Brevet FR2266174A1 — publié le 19751024

L'invention concerne un dispositif électronique de mesure d'une grandeur physique par itintermédiaire d'un montage en pont de theatstone comportant une sonde résistive sensible aux variations de cette grandeur. Un tel dispositif peut etre utilisé, chaque fois que l'on désire mesurer de manière précise une grandeur physique dont la valeur peut être obtenue en mesurant la valeur d'une résistance. On sait qu'une thermistance peut être utilisée pour mesurer la température, car il existe en effet une relation simple entre la valeur d'une résistance et la température à laquelle elle se trouve. On sait également que la résistance d'un fil conducteur est une fonction directe de sa longueur, cette propriété est mise à profit dans les jauges de contrainte ou une contrainte entrain un allongement du fil resistif et par suite une variation de sa résistance. La mesure précise d'une résistance peut etre faite au moyen dtun pont de Wheatstone comportant des résistances de valeur connue, la résistance à mesurer et une résistance variable -que l'on règle jusqu a ce qutun appareil de mesure incorporé au pont indique la valeur zéro. L'inconvénient de ce type de mesure est l'obligation de faire appel à un opérateur avec les risques de mesure erronée que cela comporte. Dans un autre type de mesure, on détecte les variations électriques introduites par les variations de résistance de la résistance de mesure et cette information est traitée ensuite pour donner la valeur numérique de la résistance à mesurer sans necessiter aucun réglage. L'un des inconvénients de ce type de mesure est de faire appel à des techniques analogiques qui sont couteuses et de mise au point délicate. Un objet de la présente invention est un dispositif électronique permettant d'éviter les différents inconvénients mentionnés. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif associé à un pont de Wheatstone alimenté par une source de tension sinusoidale comporte - des premiers moyens pour détecter et indiquer, sous la forme d'un signal logique, l'état et le sens du déséquilibre dudit pont et les passages par la position d'équilibre, en comparant la phase d'un signal de référence etd'un signal dont la phase est fonction dudit sens de déséquilibre du pont; - des seconds moyens digitaux, commandés par ledit signal logique fourni par lesdits premiers moyens, pour fournir la valeur codée dudit déséquilibre du pont; - des troisièmes moyens pour générer un courant d'équilibrage du pont qui est fonction de ladite valeur codée et de ladite tension d'alimentation et qui est en phase avec cette dernière;; - des quatrièmes moyens pour générer ledit signal de référence dlps impulsions d'horloge vers lesdits seconds moyens et un signal pour maimtealr ladite -tension d'alimentation à une phase déterminee. Selon une autre caractéristique de l'invention, lesdits seconds moyens comportent une boucle d'élimination des effets du bruit issu desdits premiers moyens ou dudit pont. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente inven- tion apparaîtront au cours de la description suivante d'un exemple le de réalisa- tion préféré de l'invention, ladite description étant faite en relation avec la figure unique jointe représentant un schéma de principe du dispositif selon l'invention. Au cours de la description, on ne considérera que le cas partitolier de l'utilisation dudit dispositif pour mesurer la température au moyen d1:u sonde résistive incorporée dans un pont de Wheatstone. Bien entendu, ledit dispositif peut être aussi utilisé pour mesurer le déséquilibre d'un pont Jpn vue de la mesure de toute grandeur physique qui implique la mesure précise de la valeur d'une résistance : c'est le cas notamment pour un pont de Jejauge de contrainte. En se reportant maintenant au schéma de principe dela figure unique, on trouve un montage en pont classique A, B, C, D comportant trois résistances de précision et calibrées entre les points A et B, A et D, D etC respective- ment 1, 2 et 3, et une sonde résistive 4 sensible aux variations de température entre les points B et C. Une source de tension sinusoldale 5 aliz,ente le pont entre les points A et C. La tension de déséquilibre du pont est prélevée tfltTe les points B et D et appliquée aux entrées d'un amplificateur différentiel 6. Le signal de sortie S de l'amplificateur différentiel est filtré par le filtre passe-haut 7 avant d'être appliqué à un circuit intégrateur e. Cet inteErateur est remis à zéro -par un signal RZ de fréquence double de celle de signal sinu- soldal d'alimentation du pont. Ce circuit intégrateur fouit donc une indica- tion de polarité des demi-périodes successives du signal S, tette polarité est enregistrée dans une mémoire logique 9 qui fournit un signal M représentant les états successifs de cette mémoire 9. Le signal de sortie M reflète don la phase du signal S à un retard connu près apporté par les circuits 7, 8 et. Le signal M est appliqué à un comparateur de phase 10 qui reçoit également signal de référence R. Ce signal de référence présente avec le signal dalvmen- tation du pont la même différence de phase-qu'entre le signal M et la tension de déséquilibre appliquée à l'amplificateur différentiel 6 Le comparante de phase 10 délivre un signal