Brevet FR2126345A1 — publié le 19721006

L'invention concerne un dispositif de mesure d'une gran- deur physique, en particulier en plusieurs points d'un objet, à l'aide de résistances constituant des éléments analogiques aux points de mesure, la valeur ohmique des éléments variant en fonction de la charge, ledit dispositif comprenant un appareil de mesure et une source d'alimentation, ainsi que des composants destines à éliminer les différences des valeurs initiales des resistanees ohmiques des différents liements, afin que l'affichage de l'appareil de mesure varie lineairement avec la charge. Les dispositifs connus, par exemple de mesure allongement, sont basés sur un pont de Wheatstone Le pont est alimente, en général par une source de tension. Mais on sait que lorsque le pont est fortement déséquilibré, la valeur donnée par l'appareil de mesure ne monte pas linéairesant avec la variation de la résistance ohmique* c'est-à-dire avec l'allongement. Pour obtenir une relation linéaire, les tolérances de la résistance des jauges de contrainte collées s aux points de mesure et constituant les éléments analogiques doivent être compensées par des dispositifs spéciaux avant la mesure proprement dite.En effet, les tolérances de fabrication des Jauges de contrainte sont de l'ordre de grandeur ds quelques pour cent. Leur influence sur la mesure n'est pas négligeable, même lorsque le pont est alimenté par une source de courant qui réduit de moitié l'erreur de linéarité par rapport à l'alimentation par une source de tension. Lorsque le nombre des points de mesure est tres grand, par exemple superieur à deux cents, le coût du même nombre de circuits d'équilibrage est considérable. Leur montage peut durer plusieurs heures. L'état thermique de objet peut varier considérablement pendant ce temps, par exemple lorsque les mesures ne sont pas effectuées en labooratoire L'objet ne peut être mis sous charge que lorsqu'un circuit d'équilibrage est monte à chacun des points de mesure, qui sont ainsi réglés à une valeur neutre commune et alors la valeur d'affichage de ltappareit ds mesure représente directement l'allongement en chaque point cie mesure. Lors des mesures en de nombreux points, la source d'alimentation et l'appareil de mesure sont branches sur les points successifs à l'aide de commutateurs Chaque jauge de contrainte doit strie associée à trais résistances de précision pour constituer un pont complet et empocher que les variations des résistances de transmission de contact des commutateurs entrent directement dans les mesures et soient une source d'erreur. Il en est de m & e pour les mesures sur des objets rotatifs. Chaque jauge de contrainte places sur l'objet rotatif doit aussi être montée dans un pont complet. L'intention a pour objet un dispositif du type décrit, qui est notablement meilleur marché et plus rapide à mettre en oeuvre que ceux de l'art antérieur. Selon une particularité essentielle du dispositif de l'invention, deux sources de courant alimentent le dispositif, chacune d'elles, pratiquement insensible aux influences extérieures fournissant un courant constant qui est le même que celui de l'autre source, la première de ces sources étant connectée avec l'élément analogique en un premier circuit et la seconde source formant un second circuit avec une résistance de covpenstion des effets dûs aux variations de température, un appareil de mesure étant branché entre les deux circuits et cet appareil étant à grande résistance ohmique pour la mesure de la différence de tension entre les deux circuits. Ce dispositif est tonte de manière telle qu'il évite le circuit en pont et la nécessité d'équilibrer les tolerances de fabrication des différents éléments analogiques. La valeur d'affichage de l'appareil de mesure reste sans restriction proportionnelle à la varia- Won de résistance. Ltinn uence des variations des résistances de contact sur la mesure est évitée, car un élément analogique est fixe à chaque point de mesure et peut etre branché dans le premier circuit par un contact d'un commutateur, alors que les éléments analogiques des autres points de mesure ne sont donc pas branchés et une résistance de compensation des effets dus aux variations de température est affectée a l'élément analogique et branchée dans le second circuit par un contact d'un cammitateur, de pré férence simultanément avec le branchement de l'élément analogique, par cou- plage de ce commutateur avec celui du premier circuit p l'influence des variations des résistances de contact sur la mesure est, par ailleurs, évitée par lé fait que 1' appareil de mesure est connecté aux deux circuits entre le point de contact et l'élément analogique et la résistance correspondante et, de plus1 par le fait que cet appareil de mesure peut autre connecté des deux cotés par des conducteurs et un commutateur au circuit branché a' cet instant, cette