Brevet FR2199124A1 — publié le 19740405

L'invention se rapporte à un mesureur électronique multivoies et séquentiel permettant notamment des mesures successives et instantanées de résistances. Il exiate déjà des dispositifs remplissant les mêmes fonctions, mais leur conception et leur réalisation sont notablement différentes. En effet, ceux-ci procedent par injection directe de courant dans les résistances à mesurer. Ce courant, de forme impulsionnelle est mesuré pendant un intervalle de temps dont la durée se trouve fortement limitée par les caractéristiques perturbantes du milieu ambiant de travail. Opérant souvent a distance et haute impédance, il se superpose inévitablement au courant de mesure une quantité importante de courants et de tensions parasites induites le long des fils de liaison. Ces techniques possèdent l'inconvénient de nécessiter une liaison courte entre l'appareil et les résistances à mesurer. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en procurant un mesureur électronique de résistances multivoies et séquentiel caractérisé en ce qutil se compose d'une part d'une chaîne d'élaboration d'une tension analogique constituée par la mise en cascade d'un convertisseur digital-analogique pondéré , d'un correcteur de non linéarité suivi d'un étage amplificateur et d'un étage inverseur et d'autre part d'un circuit d'entrée et d'amplification, ces deux parties étant connectées une chatne de détection et d'identification et en ce que l'entrée s'effectue sur un point milieu relié a travers la résistance d'entrée à un dispositif de travail et de sécurité en potentiel flottant par un en communication/opto-isolateur à un montage d'arrêt et de sauvegarde de la mesure. Ce dispositif permet de mesurer pSriodiquement des résistances de capteurs et de transducteurs, de température, de pression, d'énergie électrique etc... branchées entre un point milieu relié au dispositif et une tension d'alimentation variable avec protection dudit dispositif et sauvegarde de la mesure en cas de court-circuit de l'élément mesurer. I1 présente une bonne protection contre les parasites par son entrée a faible impédance. Un montage tampon permet de protéger les organes d'entrée et forme la tension de référence de l'ensemble du traitement électronique à partir d'une tension extérieure utilisée pour la mesure. Ce dispositif travaille en potentiel flottant par rapport a la tension extérieure de référence. I1 comporte un correcteur qui suit les variations de résistances extérieures répercutées sur sa résistance d'entrée, ce qui laisse espérer une précision quasi-constante dans toute la gEmme des résistances mesurables. Ce genre de dispositif comporte un grand nombre d'avantages. Tout d'abord, il possede un nombre de voies important et fonctionne en multiplexage; sa protection contre les parasites et les court-circuits des éléments à mesurer est efficace. Finalement, ce genre de dispositif peut se fabriquer pour un prix de revient relativement faible en considération de ses nombreuses possibilités et de sa précision globale constante meilleure que 1 %. L'invention sera bien comprise en se référant à la description suivante faite a titre d'exemple non limitatif et au dessin annexé dans lequel la seule figure de la description est un schéma électrique du dispositif selon l'invention. Le dispositif selon l'invention se branche sur un ensemble extérieur 1 composé d'un grand nombre d'éléments à mesurer qui pourront être par exemple des transducteurs. Ces éléments 2 sont normalement alimentés par des lignes d'alimentation 3 et 4 respectivement hautes et basses et de tension + V et - V. Les éléments 2 dans la mesure où ils sont disposés en parallèle sont commutés extérieurement par l'intermédiaire d'interrupteurs ou de commutateurs tels que 5 ou d'un système de transducteurs ou de capteurs à variations de résistance. Chaque élément a mesurer se trouve branché d'une part a la ligne 3 donc a la tension + V et d'autre part au circuit d'entrée de l'appareil constitué d'un groupement en parallèle de circuit identiques formant chacun une voie et constitué d'une résistance d'entrée 6 d'une diode7, et d'un coupleur analogique 8 constitué de préférence d'un transistor MOS qui portera le même numéro. Tous ces composants sont raccordés a un point milieu 9 constituant l'entrée du dispositif et auquel se raccordent les éléments a mesurer et en parallele les composants identiques des autres voies. Les résistances 6 se referment sur une ligne 10, les diodes 7 sur un point 11 et les coupleurs 8 sur un point 12. Les "gates" ou électrodes de commande des transistors MOS 8 se trouvent connectées chacune à une borne extérieure 13 alimentée en signaux d'adressage. Le signal à mesurer apparaît donc au point 12 lorsque l'un des transistors MOS 8 est passant. Ce point 12 est relié à un amplificateur opérationnel 14 monté en suiveur dont la sortie injecte une tension Va dans une des