Brevet FR2150571A1 — publié le 19730413

La présente invention a pour objet un voltmètre numérique pour dynamomètre à jauges résistantes, plus spécialement applicable àun instrument de pesage. Il est connu d'utiliser, dans les techniques de pesage, des dynamomètres à jauges résistantes, l'instrument de mesure associé aux dynamomètres étant constitue par un servomécanisme actionnant un potentiomètre inséré dans un pont de Wheatstone. Il s'agit donc dune méthode de zéro qui, seule, permet d'obtenir la précision et la sécurité demandées pour le pesage de précision. Un tel dispositif comporte un pont de janges à résistances ou capteur qui fournit une tension de désquilibr-, lors de l'application d'un point P à mesurer, proportionnelle au poids P.Cette tension de déséquilibre est appliqué. à l'entrée d'un lificateur qui actionne un servo- moteur qui commande, 8 son tout, un potentiomètre dtun pont de mesure relié au capteur. Lorsque l'équilibre est atteint, un index relié au curseur du potentiomètre indique la variation de la valeur de la résistance du capteur, donc, à un coefficient constant pros, la valeur de P. Un tel dispositif a une bonne précision, mais l'inertie des servomécanismes est gênante dans certaines applications et, par ailleurs, la tendance actuelle consiste à obtenir le résultat sous forme d'un affichage numérique. Le dispositif selon l'invention supprime ces inconvénients. C'est un système numérique complètement statique quio se comporte aucun dispositif mécanique et sa précision est supérieure à celle que l'on peut obtenir avec un potentiomètre actionné par un servo- recteur; Dans le dispositif de l'invention, les sources d'alimentation sont continues et la tension de déséquilibre ou tension d'erreur est évidemment une tension variable, de polarité variable, mas non modulée.L'utilisation de courant continu simplifie les problèmes de filtrage des courants parasites et des vibrations para- sites éventuelles de l'installation. Etant donné la difficulté d'amplifier des signaux continus très faibles, le circuit de réaction comporte un modulateur de signal de déséquilibre ou d'erreur engendrant un signal alternatif qui est amplifié, puis démodulé en engendrant finalement un signal de commande continu très amplifié. La description qui va suivre fera mieux comprendre l'invention en se référant aux dessins a1nesés dans lesquels - la Fig. 1 représente un schéma sous forme de blocs d'un dispositif de pesade comportant. un voltmètre numérique selon l'invention t - la Fig. 2 représente un schéma du modulateur du signal de déséquilibre selon l'invention - la Fig. 3 représente un schéma du démodulateur du signal de déséquilibre modulé, selon l'invention - la Fig. 4 représente des diagrammes de signaux permettant de mieux comprendre le fonctionnement du démodulateur de la Fig. 3. Sur toutes ces figures, les éléments identiques ont les mêmes numéros de référence. Sur la Fig. 1, l'installation de pesage 1 situéeà l'intérieur du rectangle en traits interrompus comprend un dynamomètre comportant un pont de jauges à résistances 2, alimenté par une tension continue stabilisée 5 et engendrant, sous l'influence du poids P à mesurer, une tension V1 proportionnelle à P entre les bornes 3 et 4. Le circuit de réaction décrit ci-après engendre une tension d'opposition V2 entre la masse du montage et la borne 4, c'est-à-dire-aux bornes du circuit de sortie 7. La tension différentielle dV = V1 - V2 est appliquée à l'entrée du circuit d'entrée 8 entre la borne 18 et la masse0 Cette tension différentielle de déséquilibre ou tension d'erreur, qui peut être positive ou négative par rapport à la masse, tend à s'annuler très rapidement et, à ce moment, la tension V2 fournit une valeur du poids P à mesurer, à un facteur constant près. La channe de réaction comprend un modulateur 8, un amplificateur 9, un démodulateur 10, un circuit de commande 11, un compteur décompteur électronique à décades 14, un circuit 7 constitué par un réseau de résistances commutables, disposées suivant des décades