Brevet FR2121516A1 — publié le 19720825

La présente invention a pour objet une balance de comptage de lots de pièces de même poids, comportant au moins un fléau et un système de compensation électro-mécanique linéaire, le courant de compensation étant mesuré successivement pour un tarage à l'aide d'un nombre limité de pièces du lot et pour la pesée du lot de pièces \ compter. Une balance de comptage de ce type est connue du brevet suisse no 483 624. Four effectuer le tarage et la pesée, toutes les opérations sont effectuées et commandées manuellement. En particulier, le courant d'équilibrage et la sensibilité de la balance sont ajustés manuellement. L'ajustage potentiométrique du courant d'équilibrage nécessite normalement un réglage grossier et un réglage fin. Far conséquent, le comptage d'un lot de pièces prend beaucoup de temps, pendant lequel une personne est pratiquement entièrement occupée avec la commande de la balance. La présente invention a pour but de fournir une balance de comptage du type susmentionné à fonctionnement électronique beaucoup plus autonome, ce qui permet de raccourcir un cycle entier de tarage et de pesée, pendant lequel l'opérateur est beaucoup moins occupé avec la commande de la balance. La balance selon l'invention est caractérisée par des circuits automatiques en partie communs pour le tarage et la pesée. L'invention sera maintenant expliquée en détail à l'aide du dessin dans lequel la fig. 1 représente schématiquement une première forme d'exé cticn de la balance et les fig. 2 et 3 représentent des circuits modifiés qui peuvent être utilisés dans la balance. na balance mécanique proprement dite désignée par 1 présente deux fléaux portant des plateaux A et B. Le fléau portant le pla teau 4 agit sur un détecteur 2 dont la tension de sortie amplifiée Far le préamplificateur 3 est appliquée, d'une part, à un amplificateur å caractéristique proportionnelle et intégrale 4 fournissant un courant de compensation ou d'équilibrage et de mesure à une bo bine 5 et, d'autre part, \ un amplIficateur à caractéristique dif- férentielle 6 dont le courant de sortie alimente une bobine 7.Les bobines 5 et 7 agissent sur le fléau portant le plateau A d'une manitre pratiquement linéaire, ctest-a-dire que la force de compensation ou d'équilibrage agissant vers le haut est proportionnelle au courant qui traverse la bobine 5. Lorsque les plateaux A et B sont vides, la balance est équilibrée par un contrepoids C. L'effet des poids mis sur les plateaux .4 et n est dans un rapport 1 : 100. Le courant de la bobine 5 parcourt une série de résistances R1 à R n dont la'une est sélectionnée par un sélecteur 8 et branchée en parallèle à un potentiomètre 9. Le potentiomtre 9 est branché à i'une des entrées d'un amplificateur différentiel 1C. La sortie de cet amplificateur agit, d'une part, sur l'entrée d'un convertisseur tension-fréquence il et, d'autre part, sur l'entrée d'un amplificateur 15 qui commande un servo-moteur 16 pour le potentiometre 9. L'autre entrée de l'amplificateur 10 est branchée å la sortie d'un convertisseur fréquence-tension 12. Des commutateurs 13 et 14 permettent le changement des circuits pour le tarage, respectivement la pesée.La sortie de l'amplificateur 10 agit également sur un circuit logique 17 qui commande le sélecteur 8. Le circuit logique 17 agit aussi sur une bobine de commande pour les commutateurs 13 et 14. Le circuit de la balance comporte un oscillateur stable 18 qui oscille à une fréquence de 10 kHz. Lorsque l'interrupteur 14 se trouve dans la position représentée sur la fig. 1, la sortie de l'oscillateur 18 est branchée à l'entrée du convertisseur 12. L'oscillateur 18 est également relié à l'entrée d'un diviseur de fréquence 19 qui agit sur un circuit marche-arrêt 20. La sortie de ce circuit 20 agit sur les entrées de commande d'un compteur 22 dont l'entrée de comptage est reliée à l'interrupteur 14 par une porte 21 commandée également par le circuit 20. Le registre du compteur 22 peut commander, d'une part, le dispositif d'affichage visuel du résultat et, d'autre part, une série de lig- nes fournissant la mesure sous forme digitale, par exemple décimale codé binaire. Le fonctionnement de la balance selon figure l est le suivant: Lors du tarage, les commutateurs se trouvent dans les positions T illustrées et on place 10 pièces dans le plateau A. L'équilibrage de la balance 1 est vérifée par le détecteur 2 dont la tension de sortie amplifée par le-préamplificateur 3 est appliquée d'une part à l'amplificateur å caractéristique proportionnelle et intégrale 4 fournissant