Brevet FR2128502A1 — publié le 19721020

La présente invention concerne un procédé de mesure d'une tension au moyen d'un convertisseur analogique-digital comprenant-outre un amplificateur différentiel de préférence prévu- un intégrateur et un comparateur,, procédé dans lequel la tension à mesu-5 rer, puis une tension de référence, sont appliquées à l'entrée du convertisseur . Dans les appareils connus de ce type, on éprouve des difficultés pour mesurer des tensions positives et négatives , car la tension de référence ne peut être que d'une seule polarité tandis 10 Que la tension de référence et la tension à mesurer doivent avoir des polarités opposées . L'invention a pour objet de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus mentionné de telle manière qu'on puisse mesurer sans difficultés des tensions positives et négatives avec une unique po-15 larité de la tension de référence . A cet effet, suivant l'invention, l'intégrateur est maintenu pendant le processus de mesure au moyen d'une tension auxiliaire à un potentiel dont la valeur absolue est plus grande que celle de la tension à mesurer qui, de préférence est de même pol arité que 20 la tension de référence . Ainsi, le potentiel de référence du convertisseur analogique-digital est modifié d'une manière qui assure l'opposition de polarité désirée entre la tension à mesurer- qu'elle soit négative ou positive- et la tension de référence . 25 Suivant un autre perfectionnement du procédé, les niveaux de potentiel de base du convertisseur , mémoire inclure, qui correspondent aux niveaux de base auxquels sont rapportéesles diverses tensions appliquées sont en tout ou partie indépendants l'un de 1'autre . 30 Enfin, l'invention propose d'appliquer en série, au moins pen dant l'une des phases du procédé, toutes les tensions comprenant la tension auxiliaire , la tension à mesurer, et la tension de référence, ou une partie de ces tensions, et, dans ce cas, de préférence la tension auxiliaire et la tension de référence .Ceci 35 signifie que, lors de la phase du procédé pendant laquelle l'application en série en question est effectuée, chaque tension appliquée, par exemple la "nouvelle" tension auxiliaire , est composée des deux tensions appliquées en série, par exemple l'ancienne tension auxiliaire et l'ancienne tension à mesurer, ce qui permet 40 d'ajouter une de ces tensions à l'autre suivant une première com- COFY J 72 07166 2 2128502 binaison de polarités (+ -) ou suivant une autre combinaison de polarités ( - +).L'avantage de cette façon de procéder réside en ee qu'on peut de cette manière obtenir des caractéristiques non linéaires. La tension peut en même temps varier en ce qui concerne 5 ses composantes . En outre une indication de polarité automatique est possible, bien que la tension de référence, n'ait qu'une seule polarité . D'autres caractéristiques de l'invention anparaîtront au cours de la description qui va suivre . 10 Aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple : la Fig.l est un schéma-bloc d'un convertisseur analogique-digital classique ; la Fig.2 représente les variations de la tension en fonction du temps au point A du montage de la Pig.l ; 15 la Fig.3 est un schéma-bloc d'un convertisseur suivant l'in vention ; la Fig.4 représente les variations de la tension en fonction du temps au point A du montage de la Fig.3» et les Fig. 5 et 6 sont des exemples d'exécution de variante . 20 Sur la Fig.l, on voit en 1 un préamplificateur se présentant fous la forme d'un amplificateur différentiel, en 2 un intégrateur et en 3 un comparateur . Ces trois éléments constituent les parties essentielles d'un convertisseur analogique-digital au.moyen duquel une tension appliquée au point 4 peut être mesurée sous la forme 25 digitale . La flèche de droite de la Figure, qui part du comparateur 3» conduit à la porte d'un compteur . On utilise l'appareil représenté sur la Fig.l comme suit : tout d'abord , en fermant l'interrupteur 5, on applique la tension à mesurer à l'appareil . La tension au point A croît alors , selon 30 la grandeur de la tension appliquée, jusqu'à la valeur ou jusqu'à la valeur (voir Fig.2) . Ensuite, on rouvre l'interrupteur 5 et l'on ferme l'interrupteur 6 , ce qui a pour effet d'introduire dans l'appareil une tension de référence UR de polarité opposée à celle de la tension à mesurer .11 en résulte un affaisse-35 ment de la tension au point A, les courbes décroissantes ayant toutes la même pente. La différence de temps t^ - t^ ou t^ - t^ est alors une mesure de la grandeur de la tension à mesurer . Le procédé décrit implique une condition préalable, à savoir que la tension de mesure ait toujours une polarité différente de ^0 celle de la tension de référence . 