et alimentées par une tension continue stabilisée 6, des fils de connexion 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, les fils 23-; 25, 26, 27 étant à la masse, et des bornes 18a, 19a, 20a, 22a, 28a. Ce circuit 7 est encore appelé, suivant une terminologie courant une boite de poids.La tension V2 recueillie aux bornes du circuit 7, c'est-àdire entre la masse et la borne 4, est constamment proportionnelle à la valeur enregistrée dans le compteur 14, suivant une disposition classique bien connue dans les convertisseurs numériques-analogiques constitués d'un compteur et d'un réseau de commutation à résistance, en sorte que le poids P, proportionnel à la tension V2 au moment de l'équilibre du système, est également proportioxmeL à la valeur enregistrée dans le compteur à ce même moment, le ystème étant réglé de facon que le facteur dc proportionnalité soit egalàl'unité. Le poids P est donc mesuré par 1D valeur enregistrée dans le compteur 14 à partir du moment où le système est en équilibrez Cette channe dc réaction comporte encore uçl auto-oscillateur 13 engendrant des trains d'impulsions commandant les circuits 8 et 10 à partir des bornes 13a,113b, 13c, 13d, un circuit convertisseur 12 qui engendre un train dtimpulsicns de commande dont la fréquence de répétition est proportionnelle à la valeur de sa tension d'entrée. Le compteur 14 est commandé par trois signaux : deux signaux, engendrés par le circuit 17 sur les fils 19 et 20, comnandent rcspectivement le comptage et le décomptage, de façon à annulera tension d'erreur dV (lorsque dV est inférieure à une valeur de seuil très faible, les fils 19 et 20 ne transmettent plus de signaux et le compteur 14 s'arr8te de fonctionner), tandis que le signal provenant du circuit 12 commande la vitesse de comptage (ou de décomptage), cette vitesse diminuant quand la tension d'erreur dV tend vers zéro, ce qui permet au système de se stabiliser rapidement et régulièrement.Ce compteur 14 commande à son tour les commutateurs de la boîte de poids 7. il peut être relié directement à un dispositif d'affichage numérique à lecture directe (non représenté) donnant la valeur du poids P. Du fait du tarage du zéro, il peut être utile de modifier le mode de représentation du poids P. Le tarage peut steffectuer suivant deux procédés a) le tarage manuel,dans lequel l'opérateur commande un potentiomètre 41 (Fig.1). Le zéro conforme aux normes en vigueur est visualisé sur un tube afficheur ainsi que le sens de l'écart b) le tarage automatique, dans lequel l'actionnement du bouton poussoir 29 (Fig. 1) selon l'invention permet de transférer le contenu du compteur 14 dans une mémoire 17 (Fig. 1). Les signaux de sortie du compteur 14 et de la mémoire 17 sont transmis à un soustracteur 15 qui commande un dispositif d'affichage 16 du poids P. A chaque commande de tarage, le dispositif 76 indique -0000-. Ce transfert tient compte de l'indication zéro conforme aux normes adoptées. Ce procédé n'est pas valable si le poids P est négatif et cette position arrière du zéro est si nalée par un voyant clignotant (non représenté). Un tarage malucl est alors effectue. La Fig. 2 représente le circuit modulateur 8 selon l'inventon Il cortlprond un transformateur 30, 4 transistors à effet de champ 31, 32, 3 et 34, une borne d'entrée 18a à laquelle est appliquée la tension d'-erl-eur dV et des entrées de commande 13a et 13b reliées au multivibrateur 13 d'un type connu. Ces deux entrées reçoivent respectivement des trains complémentaires d'impulsions récurrentes à niveau constant Q et Q engendrés par le multivibrabsr 13, comme représenté sur la figure. Le secondaire 30b du transformateur 30 est relié à un amplificateur de tension 9 de type classique ayant un conducteur de sortie 22, une borne de sortie 22a et un conducteur de masse 23.Le montage à quatre transistors à effet de champ 31, 32, 33, 34 est un modulateur différentiel. Quand le signal dV appliqué en 18a est positif par rapport à la masse, le signal de sortie A en 22a (Fig. 2) est en phase avec le signal