Brevet FR2146937A1 — publié le 19730309

La présente invention, réalisée dans le cadre du Département "METRIX" de la Société des Produits Industriels ITT, concerne un système de compensation d'erreur pour appareil de mesure numérique ou similaire. Elle est applicable dans les systèmes de comptage et de mesure tels les voltmètres numériques, mais il est évident qu'elle pourrait être appliquée dans tout système similaire. Un voltmètre numérique, tel que le représente le schéma de principe de la figure 1, comprend essentiellement une entrée E, une chaîne de conversion CX associée à un bloc logique BL, ainsi qu'un dispositif d'affichage CL nant notamment un compteur CN, un registre RE et un bloc d'affichage AF constitué, par exemple, de lampes d'affichage numérique. Dans l'exécution d'une mesure, ces différents éléments échangent des signaux d'une manière illustrée à titre d'exemple par les courbes de la figure 2. Les références données à ces signaux sont les mêmes que celles des liaisons qui les acheminent. - Le signal à mesurer étant appliqué à l'entrée E de la channe de con version, le bloc logique BL envoie à cette chaîne une première impulsion de commande b pendant un temps déterminé T. Dans la chaîne de conversion CA, un conden- sateur est alors charge sous un courant constant dont le sens dépend de la pola rité du signal à mesurer et dont l'intensité est proportionnellè à l'amplitude de ce signal ; le condensateur acquiert ainsi une charge proportionnelle à l'amplitude du signal et dont la polarité depend de celle du signal à mesurer appli que' à l'entrée E. Un signal logique s caractérisant la polarité est transmis au compteur CN. Le bloc logique BL envoie ensuite à la chaîne de conversion CX une deuxième impulsion de commande g débutant lorsque la première impulsion b se termine. Le oondensateur est déchargé sous un courant de référence constant; la durée de la décharge est ainsi proportionnelle à l'amplitude de la charge, donc à l'amplitude de la tension à mesurer. Dès le début de la décharge, le bloc logique BL envoie au compteur CN des impulsions d'horloge f. La fin de la décharge est signalée par la chaîne de conversion Ch qui envoie une impulsion de fin de mesure h au bloc logique BL l'impulsion g est aussitôt interrompue. Le compteur CN cesse de recevoir les impulsions f. Par ailleurs, l'impulsion h est également transmise au registre RE qui mémorise alors la polarité du signal à mesurer, et le nombre d'impulsions f reçues par le compteur CN pendant le temps de décharge du condensateur, repré- senté par la durée de l'impulsion g.Ce temps est proportionnel à l'amplitude de la grandeur à mesurer ; il en est donc aussi de même du ncmbre d'impulsions d'horloge f dénombrées par le compteur CN et mémorisées par le registre RE. Ce nombre est affiché en AF. La mesure est terminée et le cycle peut alors se produîre. Pour qu'un tel voltmètre fonctionne correctement, il est nécessaire que lorsque l'entrée de la channe de conversion est connectée à la tension de référence, la masse par exemple, sa sortie reste aussi au niveau de la masse. En pratique, il n'en est toutefois pas ainsi. En effet, l'eppérience a montré que les amplificateurs qui constituent la chaine de conversion CA pos- sèdent une certaine dérive incontrôlable qui donne naissance à des impulsions d'erreur. La demande de brevet français n 71 01236, déposée le 15 Janvier 1971, au nom de la société demanderesse, pour : "Circuit de correction automatique de dérive pour convertisseur analogique-numérique", donne un exemple de circuit de correction automatique supprimant dans une large mesure les effets de la dérive des amplificateurs dans une chaine de conversion analogique-numérique. Mais si l'on désire obtenir un appareil de mesure d'une précision sn périeure, ce circuit de correction automatique n'est pas assez efficace et la mesure reste faussée par une erreur résiduelle. L'expéríence montre que cette erreur, résiduelle est sensiblement constante quelle que soit l'amplitude de la grandeur à mesurer, c'est-à-dire que celle-ci soit voisine de zéro ou de la pleine échelle. De plus, elle est pratiquement constante pendant l'intervalle de temps très bref nécessaire à l'exécution d'une mesure. La présente invention a donc pour objet un système de compensation au tanatique supprimant pratiquement l'erreur résiduelle dans un appareil de mesure numérique du type décrit. I1 est toutefois évident qu'elle est applicable dans tout montage analogue. Le système de oompensation automatique d'erreur pour appareil de mesure numérique ou similaire comprend essentiellement, outre une chaine de conversion et un