le courant de compensation et de mesure la bobine 5 et aux shunts formés par les résistances R1 et Rn et par le potentiomètre 9, d'autre part à l'amplificateur à caractéristique différentielle 6 dont le courant de sortie alimente la bobine 7.Le but de cette disposition est de permettre la stabilisation de la balance envers des variations à courte période telles que celles produites par des vibrations du support ou des chocs sans que le courant de mesure ne soit affecté. En-effet, pour des mouvements rapides du fléau, c'est essentiellement la branche différentielle du circuit qui réagit et son courant ne traverse pas les shunts de mesure. La bobine 5 sera parcourue, après stabilisation, par un courant I. Le surseur de potentiomètre 9, actionné par le moteur 16, se trouve à l'extrémité supérieure du potentiomètre et est donc le siège d'une tension égale à la tension totale produite aux bornes des shunts Rl et Rn par le courant 1. Si le tarage est effectué avec 10 pièces, le voltmètre digital devra indiquer 1000 unités. Prenons le cas d'un instrument dont la sensibilité est de 0,5 mV par digit; la tension d'entrée devra alors être de 0,5 V. Une tension de référence est produite par l'oscillateur à quartz 18 et le convertisseur fréquence-tension 12; elle est choisie précisément à 0,5 V. L'amplificateur différentiel 10 est chargé de comparer la tension du potentiomètre 9 et celle de référence apparaissant à la sortie du convertisseur 12. Dans un premier temps, la tension de sortie de l'amplificateur 10 commande la logique 17 qui actionne le commutateur 8. Les shunts sont échelonnés de telle sorte que chacune des résistances R1 à R n a une valeur double de la précédente, R1 étant la plus faible. La logique commande l'avance du commutateur 8 qui enclenche des shunts de valeurs de plus en plus hautes jusqu'au moment où la tension sur le potentiomètre 9 dépasse 0,5 V. A ce moment, la sortie de ltam plificateur différentiel 10 change de signe, ce qui signale la fin du premier temps. Dans une réalisation pratique 10 shunts sont explorés à raison de 0,1 sec par shunt. Dans un deuxième temps, la tension de sortie de l'amplificateur lO, après avoir changé de signe, agit maintenant sur l'étage de puissance 15 de façon que la rotation du moteur 16 entraîne le curseur du potentiomètre 9, jusqu'à ce que la tension sur celui-ci soit exactement de 0,5 V. C'est la fin du tarage. Puisque 10 pièces dans le plateau A fournissent 0X5 V à l'entrée du voltmètre et que sa sensibilité est de 0,5 mV par digit, 1 digit représente 1 pièce dans le plateau B. Avec un certain retard, le circuit logique 17 renverse les commutateurs 13 et 14 dans la position de pesée i, ce qui provoque le blocage du moteur 16 et la fermeture dtune boucle fermée par ltamplificateur différentiel 10, le convertisseur tension-fréquence 11 et le convertisseur fréquence-tension- 12. Dans I'exemple-considéré, la fréquence de l'oscillateur 18 est de 10 kHz et produit 0,5 V à la sortie du convertisseur 12. Après passage du commutateur 14 en position P, pour rétablir une différence nulle entre les deux tensions d'entrée de l'amplificateur lO, il faut que celui-ci fournisse au convertisseur 1l une tension telle que la fréquence de sortie soit à nouveau de 10 kHz. Si l'on retire maintenant les 10 pièces du plateau A et qu'on place un lot de N pièces dans le plateau B, la tension au curseur du potentiomètre 9 prendra la valeur u9 = 0,5 N/11000 N 0,1060N donc bien Oj5 mV par pièce. Tar exemple, si le lot est de 3400 pièces, la tension au curseur du potentiomètre 9 sera de 1,7 V. Pour annuler la différence de tension entre les entrées de l'amplificateur 10, le convertisseur 12 devra recevoir du convertisseur 11 une fréquence f' = 1,7 . 10 = 34 kHz. 0,5 La fréquence de sortie du convertisseur 1l est donc de 10 Hz par pièce. Le reste du voltmètre digital est un simple fréquencemètre. Le diviseur 19 est un diviseur par 103, dans notre exemple, et fournit tous les dixièmes de seconde une impulsion de remise à zéro du compteur 22, immédiatement suivie de l'ouverture de la porte 21 commandée par le circuit marche-arrêt 20. En pratique,le compteur 22 est muni d'un registre permettant de maintenir visible sur l'affichage 23 le résultat du dernier comptage, pendant que l'on procède à la mesure suivante. Lors du tarage, où la frequence est de 10 kHz, le compteur 22 enregistre 1000 impulsions pendant le temps de mesure de 0,1 seconde. Lors de la pesée, l'indication sera égale au nombre de pièces. Dans l'exemple précédent où le lot était de 3400 pièces et la fréquence correspondante