72 07166 3 2128502 Pour que la tension de mesure puisse également avoir la même polarité que la tension de référence, on peut prévoir un montage de type représenté sur la Fig.3 -La sortie du comparateur 3, est connectée à la seconde entrée de l'amplificateur différentiel 1 5 par l'intermédiaire d'un interrupteur 7. Cette connexion est de son côté mise à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur 8. La tenrion de référence peut, comme on le voit sur le dessin ,être appliquée au moyen d'un diviseur de tension, en tout ou partie , à la première entrée de l'amplificateur différentiel 1. 10 Le déroulement du processus de mesure et les conditions de tension au point A ( voir Fig.3) sont les suivants: Tout d'abord , on ferme les interrupteurs 7 et 9 .11 en résulte l'application à la première entrée de l'amplificateur différentiel 1 de la tension -U .Si le convertisseur analogique-15 digital, en raison de la réaction , a un gain de l'ordre de l'unité, alors la tension -U règne également au point A (voir Fig.3) et à la seconde entrée de l'amplificateur différentiel 1. Le condensateur 8 présente également sur l'un de ses côtés la tension -U par rapport à la masse . 20 A l'instant t » on ouvre les interrupteurs 7 et 9 et on ferme l'interrupteur 5. A la première entrée de l'amplificateur différentiel 1 règne maintenant la tension à mesurer ( voir Fig.4). Cette tension présente, par rapport à la masse, un potentiel négatif déterminé, mais sa valeur est positive par rap-25 port à -U . Au point A, en conséquence, la tension croît jusqu'à la valeur . A l'instant t^ , comme dans le procédé connu, en ouvrant l'interrupteur 5 et en fermant l'interrupteur 6, on applique à la première entrée de l'amplificateur différentiel 1, la tension de référence . La tension au point A décroît à nouveau . 30 Dès que le niveau de tension -UQ est atteint, le temps (t^-t^),qui représente une mesure de la tension d'entrée à mesurer rapportée à -U est écoulé. O La tension à mesurer peut également être positive par rapport à la masse . Ces conditions sont représentées par la courbe 35 qui a comme valeur maximale : tout d'abord, la tension croît, pendant le laps de temps compris entre t et t^ , de -U à la valeur . Si l'on spplique la tension de référence à l'instant t^ , la tension au point A tombe à -Uq . La différence de temps t- -v, est une mesure de la tension qui a été mesurée, rapportée 40 à -UQ . 72 07166 4 2128502 Pour identifier la tension rapportée au potentiel delà masse, on procède comme suit: On choisit , suivant l'invention , les conditions de telle manière que dans le cas où UE = 0(UE- la tension à mesurer) , les temps t, - t et tc - tn sont égaux •1* o o •*» 5 (voir la ligne en trait interrompu de la Pig.4). Le compteur de l'appareil de mesure digital compte alors à rebours depuis son indication maximale ( par exemple 10.000 unités) à partir de l'instant tQ . A l'instant t^ , il a alors atteint zéro . Si la tension à mesurer est supérieure à zéro, le compteur doit alors 10 recommencer à compter, mais cette fois dans le sens normal, à partir de l'instant tg tandis qu'il est nécessaire d'indiquer d'une manière quelconque si le sens de comptage a été inversé ou non . Les valeurs à mesurer positives et négatives sont alors indiquées correctement par le compteur . 15 Sur la Fig.5, le convertisseur est représenté sous une forme simplifiée et est désigné par "W" . Seule la mémoire 8 figure sur le schéma. Les diverses tensions UQ , Ug et UR sont appliquées par l'intermédiaire des interrupteurs bipolaires 9-9a, 5-5a et 6-6a. Avec cette disposition, on peut mesurer sans niveau de potentiel 20 de base (dans le montage de la Fig.3, le convertisseur ( y compris la mémoire 8) est à la masse . De même, les potentiels de base des tensions U„ , U et IL. correspondent au niveau de la masse . O n Si,par exemple, on désire mesurer au moyen d'un pont de Wheatstone une résistance incorporée à l'une des branches de ce pont, la 25 tension recueillie aux bornes d'une diagonale du pont est fonction, d'une part, du déséquilSbrage du pont auquel on s'intéresse et d'autre part de la tension d'alimentation ( à laquelle on n La Fig.6 représente un montage analogue à celui de la Fig.5 au cours de l'une des phases du procédé pendant laquelle Ug et Uq 40 sont appliquées en série ( les interrupteurs et les parcours de 72 07166 5 2128502 courant qui, pendant cette phase du procédé, ne sont pas parcourus par tun courant ont été omis par simplification ). Le procédé suivant l'invention présente encore cet avantage très important qu'il permet de compenser une dérive éventuelle ^ dans le convertisseur . La raison de cet avantage est la suivante. En supposant