connexion ayant lieu, de préférence, simultanément avec le branchement de chaque circuit par couplage des commutateurs des circuits et des oommu- tateurs situés des deux cotés de l'appareil de mesure. Ce dispositif est aussi meilleur marché que ceux de l'art antérieur, Car une résistance unique peut assurer la compensation de la température de tous les éléments analogiques ou d'un groupe de ceuxci et se trouve dans le second circuit et, de plus, la résistance destinée à la compensation de température est un composant du même type que l'élément analogique du point de mesure. Chaque source de courant délivre la même intensité en étant connectée de préférence à une tension d'alimentation, dont le pôle négatif est connecté à un transistor par l'intermédiaire d'une résistance série stable, les deux transistors étant sélectionnés pour leur m8me facteur d'amplification du courant, les transistors étant connectés en base commune, l'un de leurs collecteurs étant connecté à l'élément analogique et l'autre, à la résistance de compensation, ces résistances étant connectées par ailleurs au p81e positif de la tension d'alimentation, une diode de Zener et une diode au silicium étant connectées en série entre la base commune des transistors et le psle négatif de la tension d'alimentation, afin de stabiliser cette dernière et, dans le m & e but, la base commune étant connectée au pôle positif de cette tension par l'intermédiaire d'une résistance série. Le dispositif est pratiquement soustrait aux influences extérieures, car les deux transistors sont doublement blindés contre les variations de température, de préférence en étant placés dans un bloc métallique, dont la température de fusion est inférieure à 1000C, ce bloc étant enveloppé dans un isolant thermique, de préférence une matière mousse et cet ensemble étant enfermé dans un bottier de cuivre. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure t est un schéma de principe du dispositif de mesure selon l'invention la figure 2 est un schéma d'un exemple de réalisation à plusieurs points de mesure la figure 3 est un schéma d'un exemple de réalisation à plusieurs points de mesure sur un objet rotatif ; la figure 4 est un schéma d'un exemple de réalisation des deux sources de courant. Le dispositif représenté de mesure de l'allongement d'un objet soumis à une charge physique comprend un élément analogique, une jauge 1 de contrainte dans le cas particulier, collé au point de mesure et dont la résistance électrique varie en fonction de la charge au point de mesure. La jauge 1 de contrainte est connectée à une première source 2 de courant et se trouve dans un premier circuit I. Une résistance 3 de compensation des effets dûs aux variations de tempéra turne est connectée à une seconde source 4 de courant et se trouve dans un second circuit II - cette résistance pouvant entre, comme dans le cas particulier, un élément du même type que l'élément analogique, à savoir une jaugo de contrainte.Chacune des deux sources 2 et 4 fournit un courant d'intensité constante, pratiquement insensible aux influences extérieures, les moyens d'obtenir cette insensibilité étant décrits plus bas et ces deux intensités étant les mêmes. Un appareil 5 de mesure est branché entre les deux circuits. Cet appareil est à forte résistance ohmique et destiné à la mesure de la différence de tension entre les deux circuits. Les deux sources 2 et 4 de courant du dispositif décrit délivrant la même intensité, la relation entre l'affichage de l'appareil de mesure et la variation de résistance de la jauge 1 de contrainte, par suite de la charge au point de mesure,est linéaire. Le dispositif de la figure 2 comprend une jauge 6 de contrainte collée à chacun des multiples points de mesure. Une résistance 7 de compensation des effets dûs aux variations de température est associée à chaque jauge 6 de contrainte. Chacune de celles-ci comporte un contact 8. Un commutateur 9 est destiné à connecter chaque jauge 6 individuellement au premier circuit I du dispositif. A chaque instant une seule jauge 6 est branchée sur le circuit I et toutes les autres en sont déconnectées. Chacune des résistances 7 comporte un contact 10. Un commutateur Il est destiné à brancher les résistances 7 individuellement sur le second circuit II du dispositif. Les deux commutateurs 9 eut 11 peuvent être couplés de manière qu'au moment du branchement d'une jauge individuelle 6 dans le premier circuit I, la résistance 7 qui lui est affectée soit branchée sur le second circuit II. L'appareil 12 de mesure à forte résistance ohmique est connecté aux deux circuits I et II par les contacts 8 et 10 entre une jaugo 6 et la résistance correspondante 7, afin d'éliminer de la mesure les variations des résistances aux points de contact lors de la commutation d'un point de mesure à l'autre. Un conducteur 13 et un commutateur 14 