Q et son amplitude est proportionnelle à dV, le facteur de proportionna- lité étant très élevé du fait du gain élevé de l'amplificateur. Quand le signal dV est négatif, ce signal de sortie représente en est en phase avec Q. Quand le signal dV est nul, le signal de sortie en 22a est également nul. Le fonctionnement de ce circuit est en effet le suivant. Si la tension appliquée à la borne 18 est positive quand une impulsion positive Q est appliquée à la borne 13a, les deux transistors 3t et 33 sont rendus conducteurs du fait que leur commande de grille est positive, tandis que les deux transistors 32 et 34 sont bloqués par le signal négatif Q appliqué à leurs grilles à partir de la borne 13b. Un circuit s'établit donc entre la borne 18 et la masse par l'intermédiaire de l'anode ou drain et de la cathode ou source dn transistor 31, du primaire 30d du transformateur, de la cathode et de l'anode du transistor 33. Dans la phase suivant Où Q est néga~ tif et Q positif, le circuit s'établit entre la borne 18 et lamais. par les transistors 34 et 32, le courant dans le primaire 30d circulant encens inverse du précédent. Le signal de sortie A est donc synchrone du signal Q mais son amplitude est modulée par le signal appliqué en 18. Quand le signal appliqué en 18 devient négatif, ces phases sont inversées et le signal reçu sur la borne 22a est le signal A synchrone du signal Q. Dans ce circuit modulateur, le primaire 30a du transformateur est flottant, en sorte que les signaux parasites dus à la commutation sont éliminés, les courant eorrespondants circulant en sens contraire daiis ledit primaire. Ce circuit est en outre autocompensé en température. Enfin, ce circuit ne présente aucune constante de temps, en sorte que le signal de sortie en 22a suit sans aucun retard les variations de la tension d'iitre dv. La Fig. 3 représente le démodulateur 10 et l'lplificateur 11. La borne d'entrée 22a reçoit les signaux de sortie A ou A de la Fig. 2. Ce démodulateur comprend un montage à 8 diodes D1 à D8, un amplificateur différentiel 35 à gain réglable, un pont de diodes 19, des amplificateurs différentiels de tension 36, 37, 38 et des circuits retardateurs 40 et 41. Les résistances du montage sont numérotée de R1 à R21, les condensateurs de C1 à Cg et les diodes de D1 à Dì5. Ce démodulateur est commandé par des trains d'impulsions R et R en provenance du multivibrateur 13 appliqués aux bornes 13c et 13d et de même fréquence que les signaux Q et Q. Ces signaux R et R ont un niveau plus élevé que les signaux Q et Q, parce que le démodulateur demande plus de puissance que le modulateur.Les si- gnaux Q, Q et'R, R peuvent avoir par exemple une fréquence de répétition de 1000 Hz et des niveaux respectifs de 2 volts et 12 volts. Le montage à diodes en question comprend 4 groupes de paires de diodes D1-D22 D3-D4, D5-D6 * D7-D8 d t orientationsintersées d tune paire à la suivante. L'entrée 22a est connectée aux huit diodes Di i D8 par l'intermédiaire des résistances , R2, R3, R4. Le signal R appliqué en 13c attaque les diodes D1 et D2 et le signal R appliqué en 13d les diodes D3 et D5. Deux sorties intermédiaires s1 et s2 sont connectées respectivement aux diodes D2, D4 et D6,D8. Ces sorties S1 et s2 sont connectées aux entrées de l'amplificateur 35 et à celles de l'amplificateur 36 par l'intermédiaire du pont de diodes 39. Le démodulateur 10 comporte deux bornes de sorties 19a et 20a qui sont connectées aux compteur 14 de la Fig. 7 par l'intermédiai- re des conducteurs 19 et 20 et qui commandent le comptage ou le dé comptage de ce compteur. il comporte en outre une troisième borne de sortie 18a qui est connectée au discriminateur 12 (Fig. i) par l'intermédiaire du conducteur 28. Les signaux reçus sur les bornes 19a et 20a Bont deux signaux de même amplitude et de polarités opposées, donc en opposition de phase, cette amplitude commune etant proportionnelle à celle du signal dv, mais considérablement amplifiée. Ccci provint du fait que les entrées des amplificateurs 37 et 38 sont inversées. La