Brevet FR2295402A1 — publié le 19760716

La présente invention & laquelle a collaboré Monsieur pour CHELVEDER, concerne un procédé et un dispositif pour la linéarisation de l'information délivrée par un capteur ou une sonde traver sée par un courant électrique, dont la tension à ses bornes varie non linéairement MIS d'une façon sonotone en fonction du paramètre A lesurer, et dont la dérivée première de la tension par rapport au paramètre est positive. Ce precédé et ce dispositif s'appliquent notamment, mais non exclusivement, à la mesure de températures au moyen d'une sonde thermorésistante raccordée d un appareil de assure de tension selon un montage appelé couramment montage quatre fils. on rait que le principe de ce montage bien connu consiste a alimenter la sonde en courant constant au moyen de deux fila, et v assurer la tension a se bornes au moyen de deux autres fils. En raison du fait que la tension aux bornes de la sonde ne varie pas linéairement en fonction de la température, les appareils qui sont utilisés pour effectuer cette mesure doivent être étalonnés en fonction des caractéristiques de la sonde, ou bien comprendre, pour effectuer les corrections nécesaires, des dispositifs complexes de traitement de l'information. Cette particularité constit@e un grave inconvénient paisqu'il n'est pas possible de monter une même sonde saccessivement sur divers appareils de mesure sans étalonnage initial ou bien sans modifications impertantes. L'invention a dooc principalement pour objet de supprimer cet incouvénient. Elle propose à cet effet un procédé et un dispositif permettant de linéariser l'information délivrée par la sonde, de manière è ce que cette information ainsi linéarisée puisse ensuite être transmise a un appareil de assure de tension, quel que soit son type, Sans avoir à effectuer un étalonnage initial, ou å utiliser des dispositifs complexes de traitement de l'information, sinon à ajuster le courant qui traverse le capteur de manière a ce que la variation maximum aux bornes du capteur soit adaptée a la pleine échelle de l'appareil de mesure. En conséquence, le procédé de linéarisation selon l'invention consiste essentiellement à faire varier l'intensité du courant qui traverse la sonde ou le capteur, en fonction de la non linéarité de la sonde, selon les différentes valeurs du paraMètre détecté. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'information ainsi linéarisée est le résultat de la différence entre la tension aux bornes de la sonde et une tension proportionnelle au courant qui traverse la sonde, la susdite variation de courant étant alors commandée par une tension résultant de la somme algébrique d'une fraction de la tension linéarisée, de la susdite tension proportionnelle au courant qui traverse la rondelet en- fin d'une tension de référence. Selon un mode d'exécution préféré, le dispositif de linéarisation selon l'invention comprend essentiellement, d'une part, en série avec la sonde, une résistance et un élément actif permettant de faire varier l'intensité du courant de la boucle ainsi réalisée en fonction d'une tension de commande,d'autre part, un organe pour prélever la tension aux bornes de la sonde,et enfin, un organe effectuant la différence entre la tension aux bornes de ladite résistance et la tension prélevée aux bornes de la sonde ; une fraction de la tension résultant de cette diff4- rence servant à modifier la commande du susdit élément actif. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins an nexés dans lesquels s Ta figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif de linéarisation de l'information délivrée par une sonde à résistance de platine servant à la mesure de la température la figure 2 est un graphe représentant d'une part la courbe de la tensioq/tempErature à la sortie du dispositif représenté figure 1, avec linéarisation et,d'autre part, la courbe tension/ température à la sortie de ce dispositif, sans linéarisation. Âvec référence à la figure 1, la sonde à résistance de platine 1 est montée en série avec une résistance 2 et un transistor 3 (monté en collecteur commun) entre les deux bornes d'une source de tension constante. La tension aux bornes de la sonde 1 est mesurée par un amplificateur différentiel 4, et est ensuite diminuée de la tension aux bornes de la résistance 2 à l'entrée inverseuse d'un aglificateur opérationnel 5. Cet amplicateur 5 fournit une tension proportionnelle à la température perçue par la sonde 1. Le transistor 3 est commandé par sa base à l'aide d'un amplificateur opérationnel 6, non bouclé, qui compare une fraction de la tension de sortie fournie par l'amplificateur 5 à la somme algébrique de la tension aux bornes de la résistance 2etd'uaetension de référence ajustable à l'aide d'un potentiomètre 7 alimenté par une source de tension indépendante. I1 importe de noter à ce sujet que la résistance 2 est calculée de manière à ce que, pour une température de 00C,la tension Vro à ses bornes soit rigoureusement égale à la tension Vso aux bornes de la sonde 1, ainsi qu'à la tension Vpo fournie par le potentiomètre 7. L'amplificateur opérationnel 5 fournit une tension Vs proportionnelle à la température détectée par la sonde. En conséquence le transistor 3, commandé en fonction de la différence entre une tension de référence -elle même augmentée d'une fraction de la tension de sortie Vs- et la tension aux bornes de la résistance 2, ajuste le courant de manière à l'augmenter quand la température augmente et, de ce fait, à amener la tension de sortie de l'amplificateur à varier linéairement avec la température. Le schéma de la figure 1 est relatif à une sonde à résistance de platine c'est-à-dire à une sonde dont la tension à ses bornes varie d'une façon monotone, non linéaire, dont la dérivée première de la tension par rapport à la température est positive et dont la dérivée seconde est négative. Dans le cas où la dérivée seconde est positive (les caractéristiques de la tension et de sa dérivée première étant identiques à celles mentionnées ci-dessus), le montage est analogue à celui décrit sur la figure 1 à la seule différence que la fraction de la tension de sortie Vs de l'amplificateur 5 est réinjectée sur l'entrée négative