voies du circuit d'entrée d'une chaîne de détection et d'identification et ceci à travers une résistance 15. On a vu précédemnent comment le signal de mesure se trouvait prélevé et acheminé vers une chaîne de détection et d'identification, on décrira maintenant les organes permettant l'élaboration d'une tension augmentant par paliers successifs, corrigée en linéarité et comparée à tout moment au signal de mesure jusqu'd colacidence. L'élaboration de cette tension s'effectue a partir d'un convertisseur digital-analogique pondéré 16 commandé sur son entrée par une horloge centrale 17. Ce convertisseur se compose par exemple de deux ensembles identiques 18 et 18a prévus respectivement pour les unités et les dizaines et fonctionnant les uns apres les autres de façon a permettre au maximum quatre vingt dix neuf points de mesure, donc une exploration de la tension à mesurer assez fine. Chaque ensemble comporte un bloc de commande digitale respectivement 19 et 19a alimenté à une tension stabilisée et commandant chacun quatre commu- tateurs analogiques identiques tels que 20 et 20a, comportant des résistances pondérées en puissances de deux. Les impulsions de commande formées a partir d'une alimentation stabilisée dans les blocs de commande digitale 19 et 19a agissent successivement sur les co -utateurs analogiques 20 et 20a à travers un opto-isolateur 21 comprenant d'un coté une diode émissive 22 reliée par ligne à une alimentation négative aJ une borne 24,à travers une résistance de polarisation 25 et de l'autre côté un photo transistor 26. L'émetteur de ce photo transistor se trouve relié a un point 27 où sont branchées d'une part une résistance de polarisation 28 connectée a la ligne 3 et d'autre part une diode Zéner 29 reliée à la ligne 10. Cette diode Zéner permet de diminuer les temps de montée et de descente de l'im pulsion de commande fournie par le collecteur du photo transistor 26 connecté å la base d'un transistor 30 monté entre la ligne 3 et un point 31 relié à une ligne de sortie 32 de l'ensemble des unités a travers une résistance de precision 33 permettant de donner les valeurs analogiques correspondant au système extérieur. Le point 31 est en outre rappelé sur la ligne 10 à travers une diode Zéner 34 et sa résistance de polarisation 35. Tous les comnutateurs 20 sont identiques, seules changent les valeurs des résistances 33 et 35 qui restent dans un rapport constant et complémentaire permettant de travailler en courant constant et d'obtenir une tension de saturation aux bornes du transistor 30. La sortie du deuxième groupe de commutateurs s'effectue sur une ligne commune 36. Les lignes de sortie des deux groupes de commutateurs sont reliées à un correcteur de non linéarité 37 en deux endroits différents. La ligne 36 se ferme sur la ligne 10 a travers une résistance 38 aux bornes de laquelle se développent les signaux de sortie du deuxième groupe de commutateurs. La borne haute de cette résistance communique avec l'entrée d'un amplificateur 39 dont la sortie se trouve reliée directement à l'entrée des dizaines du connecteur 37 en un point 40. Le correcteur est constitué de deux transistors 41 et 42 montés en cascade et en liaison directe entre les lignes 3 et 10. Les résistances de collecteur et d'émetteur seront numérotées 43, 44, 45 et 46. Un troisième transistor 47 dont la base est reliée au collecteur du transistor 42 a son émetteur relié à la ligne de sortie du premier groupe de comnutateurs et son collecteur connecté en aval d'une résistance 48 branchée entre le point 40 et l'entrée d'un deuxième amplificateur 49. Les valeurs des résistances 38 et 48 sont égales à celle de la résistance 6 d'entrée du dispositif. L'amplificateur 49 est suivi en cascade d'un inverseur 50 attaquant à travers une résistance 51 la deuxième entrée de la chaîne de détection et d'identification. La tension inversée sur cette voie sera donc -Vb. La chaîne de détection et d'identification comprend en cascade un montage sommateur 52 à deux entrées, un détecteur de seuil 53, un amplificateur à grand gain 54 qui debite dans un montage identificateur 55 à deux entrées dont l'une se trouve reliée a une borne 56 branchée à des signaux d'echantillonnage pour la mesure. Ce montage permet de transformer la valeur analogique du signal de détection en valeur binaire. On examinera maintenant le dispositif de travail et de sécurité en potentiel flottant. I1 se trouve branché entre la ligne 10, le point 11 et la ligne 4 et est constitué d'un montage Darlington 58 dont les électrodes émetteurs collecteurs et base se trouvent respectivement connectées à la ligne 10, à la ligne 4 et au point il à travers une résistance 59 et une diode Zéner 60. L'émetteur est en outre relié à un opto-isolateur 61 du type vu précédemment dont le circuit émetteur est en communication avec la ligne 4 à travers une diode Zéner 62 et sa résistance de charge 63 et constitue le dispositif