polarité du signal reçu sur la borne 19a cst celle du sismal dV. Le compteur 14 est agence en sorte que le comptage est cornmande par le conducteur 19 quand la borie 7pa ct positive, tandis 01lo le decomptae est commandé par le conducteur 20 quand la borne 20a est également positive. Ccci est obtenu en inversant Ls entrées dc l'amplficateur 38 par rapport à celles de l'amplificateur 37, comme représenté sur la Fig. 3.Ainsi donc, quand le conducteur 24 est positif, la borne 19a reçoit un signal positif de comptage (et la borne 20a un signal negatif),et quand le conducteur 24 est négatif, la borne 20a reçoit un signal positif de décomptage. I1 existe évidemment un seuil d'amplitude au-dessous duquel le compteur 14 est inactif. Le signal obtenu sur la borne 28a est un signal unipolaire d'amplitude proportionnelle à celle du signal dV et très amplifié. Le fonctionnement du circuit 10 sera mieux compris en ^e repor- tant à la Fig. 4 qui représente les signaux obtenue en différents points du montage, le signal reçu sur la borne 22a étant le signal A correspondant par exemple au cas où dV est positif.Le signal obtenu au point o est représenté en So. Les signaux de commande appliqués en 13c et 13d sont représentés en R et R. Les signaux de sortie sur les bornes sl et s2 sont représentés en S1 et S2, la commande des signaux R et R s'effectuant en bloquant le signal So sur la voie aboutissant au point Ainsi la polarité de So est négative, ou sur la voie aboutissant au point st, si la polarité de So est positive.L'amplificateur différentiel 35 fournit en S3 un signal S3 proportionn l à S2"S1 et ce signal est constant et positif, c'est-à-dire qu'il a la polarité de dY, et une amplitude proporti nelle à dV, mais considérablement amplifiée.Si dV avait une polarité négative, alors le signal À serait inversé et le signal S3 aurait lui aussi une polarité négative0 Les circuits 37 et 38 sont des amplificateurs différentiels à courant continu réglés à l'aide des résistances R16 et R17. Pour obtenir une bonne stabilité d'affichage, il est indispensable de retarder les signaux de sortie en 19a et 20a par rapport au signal d'entrée mais, par contre, il est souhaitable de commuter ces signaux de sortie rapidement quand le signal d'entrée passe d'une polarité positive à une polarité négative ou inversement.A cet effet, deux circuits retardateurs identiques ont été insérés entre les sorties des amplificateurs 37 et 38 et les bornes 19a et 20a,le premier de ces circuits, par exemple, comportant les diodes D10, D10, D1,1 D14, les résistances R18 et R20 et le condensateur C8. L'amplificateur 37 est réglé de façon à donner une tension de sortie nulle quand un signal de seuil est appliqué à 1' entrée. Quand cet amplificateur fournit une tension de sortie positive, le condensateur C8 se charge dans le Circuit D10, R18, C8 dont la constante de temps e1 est grande et le signal de sortie de 1' a nplifi- catcur 37 est trensrliS à a borne 19a avec un certain retard dépendant Le signal de sortie sur la borne 28a est un signal analogue au signal S3 mais unipolaire du fait du redressement fourni par le pont de diodes 39. C'est donc un signal d1anlplitude proportionnelle à dV, mais considérablement amplifié et toujours positif. Le discriminateur 12 relié à la borne 28a (Fig. 1) est un circuit classique à modulation de fréquence qui reçoit le signal appliqué à la borne 28a transmis par le conducteur 28 et qui engendre un train d'impulsions dont la fréquence de répétition variable est proportionnelle à sa tension d'entrée. Ce train d'impulsions est appliqué au compteur-décompteur 14 par le conducteur 41. Ces impulsions constituent les impulsions de comptage ou de décomptage du compteur 14 et il est clair que la vitesse de comptage ou de décomptage varie proportionnellement à la valeur absolue du signal IV. Ainsi, lorsque le système est près de l'équilibre, la vitesse de comptage ou de décomptage est ralentie volontairement, ce qui permet d'atteindre ltéquilibre plus rapidement, du fait du moins grand nombre