logique L dont l'état indique si le signal S est en phase ou en opposition de phase avec la tension d'alimentatica du pont. Ce signal L commande le comptage ou de décomptage d'un compteur-décompteur 11 qui reçoit par l'intermédiaire d'un circuit de filtrage digital 14 des impulsions d'horloge H. La valeur affichée par le compteur-décompteur Il commande l'amplitude du courant fourni par un générateur de courant sinusoldal 12 au point D du pont de telle sorte que celui-ci tende vers une position d'équilibre. Le courant fourni par le générateur 12 est également proportionnel à l'amplitude de la tension d'alimentation et il est maintenu constamment en phase avec celle-ci. Ainsi la valeur indiquée par le compteur-décompteur 11 reste indépendante des variations possibles de la tension d'alimentation. Le dispositif selon l'invention comporte également une boucle de réglage fin qui, lorsque le pont est proche de sa position d'équilibre, envoie au compteur-décompteur 12 les impulsions qui doivent être comptées ou décomptées. Cette boucle est constituée par une logique de commande 13 et un circuit de filtrage digital 14. La logique de commande 13 reçoit le signal logique L et, au premier changement d'état de ce signal, arrête le comptage ou décomptage rapide des impulsions d'horloge H par le compteur-décompteur 11.Le circuit de filtrage digital 14, qui est essentiellement constitué par un deuxième circuit compteur-décompteur, reçoit alors les impulsions d'horloge H et est commandé en comptage ou décomptage par le signal L à travers la logique de commande 13; il envoie au compteur-décompteur 11 les impulsions à compter ou à décompter chaque fois que ledit deuxième circuit compteur-décompteur atteint son maximum de capacité soit en comptage, soit en décomptage. Un circuit de base de temps 15 constitue l'horloge du dispositif selon l'invention, il fournit en particulier les impulsions H, le signal de référence R, et le signal de remise à zéro RZ de ltintégrateur 8; ce circuit 15 fixe également la phase de la tension d'alimentation du générateur 5. On va maintenant étudier le fonctionnement du dispositif selon l'invention et plus particulièrement lorsque le pont de Wheatstone est proche de l'équilibre. Le signal S de sortie de l'amplificateur différentiel 6 est fonction de l'ampleur du déséquilibre du pont et également du sens de ce déséquilibre. En effet,- l'amplitude du signal S dépend de la différence- de tension (VD - VB) et il est en phase ou en opposition de phase avec la tension d'alimentation suivant la phase de cette différence. Comme on l'a vu précédemment, la relation de phase entre le signal S et la tension d'alimentation est mise en évidence au moyen des circuits 7, 8, 9 et 10.Lorsque le pont est loin de l'équilibre, le signal logique L de sortie du comparateur de phase 10 est stable et présente un état ou l'autre selon le sens du déséquilibre du pont Il commande ainsi soit le comptage, soit le décomptage des impulsions d'horloge H par le compteur décompteur 11 et par suite soit l'augmentation soit la diminution du courant d'équilibrage du pont délivré par le générateur de courant 12. Le pont de Wheatstone tend par conséquent vers une position d'équilibre, et la valeur affichée par le compteur-décompteur 11 tend vers la valeur de la résistance à mesurer. En fonctionnement réel, lorsque le pont est proche de l'équilibre, les signaux de bruit, introduits par les résistances du pont et les circuits du dispositif eux-mêmes, masquent le signal S et faussent l'indication de phase fournie par le signal L. Or ces signaux de bruit sont des phénomènes aléatoires. Aussi, selon l'invention on effectue une moyenne sur les états successifs du signal L et si cette moyenne n'est pas nulle, on fournit au compteur-décompteur une impulsion de correction. Cette moyenne est réalisée par ledit deuxième compteur-décompteur du circuit de filtrage digital 14. Celui-ci est initialisé à une valeur moitié de sa capacité et, à partir du premier changement d'état du signal L, compte ou décompte selon l'état du signal L les impulsions d'horloge H. Sa capacité est prévue pour qu'en présence des seuls signaux de bruit, la valeur indiquée par ledit deuxième compteur-décompteur oscille autour de ladite valeur moitié sans atteindre la valeur maximale ou minimale. Si le pont n'est pas exactement à l'équilibre, le signal L présentera nécessairement en moyenne un état plus longtemps que l'autre et ledit deuxième compteur-décompteur atteindra une valeur extrême. Selon l'invention ledit deuxième compteur-décompteur délivre une impulsion (à compter ou à décompter dans le compteur-décompteur 11) lorsqu'il atteint une valeur extrême et il est alors réinitialisé à ladite valeur moitié. Le circuit de filtrage digital introduit donc une constante de temps qui est determinée par la capacité dudit deuxième compteur-décompteur. On a vu que le circuit de filtrage digital 14 n'entrait en action qu'apres un premier changement d'état du signal L, il comprend en effet des circuits logiques contrôlés par ladite logique de commande 13 permettant d'appliquer les impulsions d'horloge H, soit directement au compteur-décompteur 11 tant qu'aucun changement-d'état dudit signal L n'a eu lieu, soit audit deuxième circuit compteur-décompteur, après un