de temps" et à la sortie de la source 1 pendant l'intervalle de temps T (figure 2(a)) nécessaire à sa remise à zéro. La liaison est commutée par-un aiguilleur 4 commandé d'une part par la sortie 5 a d'un détecteur de zéro 5, d'autre part, par la sortie 6 a d'un décodeur binaire 6 qui émet une impulsion chaque fois qu'un compteur 7 a atteint un compte prédéterminé. Le compteur 7 comporte par exemple une décade des unités U, une décade des dizaines D, une décade des centaines C, une décade des milliers M et une bascule DM dont la sortie passe à l'état 1 chaque fois que le compteur a atteint le compte 10.000. Ce compter est alimenté par une horloge 8, soit à travers une porte 9 quand celle-ci est ouverte, soit par l'intermédiaire d'un diviseur 10 et d'une porte 11 quand cette dernière est ouverte. Un commutateur 12 quatre positions permet d'appliquer au compteur 7, soit la fré quence F d'horloge, soit F/2; F/4 ou F/8. Un commùtat-eùr 13 relie l'entrée du décodeur 6, soit à la sor tie 10 de retenue de la décade , soit à la sortie de poids 8 de la décade M, soit simultanément à la sortie de poids 2 de ira déca de M et à la sortie de la bascule DM, par l'intermédiaire d'un circuit ET 14. Suivant la position du commutateur 13, le compte prédéterminé susvisé est ainsi fixé à 10.000, 8.000 ou 12.000, ce qui détermine des bases de temps 1 respectivement proportionnelles à 10, 8 et 12. Pendant la base de temps, l'intégrateur est chargé par GVx, G étant le gain de l'amplificateur. On règle ce dernier pour que la tension de sortie de l'amplificateur ait une valeur fixe, de préférence égale à la tension de référence, lorsque la portée maximale P de l'instruiiient est atteinte. Cette portée, fonction des besoins de l'utilisateur, est pratiquement fixée par le choix des organes transducteurs qui fournissent Vx (par exemple, jauges de contrainte dans le cas du pesage). Pour un usager déterminé, on commencera donc par régler le gain G à une valeur d'autant plus faible que la portée P désirée sera plus grande. A titre d'exemple, G sera réglé pour que la tension de sortie de l'amplificateur soit pour le poids P et quel que soit celui-ci égale à 5 volts, valeur de la tension de référence. Cette valeur, est en pratique choisie pour que l'amplificateur travaille toujours dans une partie linéaire de sa caractéristique, quelle que soit la valeur de P. La tension de référence est de préférence égale à ladite valeur, car T est alors égal à T1 pour la portée maximale, ce qui permet d'utiliser de façon optimale la précision propre au détecteur de zéro. Pendant la durée T1, la porte 9 est ouverte (sortie 5b du détecteur de zéro et sortie 6b du décodèur ), tandis que la porte 11 est fermée (sortie 5c du détecteur de zéro et la porte 11 est ouverte par la sortie 6c du décodeur, pendant l'intervalle de dé. charge 2 de l'intégrateur). il en résulte que pendant 21 le compteur est alimenté à la fréquence constante F, quelle que soit la position du commutateur 12. Le compteur est remis à zéro par la sortie 5d du détecteur de zéro (forme d'onde (b) figure 2) au bout d'un intervalle de temps g proportionnel à GVx T1; Pour G et 21 donnés (c'est-à-dire pour une portée donnée et une position donnée du commutateur 13), le compte atteint par le compteur à cet instant est donc la mesure de Vx. Ce compte est. mis en mémoire et affiché sur des tubes indicateurs numériques, non figurés, reliés au compteur par l'intermédiaire d'un décodeur binaire-décimal. On congidérera tout d'abord le cas où le commutateur 12 est en position 1. Dans ce premier cas, la fréquence de comptage est la même pendant les durées égales T et T1, si bien que les tubes indicateurs affichent, pour la portée maximale, le compte 10.000 quand le compteur est prédéterminé à 10.000, et le compte 8.000 quand le compteur est prédéterminé à 8.000 (la prédétermination à 12.000 ne sera pas utilisée dans ce premier cas, car on se contente dans l'exemple décrit, d'utiliser quatre tubes indicateurs). Si l'on place maintenant le commutateur 42 qui est en position 2, le compteur compte des impulsions à la fréquence F/2 pen dant le temps: T, bien que les valeurss maximales affichées sont dans ce second cas, -div isées par deux,-c'est-à-dire 5.000, 4.000 et 6.000 respectivement, suivant la position du commutateur 13. Pour la position 4, du commutateur 12, les wåleurs maximales seront 2.500, 2.000 et3.000 et pour la position 8, 1.250, 1.000 et 1.500 respectivement. L'appareil permet finalement d'afficher pour la portée maximale eles onze valeurs 1.000, 1.250, 1.500, 2.000, 2.500, 3.000 4.000, 5.000, 6.000, 8.000 et 10.000. Ces valeurs pouvant exprimer par exemple des kilogrammes, des dizaines ou des dizièmes de kilogrammes, des centaines ou des centièmes de kilogrammes, etc.. suivant le choix initial des jauges et le réglage correspondant du gain G. Si l'on admet que le nombre affiché par les tubes indicateurs varie par échelons d'une unité l'erreur absolue maximale de mesure sera constamment égale à 1Ogr, non seulement pour toutes les mesures effectuées avec un calibrage de portée de 10kg, mais aussi pour toutes les mesures effectuées avec un calibrage de portée maximale de 12,5, 15.. 