de 34 kHz, le compteur enregistre bien 3400 impulsions par dixième de seconde. Dans la précision des résultatsj seuls entrent en jeu, à part la précision de la balance proprement dite, la linéarité du transducteur courant-force composé de l-a bobine 5 et de l'aimant de compensation, le gain de l'amplificateur 10 qui doit être élevé et la linéarité du. convertisseur fréquence-tension 12. Toutefois, une certaine complexité résulte encore du dispositif électromécanique de l'asservissement du potentiomètre 9. Ctest pourquoi, dans une variante de l'invention, on a utilisé une mémoire analogique en lieu et place de cet asservissement. On tient compte ici de la propriété des convertisseurs fréquence-tension classiques de fournir une tension proportionnelle non seulement à la fréquence d'entrée, mais aussi à la durée des impulsions. La fig. 2 représente la partie modifiée du circuit. Le potentiomètre 9 est remplacé ici par la résistance fixe 24. Un formateur d'impulsion 25 peut être commandé soit par une tension de sortie de l'amplificateur 10, soit par une tension de référence Ur selon les positions de deux commutateurs 27 et 28 qui sont commandés comme les commutateurs 13 et 14 (fig. 1). Un condensateur 26 est relié à l'entrée de commande du formateur d'impulsion 25. Le fonctionnement est le suivant: Dans une première phase du tarage, l'interrupteur 27 est ouvert tandis que 28, fermé, alimente le formateur d'impulsions 25 par la tension de référence Ur. Le formateur 25 est un-circuit fournissant des impulsions de longueur T proportionnelle à une tension de commande et à la fréquence f. Dans la situation présente, la tension de commande étant constante et égale à Ur, la durée T est aussi constante. La sélection d'un shunt R1 à R se fait comme précédem n ment à l'aide de l'amplificateur 10 et de la logique de commande 17. Lorsque le shunt est trouvé, on ouvre l'interrupteur 28 et on ferme 27. L'amplificateur 10 va alors ajuster sa tension de maniere à ce que la largeur des impulsions du formateur 25 soit telle que la différence de tension entre les entrées de cet amplificateur soit nulle, c'est-à-dire que la tension de sortie du convertisseur 12 soit égale à celle qui se trouve aux bornes de la résistance 24. A ce moment, la capacité 26 est chargée à la valeur de la tension de sortie de l'amplificateur 10 et va jouer le rôle de mémoire analogique.Le circuit d'entrée du formateur 25 ayant une résistance très élevée (par exemple formée par l'entrée d'un transistor à effet de champ à grille isolée tel qu'un MOS FET) > on peut maintenant ouvrir l t - nterruptcur 27 sans que la tension sur la capacité 26 ne se modifie sensiblement pendant la durée d1une mesure. Ainsi, au lieu de modifier la tension d'entrée à l'aide d'un potentiomètre, comme c'était le cas préeédemment, on ajuste par ce moyen le facteur de conversion du convertisseur fréquence-tension composé maintenant des circuits 25 et 12. Le reste de la mesure se passe comme avant, en mettant en circuit le convertisseur tensionfréquence 11 par le commutateur 14 et en envoyant la fréquence de sortie dans un fréquencemètre. Ce procédé présente l'avantage d'éviter des organes mobiles tels que potentiomètre et moteur. il en reste cependant, et en Particulier le sélecteur R chargé de la recherche du shunt. Une autre variante de l'invention permet d'éli-iner cet élc- ment et de le remplacer par un circuit statique. La fig. 3 représente ce dispositif. Le commutateur 8 et les résistances R1 à R n sont remplacées par les transistors T1 ? Tn, les diodes D1 N- Dn et les résistances R1' à Rn'* Les transistors -n'étant pas saturés et la tension + U étant élevée, les courants de coll-ecteur des transistors seront pratiquement inversément proportionnels aux résistances avec une grande précision. La tension engendrée aux bornes de la résistance électronique étant négative, il faut un amplificateur 29 de gain G = -l. Les diodes D1 à Dn limitent les tensions aux émetteurs des transistors bloqués. La logique 34 contient despotes bloquant les transistors T1 à T n l'un après l'autre, le temps de conduction de chacun étant défini par la durée de l'impulsion du monostable à largeur variable 25. Le convertisseur fréquence-tension 12 reçoit des impulsions de largeur fixe définie par le circuit 33. Dans un premier temps, le contact 27 est fermé, le contact 28 ouvert. Tant que la somme pulsante des courants de collecteur des transistors T1 à Tn est supérieure à I, la tension d'entrée de l'amplificateur 29, filtrée par C, reste faible. Mais dès qu'elle est inférieure à IX la tension né-gative