que le préamplificateur présente une dérive (qu'on peut se représenter par exemple sous la forme d'une source de tension additionnelle présente dans le préamplificateur), alors la tension supplémentaire est également appliquée, grâce à la réac-10 tion, à la seconde entrée du préamplificateur 1, ce qui a pour effet, lors de la mesure subséquente, d'empêcher l'apparition de la dérive . Suivant un autre perfectionnement de l'invention, il est avantageux que la tension auxiliaire soit égale à la moitié de la ten-15 sion de référence . Dans l'exemple représenté sur la Fig.3, on a alors * •Dans des cas déterminés, il peut également être avantageux de doubler la gamme de mesure . Suivant l'invention ceci implique R^ = 2R^ Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, le pro-20 cédé décrit peut également être utilisé pour la mesure de résistances; dans ce cas, l'entrée ( sur la Fig.3» Ug ) est mise à la masse, R^ est une résistance inconnue et R^ une résistance connue ou vice-versa . L'avantage de ces mesures de résistances réside en ce qu'on peut utiliser une source de courant mise à la masse sur 25 l'un de ses côtés et qui peut ne pas être très stabilisée. En outre, un point important réside en ce que ce n'est pas le courant traversant les résistances qui est utilisé pour la mesure : celle-ci Rl est uniquement basee sur le rapport La tension auxiliaire peut prendre2 n'importe quelle valeur . 30 On peut donc également , suivant l'invention, prévoir une suppression du zéro . On a montré plus haut qu'on peut obtenir d'une manière simple line indication correcte de tensions positives et négatives en faisant compter le compteur à rebours pendant un intervalle de temps 35 déterminé . Par inversion de la polarité de la sortie du comparateur, on peut, suivant une variante de l'invention, obtenir le même résultat . Au lieu d'une seule boucle de réaction, telle que celle qui est représentée sur la Fig.3, on peut également en prévoir plusieurs . 40 Ceci peut être intéressant si l'on désire augmenter la stabilité . 72 07166 6 2128502 On peut également effectuer la régulation après le préamplificateur et avant l'intégrateur . L'erreur qui se produit dans le préamplificateur s'ajoute alors à la dérive d'entrée . En outre la mémoire 8 (voir Fig.3) peut être montée à un autre endroit, par 5 exemple dans le circuit de l'amplificateur . Ci-dessus on a toujours admis comme hypothèse que la tension de référence était constante .11 est toutefois possible, suivant l'invention, d'appliquer la tension d'entrée en partie à l'entrée "O" ( interrupteur 9) et en partie à l'entrée du potentiel de base 10 ( interrupteur 6) afin d'obtenir de cette manière une caractéristique non linéaire de la tension d'entrée . Le signe peut également être inversé . Suivant une autre caractéristique de l'invention , une erreur qui se produit dans l'intégrateur peut être compensée en décalant la tension Uq par rapport à sa valeur de consigne 15 dans une mesure égale à la valeur de l'erreur . On peut également, à cet effet, pendant le temps de mesure (temps pendant lequel la tension à mesurer et la tension de référence sont appliquées ), clé caler le potentiel de la tension d'un condensateur monté devant l'entrée de mesure, de la valeur de l'erreur, au moyen d'une im-20 pulsion de tension .En outre, le décalage peut également s'effectuer sous la même forme au condensateur (8). 72 07166 7 2128502 REVENDICATIONS 1-Procédé de mesure d'une tension au moyen d'un convertisseur analogique-digital comprenant - outre un amplificateur différentiel de préférence prévu - un intégrateur et un comparateur , pro- 5 cédé dans lequel la tension à mesurer, puis une tension de référence, sont appliquées à l'entrée du convertisseur , caractérisé en ce que l'intégrateur est maintenu, pendant le processus de mesure, au moyen d'une tension auxiliaire, à un potentiel dont la valeur absolue est plus grande que celle de la tension à mesurer 10 et qui, de préférence, est de même polarité que la tension de référence . 2-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant l'application de la tension à mesurer, la tension auxiliaire est temporairement appliquée à une mémoire, telle que, par exemple, 15 un condensateur , connecté à l'une des entrées de l'une des imités du convertisseur ( amplificateur différentiel, intégrateur, comparateur ) . 3-Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la tension auxiliaire est réinjectée à l'une 20 des entrées du convertisseur, tandis que la tension de sortie de l'une des unités de celui-ci (amplificateur différentiel., intégrateur, comparateur) est réinjectée à une entrée de l'une desdites unités et est enregistrée dans une mémoire telle qu'un condensateur et en ce qu'ensuite la tension auxiliaire est coupée et le circuit de 25 réaction interrompu . 