de sécurité. Le circuit récepteur commande un montage d'arrêt et de sauvegarde de la mesure 64 comportant au moins deux entrées 65 et 66 de remise à zéro en fin de cycle et de remise à zéro générale et au moins deux sorties 67 et 68 pour le même signal permettant l'arrêt de la mesure suite à un défaut de court-circuit. Des bornes 69 et 70 sont prévues pour alimenter ce montage en tension continue stabilisée. On expliquera maintenant sommairement le fonctionnement du mesureur électronique selon l'invention. Les éléments ou groupe d'éléments en parallèle à mesurer sont reliés entrée de l'appareil et alimentés en tension. Apres mise en route du mesureur, le premier signal d'adressage autorise la premiere mesure. L'horloge 16 commande la première décade du convertisseur puis la deuxieme. Celui-ci élabore une tension croissant par paliers. Elle peut croître dans le cas présent en quatre vingt dix neuf paliers. Cette succession de tensions croissantes est transmise à travers le correcteur de non linéarité 37 au sommateur 52 de la chaîne de détection et d'identification. La sortie de ce sommateur sera pratiquement nulle lorsque la tension de mesure Va sera égale à la tension élaborée -Vb. Le détecteur de seuil suivi de son amplificateur 54 transmettra alors au montage d'identification 55 un si- gnal de sortie d'égalité de mesure. En cas de court-circuit des éléments a mesurer, le transistor 58 travaille en classe A, la diode Zéner 60 conduitRla tension dretteur-collecteur croît. La tension de référence des organes électroniques (ligne 10) suit ce point flottant évitant ainsi la détérioration de la ou des résistances 6 et des transistors NOS composant les coupleurs analogiques 8. Le transistor 58 permet également en fonctionnement normal de piloter le conin du traitement électronique a partir de la tension extérieure c'est-à- dire la tension d'alimentation des éléments a mesurer qui est prise alors comme tension de référence pour les mesures. C'est le principe du potentiel flottant qui permet d'améliorer la qualité des mesures. Bien que l'invention ait été dêcrite à propos d'une forme de réalisation particuliere, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de formes et de matériaux, sans pour cela steloigner du cadre et de l'esprit de l'invention. Revendications 1. Mesureur électronique multivoies et séquentiel caractérisé en ce qu'il se compose dune part d'une chaîne d'élaboration d'une tension analogique constituée par la mise en cascade d'un convertisseur digital-analogique pondéré 16, d'un correcteur de non linéarité 37 suivi d'un étage amplificateur 49 et d'un étage inverseur 50 et d'autre part d'un circuit d'entrée et d'amplification, ces deux parties étant connectées à une chaîne de détection et d'identification et en ce que l'entrée s'effectue sur un point milieu 9 relié à travers la résistance d'entrée à un dispositif de travail et de sécurité en potentiel flottant en communication par un opto-isolateur 61 à un montage d'arrêt et de sauvegarde de la mesure. 2. Mesureur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit d'entrée se compose d'une pluralité de voies consultées successivement et périodiquement comprenant chacune, reliées au point milieu 9, une résistance d'entrée 6, une diode 7 et l'entrée d'un coupleur analogique 8 dont la sortie se trouve branchée a un amplificateur 14 commun à toutes les voies. 3. Mesureur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le convertisseur digital-analogique 16 comporte plusieurs commutateurs comprenant chacun un isolateur opto-électronique 21 isolant entièrement l'impulsion de commande de la tension analogique générée. 4. Mesureur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la chaine de détection et d'identification se compose par la mise en cascade tout d'abord d'un montage sommateur 52 à deux entrées recevant d'une part la tension de sortie de l'amplificateur 14 et d'autre part la tension inversée provenant du correcteur 37, ainsi qu'un détecteur de seuil 53, un amplificateur 54 et un montage identificateur 55. 5. Mesureur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif de travail et de sécurité en potentiel flottant est un montage Darlington 58 monté entre la ligne 4 de tension extérieure et une ligne 10 connectée au commun des organes électroniques, ledit montage comportant dans son circuit d'entrée une diode Zéner 60 reliée aux diodes 7 permettant la détection des court-circuits et une résistance de polarisation 59, son émetteur branché à La ligne 10 sert de point à potentiel flottant. 6. Mesureur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la liaison existant entre l'émetteur du transistor 58 et du montage d'arrêt et de sauvegarde de la mesure se réalise par un opto-isolateur 61 dont le circuit d'émission est branché entre ledit émetteur et la ligne 4 comportant en série une diode émissive, une diode Zéner 62 et une résistance de charge 63.