premier changement d'état. Les impulsions d'horloge H sont fournies par le circuit de base de temps 15 et ont une fréquence double du signal 'd'alimentation du pont. Bien entendu, le premier changement d'état du signal L peut être Wu au bruit mais dans ce cas cela signifie que le pont est proche de l'équilibre et le circuit de filtrage digital est alors utilisé. Par contre, lors de la mise sous tension du dispositif selon l'invention, des changements d'état parasites dudit signal L peuvent se produire, c'est pourquoi la logique de commande 13 comporte un dispositif de temporisation l'empêchant ainsi de tenir compte desdits changements d'état parasites. Le dispositif, tel'que décrit ci-dessus, est prévu pour effectuer une mesure ponctuelle, c'est-à-dire que l'on suppose que la sonde ne varie pas pendant toute la durée de la mesure et que le dispositif est remis à zéro avant d'effectuer une nouvelle mesure. Le temps de réponse étant faible, le dispositif pourrait avantageusement être utilisé en "poursuite" c'est-à-dire en donnant la valeur instantanée de la résistance d'une sonde placée dans un milieu dont la température varie. Une méthode possible serait alors la remise à zéro du dispositif à une fréquence déterminée, permettant ainsi de réaliser un échantillonnage de la courbe de variation de ladite sonde. Bien que les principes de la présente invention aient été decrits en relation avec un exemple particulier de réalisation, il est clair que ladite description est faite à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif électronique de mesure d'une grandeur physique yair l'intermé diaire d'un montage en pont de lXheatstone comportant une sonde résistive sensible aux variations de cette grandeur et étant alimenté par une sourie de tension sinusoïdale, caractérisé en ce qu'il comporte - des premiers moyens pour détecter et indiquer, sous la forme d'un sisnal logique, l'état et le sens du déséquilibre dudit pont et les passages par la position d'équilibre, en comparant la phase d'un signal de référence et d'un signal dont la phase est fonction dudit sens de déséquilibre du pont;; - des seconds moyens digitaux, commandés par ledit signal logique fourni par lesdits premiers moyens, pour fournir la valeur codée dudit 'déséquilibre du pont; - des troisièmes moyens pour générer un courant d'équilibz est fonction de ladite valeur codée et de ladite tension 'd'alimentation et qui est en phase avec cette dernière; - des quatrièmes moyens pour générer ledit signal de réféenne,, des impul sions d'horloge vers lesdits seconds moyens et un signal pcur maintenir ladite tension d'alimentation à une phase déterminée. 2. Dispositif électronique selon la revendication 1 caractérisé en ce que les dits premiers moyens comportent - un amplificateur différentiel prélevant la tension de déséquilibre au pont; - un filtre passe-haut éliminant les composantes à basse-freneence du signal fourni par l'amplificateur différentiel; - un circuit intégrateur pour intégrer chaque demi-période du signal filtre; - une mémoire logique enregistrant les états successifs an signal fourni par ledit circuit intégrateur;; - un comparateur de phase, pour comparer la phase du signal e sortie de ladite mémoire logique et d'un signal de référence, les deux signaux pré sentant la même relation de phase que ladite tension d'alimentation et ladite tension de déséquilibre, ledit comparateur fournissant un logique dont l'état indique si lesdits deux signaux sont em phase ou en opposition de phase. 3. Dispositif électronique selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens comportent - une logique de commande générant à partir dudit signal logique d'indica tion d'état du déséquilibre du pont fourni par lesdits premiers moyens, une commande de comptage-décomptage rapide ou fin; selon qulun premier changement d'état dudit signal logique d'indication d'état n'a pas eu lieu ou a déjà eu lieu; - un circuit de filtrage digital recevant lesdites impulsions d'horloge et fournissant à partir de ladite commande de comptage-décomptage rapide ou fin soit lesdites impulsions d'horloge en comptage-décomptage rapide, soit une impulsion de correction générée par ledit circuit de filtrage digital chaque fois que ledit signal logique d'indication d'état présente en moyenne depuis la dernière impulsion de correction un état plutôt que l'autre pendant un temps supérieur à une valeur prédéterminée en comptage décomptage fin; ; - un compteur-décompteur commandé en comptage ou en dècomptage par ladite indication d'état du déséquilibre du pont et recevant sur son entrée horloge les impulsions fournies par ledit circuit de filtrage digital. 4. Dispositif électronique selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit circuit de filtrage digital est essentiellement constitué par un deuxième compteur-décompteur qui, en comptage-décomptage fin, compte ou décompte lesdites impulsions d'horloge sous le contrôle de ladite logique de commande. 5. Dispositif électronique selon la revendication 4 caractérisé en ce que ledit deuxième compteur-décompteur d'une part est initialisé à la valeur moitié de sa capacité et d'autre part délivre une impulsion significative lorsqu'il atteint une valeur extrême avant dtêtre de nouveau initialisé à ladite valeur moitié.