de l'amplificateur 6 et non plus sur l'entrée positive. Ceci est notamment le cas des sondes à résistance de nickel ou de nickel-fer par exemple. Ainsi, le dispositif de linéarisation conforme à l'invention permet de brancher directement un détecteur à réponse non linéaire mais monotone sur divers types d'appareils de mesure de tension tels que, par exemple, un voltmère numérique gradué en température, un enregistreur, ou tout appareil de commande de procédé. La figure 2 est un diagramme de la tension Vs en fonction de la température,réalisé au cours d'essais du dispositif représenté figure 1,au cours desquels on a relevé le tableau de mesures suivant Température : Résistance de la : : Vs linéarisée: Vs non linéarisée ( C) sonde platine (#) (mV) (mV) o 100 o : o 10 103,89 10 10 20 107,79 20 20 50 119,40 50 50 70 127,07 70 70 100 138,50 100 98 120 146,06 120 118 150 157,32 150 @ 146 170 164,76 170 165 200 175,84 200 194 220 183,17 220 212 250 194,08 250 240 270 201,30 270 259 300 212,03 300 286 320 219,13 320 304 350 229,69 350 331 370 236,67 370 349 400 247,06 400 375 Dans le diagramme représenté figure 2, les courbes 9 et 10 représentent respectivement la tension Vs linéarisée et non linéarisée en fonction de la température. On constatera que la courbe 9 est une droite. I1 n'a été représenté dans ce diagramme que les variations de tensions pour des températures allant de O à 400 C.loutefois, il convient de préciser que le dispositif représenté figure 1 fournit d'excellents résultats pour des variations de tempéra- ture allant de-100 C à + 500 C. La Demanderesse a déterminé expérimentalement que la quantité de tension à reinjecter sur l'entrée positive de l'amplificateur 6 est égale à 0,090794 Vs. Cette valeur, qui est une moyenne, ne dépend pas du courant dans l'intervalle d'intensité habituelle- ment utilisé (0-5mA). RvEJI?ICÀTI oJS 1.- Procédé pour la linéarisation de l'information délivrée par une sonde ou analogue traversée par un courant électrique dont la tension à ses bornes varie d'une façon monotone, non linéaire, et dont la dérivée première en fonction du paramètre à mesurer, est positive, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à faire varier l'intensité du courant qui traverse la sonde en fonction de la non linéarité de ladite sonde, selon les différentes valeurs du paramètre détecté. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'information ainsi linéarisée est le résultat de la différence entre la tension aux bornes de la sonde et une tension proportionnelle au courant qui traverse la sonde, et en ce que la susdite variation de courant est commandée par une tension résultant de la somme algébrique d'une fraction de la tension linéarisée, de la susdite tension proportionnelle au courant qui traverse la sonde, et enfin d'une tension de référence. 3.- Dispositif pour la linéarisation de l'information déli virée par une sonde ou analogue, appliquant le procédé selon l'une des revendications précédentes,caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part, en série avec la sonde, une résistance et un élément actif permettant de faire varier l'intensité du courant de la boucle ainsi réalisée, en fonction d'une tension de commande, d'autre part, un organe pour prélever une fraction de la tension à la sortie dudit dispositif,et, enfin, U organe effectuant la différence entre la tension aux bornea de ladite résistance et la tension prélevée aux bornes de la sonde, une fraction de la tension résultant Qe cette comparaison servant à modifier la commande du susdit élément actif. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la susdite sonde est montée en série avec une résistance et un transistor entre les deux bornes d'une source de tension constante, en ce que la tension aux bornes de la sonde est mesurée par un amplificateur différentiel et est ensuite diminuée de la tension aux bornes de la résistance par un amplificateur opérationnel, en ce que cet amplificateur opérationnel fournit une tension proportionnelle au paramètre perçu par ladite sonde, et en ce que ledit transistor est commandé à l'aide d'un ampli- ficateur opérationnel non bouclé qui compare une fraction de la tension de sortie fournie par le susdit amplificateur opération nel avec la somme algébrique de la tension aux bornes de la résistance et d'une tension de référence ajustable à l'aide d'un potentiométre. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la susdite résistance est calculée de manière à ce que, pour une valeur donnée du paramètre à mesurer, la tension à ses bornes est rigoureusement égale à la tension aux bornes de la sonde ainsi qu'à la tension fournie par le susdit potentiomètre. 6.- Dispositif selon l'une des revendications 3, 4 et 5, caractérisé en ce que la susdite sonde est une sonde thermorésistante, par exemple à résistance de platine, et en ce que, dans ce cas, la résistance en série avec ladite sonde est calculée de manière à ce que pour la valeur OOC de la température, la tension à ses bornes est égale à la tension aux bornes de la sonde ainsi qu'à la tension fournie par le susdit potentiomètre. 7.- Dispositif selon l'une des revendications 4, 5 et 6 caractérisé en ce que la tension aux bornes de la susdite sonde varie d'une façon monotone non linéaire, la dérivée première de cette tension par rapport à la température étant positive tandis que sa dérivée seconde est négative, et en ce que, dans ce cas le susdit élément actif, par exemple le transistor, est commandé en fonction de la différence entre une tension de référence -elle-même augmentée d'une fraction de la tension de sortie dudit dispositif- et la tension de sortie aux bornes de la résistance. 8*- Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la tension aux bornes de la sonde varie d'une façon monotone non linéaire, la dérivée première de cette tension par rapport à la température étant positive tandis que sa dérivée seconde est également positive, et en ce que, dans ce cas,le susdit élément actif, par exemple le transistor, est commandé en fonction de la différence entre une tension de référence et la tension de sortie de ladite résistance elle-même augmentée d'une fraction de la tension de sortie dudit dispositif.