d'oscil- lations du signal d'erreur dV autour du zéro. De nombreuses variantes sont possibles dans le cadre de l'in Invention. En particulier, les circuits modulateurs et démodulateurs 8 et 10 peuvent Qtre remplacés par des circuits fonctionnellement équivalents. REvENDICAIoNs 1 - Appareil de pesage comportant un dynamomètre à jauge résistante engendrant une première tension électrique proportenelle au poids à mesurer et un circuit de réaction engendrant une deuxième tension d'opposition en série avec la première tension, qui devient égale à cette première tension lors de l'équilibre du système, caractérisé en ce que le circuit de réaction, commandé par une tension de déséquilibre égale à la différence de la première et de la deuxième tensions, comprend un amplificateur de la tension de déséquilibre, un discriminateur connecté à cet amplificateur modulant en fréquence la tension de sortie de cet amplificateur, un compteur décompteur électronique connecté audit amplificateur et à ce dis criminateur dont le comptage ou le décomptage est commandé par ledit amplificateur et la vitesse de comptage par le discriminateur, et un réseau de résistances commutables alimenté par une tension continue de référence et connecté au compteur, qui engendre ladite deuxième tension d'opposition constamment égale à la valeur numérique enregistrée dans le compteur, en sorte que cette valeur fournit la valeur du poids à mesurer. 2 - Appareil de pesage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amplificateur de la tension de déséquilibre comprend un multivibrateur auto-oscillant engendrant des trains d'impulsions de commande, un modulateur commandé par ce multivibrateur qui trains forme la tension de déséquilibre en un train d'impulsions de fr4- quence de répétition déterminée et un démodulateur, également commandé par le multivibrateur, qui transforme le train d'impulsions engendré par le modulateur en signaux proportionnels à la tension de déséquilibre mais considérablement amplifié. 3 - Appareil de pesage selon les revendications1 ou 2, caractérisé en ce que le modulateur comprend quatre commutateurs à semiconducteur commandés par deux trains dtimpulsions en opposition de phase engendrés par le multivibrateur et par la tension de déséquilibre et collectés au primaire d'un transformateur dont le secandaire fournit le si nal pulsatoire modulé en phase avec l'un ou l'autre desdits trains d'impulsions de commande suivant la polarité de la tension de déséquilibre et don l'amplitude est proportionnelle à ladite tension. 4 - appareil de pesade selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le démodulateur comporte un montage redres-eur à diodes et résistances engendrant une tension proportionnelle à la tension de déséquilibre et de même polarité mais considérablement amplifiée. 5 - Appareil de pesage selon les revendications 1, 2 et 4, caractérisé en ce que ledit démodulateur comprend un montage à huit diodes commandé par le signal de sortie du modulateur et par des signaux de sortie dudit multivibrateur et ayant deux bornes de sortie reliées chacune à deux diodes de ce montage, et un amplificateur différentiel dont les entrées sont connectées auxdites bsus et dont la sortie engendre ladite tension proportionnelle à la tension de déséquilibre et de meme polarité. 6 - Appareil de pesage selon les revendications 3 et 4, caracrise en ce que les signaux de commande du démodulateur fournies par le multivibrateur sont des signaux de m8me fréquence que les signal de commande du modulateur et respectivement en phase avec eux mais de niveau plus élevé. 7 - Appareil de pesage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de mémoire, un dispositif soustracteur et un dispositif d'affichage numérique du résultat agencée dX telle sorte que le contenu résiduel du compteur, en l'absence de poids i mesurer est transféré dans ladite mémoire, puis le contenu de cette mémoire est soustrait du contenu du comp- teur après la pesé par ledit soustracteur qui commande le dispositif d'affichage numérique.