4-Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la tension régnant à la sortie du comparateur est réinjectée à l'une des entrées de l'amplificateur différentiel . 5-Procédé suivant la revendication 3» caractérisé en ce que la 30 tension régnant à la sortie du comparateur est réinjectée à l'entrée de l'intégrateur . 6-Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est prévu deux ou plus de deux boucles de réaction avec mémoire . 7-Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6 , 35 caractérisé en ce que la tension auxiliaire est égale à la moitié de la tension de référence . 8-Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le compteur de l'appareil de mesure compte à rebours pendant un temps déterminé au cours de l'exécution du pro- 72 07166 8 2128502 cessus de mesure . 9-Prooédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'après l'application de la tension de référence, le compteur inverse son sens de comptage après l'écoulement d'un laps de temps qui cor- ■« 5 respond au temps pendant lequel la tension de mesure a été appli- * quée . 10-Irocédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, pour permettre l'indication des tensions positives et négatives, la polarité de la sortie du condensateur 10 est inversée . 11-Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que, pour assurer l'obtention d'une caractéristique non linéaire de la tension d'entrée, celle-ci est appliquée en partie à l'entrée "O" et/ou en partie à l'entrée du po- 15 tentiel de référence . 12-Procédé suivant l'une quelconcue des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les niveaux de potentiel de base du convertisseur y compris sa mémoire, qui correspondent aux niveaux de potentiel de base des diverses tensions appliquées, sont en tout ou 20 partie indépendante les uns des autres . 13-Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce que la tension auxiliaire (U ) , la tension à mesurer (Ug) et la tension de référence UR sont appliquées chacune en même temps que leur potentiel de base . 25 l4-Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 12 et 13, caractérisé en ce qu'au moins pendant l'une des phases du procédé, on applique en série les tensions comprenant la tension auxiliaire (U ) , la tension à mesurer (UE) et la tension de référence (UR) ou tout au moins une partie de ces tensions et, dans ce cas, 30 de préférence la tension auxiliaire (U ) et la tension de référence (UR) . 15-Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 14,caractérisé en ce que, pour éliminer une tension d'erreur , par exemple au niveau de 1'intégrateur ou dans les interrupteurs , une 35 tension de compensation appropriée est injectée dans.leconvertis-seur . 16-Proeédé suivant la revendication 15, caractérisée en ce que la tension auxiliaire (UQ) est décalée par rapport à sa valeur de consigne dans une mesure égale à la valeur de l'erreur . 40 17-Procédé suivant la revendication 15, caractérisé en ce que , 72 07166 9 2128502 pendant le temps de mesure ou pendant- une partie de celui-ci ,1e potentiel de tension d'une mémoire, telle que le condensateur de mémoire (8), un condensateur connecté à une entrée ou plusieurs condensateurs connectés aux entrées , est décalé dans une mesure 5 correspondant à l'erreur . 18-Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce qu'on effectue la mesure avec une suppression du zéro . 19-Appareil de mesure de tension analogique-digital permet-10 tant la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que la sortie du comparateur (3) est connectée à une entrée de. l'amplificateur différentiel (1) , en ce que cette connexion est reliée à l'un des côtés d'une mémoire, de préférence constituée par un condensateur (8), 25 en ce que, dans cette connexion, un interrupteur (7) est interposé entre la mémoire (8) et la sortie du comparateur et en ce qu'il est prévu une source de tension auxiliaire pouvant être branchée à une autre entrée de l'amplificateur différentiel (l) , source dont la tension est plus grande, en valeur absolue , que la ten-20 sion à mesurer et a de préférence la même polarité que la tension de référence . 20-Appareil suivant la revendication 19, caractérisé en ce que la tension auxiliaire (-U ) est fournie par un diviseur de tension (R-^R^ ) alimenté par la tension de référence . 25 21-Utilisation d'un appareil suivant là revendication 20 comme instrument de mesure de résistance, caractérisée en ce que l'une des résistances (R-^) du diviseur de tension (R^Rg ) est une résistance inconnue à déterminer et en ce que l'entrée de l'appareil est mise à la masse .