connectent de chaque côté I'apgaresl 12 de mesure sur les circuits I et II bran- au moment donne chés/.Le commutateur 9 du premier circuit I est couplé au commutateur 14 du conducteur.13 entre l'appareil 12 de mesure et le premier circuit I (ligne brisée entre les commutateurs 9 et 14), de manière qu'au branchement d'une jauge 6 de contrainte sur le premier circuit I, l'nappa reil 12 soit connecté à ce même circuit I. Ainsi, le commutateur il du second circuit II est aussi couplé rar le commutateur 14 sur l'autre cSté de l'appareil 12 (ligne brisée entre les commutateurs 11 et 14).Ces deux groupes de commutateurs peuvent, de plus, être couplés de manière que le branchement des deux circuits I et II soit simultané avec la connexion de l'appareil 12 de mesure entre les deux circuits I et II déjà branchés. Ce couplage n'est pas représenté. L'exemple de réalisation de la figure 3 ne diffère de celui de la figure 2 que par le fait qu'une unique résistance 16 de compensation des effets dus aux variations de la température est affectée au groupe entier des jauges 15 de contrainte. Les contacts 17 sont des bagues collectrices, car l'objet sur lequel la mesure porte tourne. Les conducteurs 18 de connexion à l'appareil 19 de mesure comporteqt pourla même raison des contacts supplémentaires 20. Chacun des conducteurs est branché sur les circuits I et II entre les contacts 17 et la jauge 15 de contrainte, respectivement la résistance 16. Les sources d'alimentation en courant de la figure 4 sont connectées sur une tension commune 21 d'alimentation. Une résistance série stable 23 pontée devant chacun des deux transistors 22 sélectionnés pour leur même amplification de courant branche ces derniers mu le pale négatif de la tension 21 d'alimentation.Les transistors 22 sont montés en base commune par un conducteur 24.Le collecteur de l'un des transistors ost destiné à être branché sur le pale positif de la tension 21 d'alimontation par un premier circuit I passant par l'élé- nient analogique du dispositif de mesure et le collecteur du second transistor est destiné à être connecté à ce p3le positif par un second circuit II passant par la résistance de compensation des effets dus aux variations de température. La figure 4 représente en lignes brisées les connexions des collecteurs des transistors 22 au pôle positif de la tension 21 d'alimentation par l'élément analogique et par la résistance de compensation, donc les circuits I et II, l'appareil de mesure étant représenté de la même manière. Une diode 25 de Zener et une diode 26 au silicium sont branchées en série entre le pôle négatif de la tension 21 d'alimentation et le conducteur 24 reliant les bases des transistors 22, afin que la tension entre ce conducteur 24 ot le pale négatif de l1ali- mentation 21 soit stable. Une résistance série 27 connecte le conducteur 24 reliant la base des transistors au pale positif de la tension 21 d'alimentation. Ce montage et le mode de branchement des sources de courant d'alimentation compense les très faibles écarts inévitables par rapport a' la valeur w nstante du courant devant Autre délivré par les deux sources. I1 faut éviter les effets inégaux dds aux variations de température et s'exerçant sur I'extérigrcr sur les transistors 22. Eh conséquence, ceux-ci sont sélectionnés polir leur mante amplification de courant et sont entourés d'un blindage thermique double. Les transistors 22 sont coulés dans un bloc métallique. La température de fusion du métal utilisé est inférieure à 100 C. Le bloc est entouré d'un bot tier de cuivre. Ce mode de réalisation du blindage thermique n'est pas représenté. La mesure à l'aide du dispositif décrit s'effectue de la manière suivante : toutes les jauges de contrainte sont d'abord branchées l'uns après l'autre par commutation pour la mesure, sans charge de l'objet, et les valeurs d'affichage observées pour chacune d'elles sur l'appareil de mesure sont enregistrées dans une mémoire et constituent les valeurs neutres de chacune des jauges. Ensuite, la mesure est effectuée sous charge de objet. Les valeurs affichées ne sont celles recherchées des variations de résistance aux différents points de mesure, c'est-à-dire de l'allongement, qu'après formation de la différence entre chacune des valeurs mesurés sous charge et la valeur neutre mémorisée du point de mesure. La détermination des valeurs neutres est rapide, de sorte que les effets éventuels de la température sur l'objet sur lequel la mesure porte peuvent être négligés. L'économie de temps et d'argent obtenue par rapport aux dispositifs de mesure et procédés antérieurs permet de mettre en oeuvre, de manière rentable,une calculatrice électronique pour la formation de la différence. L'application de l'invention n'est absolument pas limi tée au dispositif de mesure et au procédé de mesure d'un allongement tels que décrits et expliqués. Elle peut, bien