dispositif d'affichage, un commutateur d'entrée connectant l'entrée de la chaine de conversion soit à un niveau de référence, soit à la grandeur à mesurer, un compteur-comparateur qui reçoit un premier nombre d'impulsions, puis un deuxième nombre d'impulsions et qui fournit un signal de coincidenoe logique lorsque ces deux nombres sont égaux, et des moyens de commande, ces moyens étant arrangés de manière que, lorsque le commutateur d'entrée connecte l'entrée de la chaine de conversion au niveau de référence, les impulsions d'erreur traduisant l'erreur de la chaîne de conversion sont transmises au compteur-comparateur et, lorsque le commutateur d'entrée connecte à la chaîne de conversion le signal à mesurer, les impulsions de mesure qui traduisent à la fois l'erreur de la chaine de conversion et la grandeur à mesurer sont transmises au dispositif d'affichage après que leur nombre ait été modifié d'une quantité correspondant à l'erreur. Cette modification est : une addition, dans le cas où les polarités détectées dans la chaine de conversion et correspondant à lterreur d'une part, et à la grandeur mesurée affectée de l'erreur d'autre part, sont opposées ; une soustraction dans le cas où ces polarités sont identiques et où le pulsions de mesure est supérieur au rrnare d'impulsions d'erreur. Le signe du résultat de cette modification, donc le signe du résultat à afficher est, dans le premier cas, identique à celui de la grandeur mesurée affectée de l'erreur et, dans le deuxième cas, identique ou inverse selon que le nombre d'impulsions de mesure est supérieur ou inférieur au nombre d'impulsions d'erreur. L'addition se fait par transmission des impulsions de mesure, puis d' un nombre d'impulsions égal au nombre d'impulsions d'erreur totalisées par le compteur-comparateur, au dispositif d'affichage qui en affiche le total. La soustraction se fait par transmission des impulsions de mesure au compteur-comparateur jusqu'à atteindre le nombre d'impulsions d'erreur et par transmission ensuite des impulsions de mesure restantes au dispositif d'affichage Les différents objets et caractéristiques de l'invention vont maintenant être détailles dans la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures annexées qui représentent - la figure 1, déjà citée, le schéma théorique des élénients essentiels d'un voltmètre numérique connu ;; - la figure 2, déjà citée, un diagramme illustrant un exemple de signaux échangés entre les différents éléments du voltmètre numérique de la figu re 1 ; - la figure 3, le schéma des éléments essentiels d'un voltmètre numé- rique pourvu d'un exemple de réalisation du système de compensation automatique d'erreur faisant l'objet de l'invention - les figures 4 à 6, des diagrammes illustrant un exemple des signaux échangés entre les différents circuits de ce système dans trois cas différents. On ne reprendra pas la description, faite dans le préambule, des éléments essentiels d'un voltmètre numérique et des signaux échangés entre ces éléments, tels que représentés en figure 1 et en figure 2. La figure 3 représente le même voltmètre numérique que celui de la figure 1, annuel a a été adjoint un exemple de réalisation du système de axpen sation d'erreur faisant l'objet de l'invention. On retrouve donc, comme sur la figure 1, la channe de conversion CA, le bloc logique EL et le dispositif d'af fichage CL comprenant le compteur CN, le registre RE et le bloc d'affichage AF. Le circuit de compensation automatique d'erreur comprend, selon le présent exemple de réalisation, un commutateur d'entrée CE, un compteur-comparateur CC, ainsi que des circuits de commande prévus dans le bloc logique BL. Les liaisons b, g et h entre la chante de conversion CA et le bloc logique EL sont maintenues; les liaisons c, d et eg sont ajoutées entre le bloc logique BL et le compteur- comparateur oe ; le registre RE n'est plus commandé par le signal h mais par un signal j mis par le bloc logique EL ; le signe s, caractérisant la polarité du signal d'entrée du systeme, est indiqué au bloc logique EL ; le signe à afficher est fourni sur la liaison sc par le bloc logique BL. Le commutateur d'entrée CE connecte l'entrée E de la chaîne de conversion, soit à la grandeur à mesurer U sur sa position notée ce2, soit à un niveau de référence (la masse) sur sa position notée cel. I1 est commandé par un signal el créé par le bloc logique BL et on suppose que lorsque le signal el est au niveau logique 0, le commutateur CE est en position cel ; le commutateur CE passe en position ce2 lorsque le signal el est au niveau logique 1. Le compteur-comparateur CC est un compteur à deux entrées