100kg. Autrement dit, la portée pourra varier dans un rapport 10 sans que la précision abs.olue de l'appareil soit modifiée, ce qui constitue un avantage important de l'invention. À la figure 3, on a représenté un organe de connexion original, constitué par un simple support 21 de matière isolante, portant sur l'une de dses faces des lames conductrices telles que 15 à 20, munies de perforations, telles pue 15a qui traversent complètement le support. Pour relier électriquement deux lames entre elles, il suffit d'introduire les deux extrémités d'un fil conducteur dans des perforations correspondantes de ces deux lames. Ce fil conducteur sera posé sur la face non visible du support, et ses deux extrémités seront soudées aux lames sur la face visible. Le support présente une partie rétrécie 21a qui permet de l'engager dans une fente prévue à cet. effet dans le boitier de l'appareil. Les extrémités non perforées, telles que 15b, des lames seront ainsi raccordées à certaines bornes des circuits de .1 'appareil-. Une sue de ces cartes permettra d'établir les connexions nécessaires à la déte i nations de l'une des onze valeurs d'af f.ichage mentionnées ci-dessus. Par exemple, on a représenté en pointillés une liaison entre les lames 15 et 16 qui seront respectivement raccordées, une fois la carte enfichée, à la sortie de l'horloge 8 et à l'entrée du diviseur 10 et une liaison entre les lames 17 et 20 qui seront respectivement raccordées, une fois la carte.enfichée, à la sortie 2 du diviseur 10 et à l'entrée du compteur 7. On a ainsi prédéterminé la division par 2. Ces deux laies 18 et 19 permettraient de mme de prédéter- miner. la division par 4 ou par 8. La prédétermination du compte maximal du compteur pourra évidemment se faire au moyen de quatre lames supplémentaires portées par la meme carte, et respectivement raccord ées,- une fois la carte enfichée, aux sorties 10.000, 8.000 et 12.000 du compteur et à l'entrée du décodeur 6. En définitive, pour chacunedes onze. valeurs susvisées, l'o- pérateur choigiraune carte sur laquelle les connexions adéquates entre lames auront été réalisées1 et l'enfichera dans l'appareil. Outre sa simplicité (suppression des commutateurs 12 et 13), cette solution. présente l'avantage d'interdire toute intervention en cours d'utilisation de l'appareil. La carte enfichable représentée est susceptible d'applications diverses, comme cela apparaîtra notamment dans la demande de brevet pour : nPispositif de calage du zéro d'un instrument de mesure à indication numérique, et son application au pesage". Une carte de ce type. pourra être utilisée chaque fois que l'on désire modifier certaines connexions, de façon semi-permanente, dans un appareil électronique quelconque, sans devoir effectuer des soudures sur les circuits mêmes de l'appareil. On pourra même prévoir d'y fixer certains composants de ces circuits. Il doit Btre bien compris que l'invention n'est pas limitée aux combinaisons indiquées. On pourrait, en particulier, augmenter ou rduire le nombre des comptes prédéterminés du compteur, le nombre des facteurs de division du diviseur, ainsi que le nombre de tubes d'affichage. L'intérêt de la multiplicité des échelles n'est évidemment pas limité au cas du pesage. La réalisation matérielle des éléments du schéma de principe est à la portée de l'homme de l'Art. Le convertisseur analogiquenumérique sera vavantageusement du type à quadruple rampe décrit dans la demande de brevet français déposée le 25 Mars 1971 par la Demanderesse, pour : "ProcQdé ét dispositif de mesure d'indication digitale de signaux électriques continus de faible intensité". REVENDICATIONS 1 - Appareil de mesure comprenant un amplificateur, un convertisseur analogique numérique comportant au moins un intervalle de base de temps et un intervalle de mesure ; un compteur, une source d'impulsions de base de temps et des moyens de déclencher la fin de l'intervalle de base de temps lorsque le compteur a atteint unScompte prédéterminé, caractérisé par des moyens de régler le gain de l'amplificateur à une valeur telle que sa tension de sortie soit constante lorsque le signal à mesurer est au maxi- mum de son échelle de variation, quelle que soit ladite échelle, des organes de division par un facteur variable, kai fréquence des impulsions de base de temps, et des moyens d'appliquer les impulsions à fréquence divisée à l'entrée du compteur seulement pendant 1'intervalle de mesure. 2 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de déclencher la fin de l'intervalle de base de temps comprennent un circuit logique de fixation, à une valeur variable, dudit compte prédéterminé. 3 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits organes de division permettent la division par 1, 2, 4 ou 8, suivant la position d'un organe de commutation. 4 - Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit circuit logique permet la fixation du compte prédéterminé à 8.000, 10.000 ou 12.000, suivant 'la position d'un organe de conimutation. 5 - Appareil suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit organe de commutation est réalisé sous la forme d'un Jeu d'organes de connexion amovibles donc chacun est matériellement indépendants des circuits de l'appareil et raccordable à ceuxci par enfichage. 6 - Organe amovible de connexion caractérisé en ce qu'il comporte, sur le recto d'une plaque de support isolante, une pluralité de lames conductrices munies chacune de perforations qui traversent complètement la plaque suivant son épaisseur, et des conducteurs reposant sur le verso de la plaque et dont les extrémités sont introduites et fixées dans les perforations en regard des lames à raccorder. 7 - Appareil suivant la revendication 2, caractérisé par un transducteur poids-tension relié à l'entrée de l'amplificateur, et par une pluralité de tubes indicateurs numériques reliés aux dif ferentes décades de comptage binaire que comporte le compteur, les différentes combinaisons possibles des valeurs du compte prédéterminé et du facteur de division permettant d'obtenir une pluralité d'affichages maximum différents sur les tubes.