au contraire, s'appli~ quer judicieusement à tous les dispositifs comportant des éléments analogiques ou capteurs de mesure qui convertissent une variation d'une grandeur physique ou chimique en variation de résistance électrique. On peut mentionner, en particulier, la mesure de différences de température à l'aide de résistances sensibles aux variations de tempé- rature. n va de soi que de nombreuses modifications peuvent Entre apportées aux dispositifs décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure d'une grandéur physique d'un objet, en particulier en plusieurs points, au moyen de résistances constituant des eléments analogiques auxdits points de mesure, la valeur de la résistance électrique desdits éléments variant en fonction de la charge, ledit dispositif comprenant par ailleurs un appareil de mesure, ainsi qu'une alimentation et un circuit d'élimination de la différence des valeurs initiales de résistance des différents eElé- ments, afin que la relation entre la valeur dtaffichage de l'appareil de mesure et la charge soient linéaires pendant la mesure, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il est alimenté par deux sources de courant delivrant une intensité constante, pratiquement indépendante des influences extérieures, les deux intensités étant égales, la première source de courant étant connectée à l'élément analogique pour former un premier circuit et la seconde étant connectée à une résistance de compensation des effets dûs aux variations de température pour former un second circuit, ledit appareil de mesure étant branché entre les deux circuits. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit appareil de mesure est à forte résistance ohmique pour la mesure d'une différence de tension entre deux circuits. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en co qu'un élément analogique est fixé à chaque point de mesure et un commutateur peut le brancher par un contact dans le premier circuit, les éléments analogiques des autres points de mesure restant hors circuit. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une résistance de compensation des effets dûs aux variations de température est affectée à l'élément analogique et un commutateur peut le brancher par un contact sur le second circuit, de préférence simultanément au branchement de l'élément analogique auquel elle est affectée,par couplage de son commutateur avec celui du premier circuit. 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé on ce que l'appareil de mesure est connecté aux deux circuits entre chacun desdits contacts et l'élément analogique, et la résistance correspondante. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qU'un conducteur et un commutateur sont destinés à connecter l'appareil de mesure de chaque côté sur les circuits branchés au moment donné,/ préférence simultanément avec le branchement de ces circuits sélectionnés, de préférence par couplage des commutateurs desdits premier et second circuits avec les commutateurs placés de part et d'autre de cet appareil de mesure. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une seule résistance de compensation des effets dûs aux variations de température est affectée à tous les éléments analogiques ou à un groupe de ceux-ci, cette résistance étant montée dans ledit second circuit. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance de compensation des effets dbs aux variations de température est un élément du même type que l'élément analogique fixé au point de mesure. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sources de courant d'alimentation sont connectées à une tension d'alimentation, dont le pale négatif est connecté à deux transistors sélectionnés pour leur même amplification de courant, la connexion de chacun de ces transistors à ce p81e passant par une résistance série stable, ces transistors étant montés en base commune au moyen d'un conducteur et l'un de leurs collecteurs étant connecté à l'élément analogique et l'autre, à ladite résistance de compensation, ces résistances étant connectées, par ailleurs, au p8le positif de la tension d'alimentation, une diode de Zener et une diode au silicium étant montées en série entre le conducteur de la base commune des transistors et le pale négatif de la tension d'alimentation et le conducteur de la base commune de ces transistors étant connecté par une résistance série au p81e positif de la tension d'alimentation, afin que la tension soit stable. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les deux transistors comportent un blindage double les mettant à l'abri des variations de température, de préférence par enrobage dans un bloc métallique, dont la température de fusion est inféreiure à 1000C, ce bloc étant entouré d'un isolant thermique, de préférence de matière mousse et cet ensemble étant enveloppé dans un bottier de cuivre.