notées c et d qui envoie un signal de coincidence logique eg au bloc logique BL lorsque le nombre des impulsions reçus sur sa deuxième entrée d est égal au nombre des imçulsions antérieurement reçues sur sa première entrée c. Ce signal de coinci- dence est par conséquent aussi fourni lorsque le compteur-comparateur CC est au zéro. I1 disparait à la première impulsion reçue sur l'entrée c du compteur- comparateur CC. On suppose que le système est en position d'attente, les compteurs oc et CN sont au zéro et le commutateur d'entrée CE est dans la position représentée. La mesure s'effectue en deux temps : un premier temps de préparation consiste à mesurer l'erreur de la chaîne de conversion CA, l'entrée du système étant connectée au potentiel de référence, et un deuxième temps est consacré à la mesure effective de la grandeur d'entrée affectée de l'erreur et à la compen- sation de cette erreur. On procède donc à une première mesure portant sur un signal d'entrée nul ; les impulsions créées à partir du signal g délimité par la chaine de conversion et représentant l'erreur sont, comme il est représenté sur les figures 4 à 6, dirigées sur l'entrée c du compteur-comparateur oe qui en mémorise le nombre. Le bloc logique BL mémorise le signal logique que l'on appellera sl, caractérisant la polarité de l'erreur. Le bloc logique EL envoie alors, apres l'indication de fin de mesure h représentée sur les figures 4 à 6 une information el de niveau logique 1 tandis qu'une nouvelle opération de mesure est entreprise. Le commutateur d'entrée passe en position supérieure (ce2). La mesure porte cette fois sur la grandeur à mesurer U. Le bloc logique BL mémorise le signal logique que l'on appellera s2 caractérisant la polarité de la grandeur mesurée U augmentée de l'erreur de la chaîne de conversion CA, et le compare au signal de polarité sl. Si les signes sl et s2 sont complémentaires, c'est-à-dire si la grandeur à mesurer affectée de l'erreur de la chaine de conversion est de signe opposé à celui de l'erreur seule, les impulsions traduisant à la fois l'erreur de cette chaine et l'amplitude de la grandeur à mesurer sont, comme il est représenté sur la figure 4, dirigées sur l'entrée du compteur CN. A l'arrivée de l'impulsion de fin de mesure h, le bloc logique BL envoie des impulsions à la fois sur CN et sur l'entrée d du compteur-comparateur CC. Lorsque le nombre d'impulsions envoyées sur l'entrée d est égal au nombre d'impulsions précédemment envoyées sur l'entrée c du compteur-comparateur, celui se bloque et fournit un signal eg de niveau logique 1 au bloc logique BL. Le signal el passe en conséquence à l'état logique O, le commutateur d'entrée CE revient dans sa position inférieure. Le nombre total d'impulsions reçues par le compteur CN représente exactement l'amplitude de la grandeur à mesurer à l'exclusion de de l'erreur de la chaîne de conversion. Le bloc logique BL fournit au compteur CN le signe de la grandeur à mesurer qui est celui de la dernière opération de mesure (s2).Il procède à la commande d'affichage en fournissant le signal j, ce qui remet à zéro le compteur CN. Le système est de nouveau en position d'attente, et le cycle peut se reproduire. D'après la figure 4, on voit que, dans le cas décrit, les impulsions transmises au compteur CN sont créées à partir d'un signal k. Ce signal interne au bloc logique BL et non représenté sur la figure 3 est créé pendant la présen- ce du signal el, à la disparition du signal b; il disparait avec le signal el. on va maintenant considérer le cas où les signaux de polarité sl et g oet le même niveau logique, c'est-à-dire où la grandeur mesurée U affectée de l'erreur de la chaîne de conversion CA et l'erreur de cette chaîne sont de même signe. Le fonctionnement du système est d'abord semblable à celui que l'on vient de décrire, jusqu'au début de l'opération portant sur la grandeur à mesu- rer. A ce moment, comme l'indique la figure 5, le bloc logique BL dirige les impulsions d'horloge sur l'entrée d du compteur-comparateur CC (au lieu de les envoyer sur f comme dans le cas précédent).On suppose que le nombre d'impul sions traduisant la grandeur mesure affectée de l'erreur est supérieur au nom- bre d'impulsions traduisant l'erreur ; le compteur-comparateur CC fournit donc le signal eg avant l'apparition du signal de fin de mesure h comme l'indique la figure 5. A partir de cet instant et jusqu'à l'apparition du signal de fin de mesure h, les impulsions d'horloge sont dirigées, par le bloc logique BL sur la liaison f, vers le compteur CN. Le dompteur CN reçoit ainsi un nombre d'im- Pulsions représentant la différence entre le