d'entrée de l'amplificateur 29 tend à croître indéfiniment et la logique 34 stoppe la commutation sur le transistor voulu. La logique 34 ouvre alors le contact 28 et ferme 27. Le signal d'erreur, amplifié par 10', charge la capacité 26 et modifie la largeur de l'impulsion de 25 et ainsi la largeur des impulsions de courant dans les transistors T1 à T n conducteurs, respectivement l'intensité moyenne du courant de shunt, jusqu'à avoir égalité, au signe près, entre la tension d'entrée de 29 et la tension de sortie du convertisseur fréquence-tension -12. On ouvre alors le contact 27 et la mesure se fait comme-dans le cas précédent, la capacité 26 jouant le rôle de mémoire analogique. REVENDICATIONS 1) Balance de comptage de lots de pièces de même poids, comportant au moins un fléau et un système de compensation électromécanique linéaire, le courant de compensation étant mesuré successivement pour un tarage à l'aide d'un nombre limité de pièces du lot et pour la pesée du lot de pièces à compter, caractérisée Far des circuits automatiques en partie communs pour le tarage et la pesée. 2) Balance selon la revendication 1, dans laquelle le système de compensation comporte un transducteur électromécanique relié à la sortie d'un amplificateur à caractéristique proportionnelle et intégrale, commandé par un signal d'erreur de la position d'un fléau de la balance, caractérisée par un second transducteur électromécanique relié à la sortie d'un amplificateur à caractéristique différentielle commandé par ledit signal d'erreur. 3) Balance selon la revendication 1, caractérisée par au moins un amplificateur (10, 10') différentiel dont une entrée est reliée à un circuit fournissant une tension analogue au courant de compensation, et l'autre entrée est reliée à la sortie d'un circuit de référence (12) dont l'entrée est commutable à une source de signal de référence et à un circuit de mesure relie à la sortie dudit am- plificateur différentiel. 4) Balance selon la revendication 3, caractérisée par un shunt variable dans le circuit de compensation et par un sélecteur de shunt (8, 8') commandé par un circuit logique (17, 34) dont lten- trée est reliée à-la sortie dudit amplificateur (10, 10') différentiel. 5) Balance selon la revendication 4, caractérisée par un shunt électronique, dans lequel des résistances sont branchées en série avec des transistors de commande. 6) Balance selon la revendication 4, caractérisée par un potentiomètre branché en parallèle audit shunt variable. 7) Balance selon la revendication 6, caractérisée par un servo-moteur commandé par la sortie dudit amplificateur différentiel pour ledit potentiomètre. 8) Balance selon la revendication 7, caractérisée par des moyens de commutation pour commander successivement le sélecteur de shunt et le servo-moteur du potentiometre, en vue d'effectuer un tarage grossier et fin. 9) Balance selon la revendication 3, caractérisée par- un circuit de mesure fermé à contreréaction entre la sortie et une entree dudit amplificateur différentiel. 10) Balance selon la revendication 9, caractérisée en ce que le circuit de mesure comporte un convertisseur tension-fréquence relié à la sortie dudit amplificateur différentiel, et un convertisseur fréquence-tension dont l'entrée est commutable entre la sortie du convertisseur tension-fréquence et une source de fréquence de référence, et dont la sortie est reliée à ladite autre entrée dudit amplificateur différentiel. 11) Balance selon la revendication 10, caractérisée en ce que l'entrée dudit convertisseur fréquence-tension est reliée à un fréquencemètre, par exemple compteur d'un fréquencemètre digital. 12) Balanceselon la revendication 9, caractérisée en ce que le circuit de mesure comporte une mémoire (26) susceptible d'être activée lors de ltétat de tarage du circuit et un circuit variable commandé par la mémoire et susceptible de varier le facteur de contreréaction dans le circuit de mesure fermé ou un élément variable dans le circuit de compensation. 13) Balance selon les revendications 10 et 12, caractérisée en ce que ledit circuit variable comporte un modulateur de largeur d'impulsion (25-) commandé par la mémoire (26) et des moyens de dé- modulation et de conversion (12; 33) susceptible de produire un signal de contreréaction analoguq à la fréquence et à la durée des impulsions. 14) Balance selon les revendications 10 et 12 caractérisée par un shunt électronique (8 t ) dans le circuit de compensation, un courant de shunt pulsatoire étant commandé par un modulateur de largeur d'impulsion (25) commandé par la mémoire (26).