résultat de la deuxième mesure (grandeur à mesurer augmentée de l'erreur) et celui de la première (erreur sen le).Ce nombre exprime, par conséquent, l'amplitude de la grandeur à mesurer, à l'exclusion de l'erreur de la chaîne de conversion. Du fait de la coïncidence logique des signaux h et eg, établie dans le bloc logique BL, le signal el passe à l'état logique 0, le commutateur d'entrée CE revient dans sa position inféri- eure.De plus, le bloc logique BL fournit au compteur CN le signe de la grandeur à mesurer, qui est encore celui de la deuxième mesure et procède à la commande d'affichage (signal i) Si le nombre d'impulsions traduisant la grandeur mesurée affectée de l'erreur est inférieur au nombre d'impulsions traduisant l'erreur, le signal de fin de mesure h est fourni au bloc logique BL avant que le compteur-compara- teur oe n'ait produit le signal eg, comme illustré par la figure 6. Le bloc logique BL délivre alors des impulsions d'horloge au compteur CN en même temps qu'au compteur-comparateur CC jusqu'à ce que le compteur-comparateur CC fournisse le signal de coincidence eg.Le compteur CN reçoit ainsi un nombre d'impulsions représentant la différence entre le résultat de la première mesure (erreur seule) et celui de la deuxième (grandeur à mesurer affectée de l'erreur, laquelle est prépondérante). Ce nombre exprime par conséquent l'amplitude de la grandeur à mesurer à l'exclusion de l'erreur de la channe de conversion. Le bloc logique BL fournit au compteur CN le signe de la grandeur à mesurer, lequel est l'opposé de celui de la deuxième mesure, et le fonctionnement du système se poursuit comme précédemment. Le système de la présente invention offre donc l'avantage de corriger automatiquement l'erreur résiduelle de la chaîne de conversion d'un appareil numérique à 1 'adde de quelques circuits loges simples, contenus dans le bloc logique BL et dont il n'est pas nécessaire de donner une description plus de tsilléej et d'un compteur-comparateur qui peut-etre un compteur-décompteur de type connu. I1 permet, à peu de frais, l'obtention d'une plus grande précision dans la mesure. I1 est bien évident que les descriptions qui précèdent n'ont été données qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. circuit de compensation automatique d'erreur pour appareil de mesure numérique ou similaire caractérisé par le fait qu'il comprend notamment, outre une chaîne de conversion et un dispositif d'affichage, un commutateur d'entrée connectant l'entrée de la chaîne de conversion soit à un niveau de référence, soit à la grandeur à mesurer, un compteur-comparateur qui reçoit un premier nombre d'iqpulldses, puis un deux nombre d'impulsions et qui fournit un signal de coïncidence lorsque ces deux nombres sont égaux, et des mayens de mande, ces moyens étant arrangés de manière que lorsque le commutateur d'entrée connecte l'entrée de la chaîne de conversion au niveau de référence, les impulsiens d'erreur traduisant l'erreur de la chaîne de conversion sont transmises au compteur-comparateur et lorsque le commutateur d'entrée connecte à la de conversion le signal à mesurer, les impulsions de mesure qui traduisent à la fois l'erreur de la chaîne de conversion et la grandeur à mesurer sont transmi- ses au dispositif d'affichage après que leur nombre ait été modifié d'une quan- tité correspondant à l'erreur soit par addition, soit par soustraction du nomr bre d'impulsions d'erreur fourni par le compteur-comparateur. 2. Circuit de compensation tel que défini en 1 caractérisé par le fait qu'il est également prévu des moyens pour détecter et comparer la polarité de l'erreur de la chaîne de conversion et celle de la grandeur à mesurer, ces moyens commandant, lorsque le commutateur d'entrée connecte le signal à mesurer à l'entrée de la chine de conversion, l'addition du nombre d'impulsions d'erreur au nombre d'impulsions de mesure, dans le cas où les polarités détectées sont de signes contraires, par transmission, au dispositif d'affichage, des impulsions de mesure, plis d'un nombre d'impulsions égal au nombre d'impulsions d'erreur totalisées par le compteur-comparateur ; et, la soustraction du nombre d'impulsions d'erreur au nombre d'impulsions de mesure, dans le cas on les polarités détectées sont de même signe, par transmission des impulsions de mesure au compteur-comparateur jusqu'à atteindre un nombre d'impulsions égal au nombre d'impulsions d'erreur et transmission ensuite des impulsions de mesure restantes au dispositif d'affichage. 3. Circuit de compensation automatique tel que défini en 1 caractérisé par le fait que le compteur-comparateur est un compteur-décompteur.