Brevet FR2319119A1 — publié le 19770218

La présente invention concerne une channe électronique de pesage numérique comportant successivement à la suite d'un pont de mesure à Jauges de contraintes dont la tension de déséquilibre est représentative du poids à mesurer, un premier circuit comprenant intégrateur, comparateur et au moins un inverseur délivrant des impulsions dont la fréquence est proportionelle à ladite tension, puis un second circuit assurant le comptage de ces impulsions par un compteur de ligne dans un temps prédéterminé en vue d'un affichage numérique. On sait l'intérêt d'une telle channe de pesage à convertisseur analogique tensionjfréquence au point de vue de la précision des mesures, notamment dans le cas où 1 'amplitude du signal initial de mesure est tres faible ainsi que dans le cas où des cibles de liaison d'une certaine longueur sont utilisés et qu'ils se trouvent å proximité d'une machine électrique ou d'un réseau électrique créant des champs parasites interférant avec le signal de mesure (bruit de Pond). Cependant un tel système est encore suJet à erreur du fait des variations des caractéristiques des composants des circuits de la chatte en fonction de la température ambiante et du vieil plissement. Des solutions partielles ont bien été proposées, consistant notan-ent à stabiliser la tension d'alimentation du pont de mesure, mais sans réussir à supprimer complètement les effets des causes d'erreurs que l'on vient dtindiquer. La présente invention a pour but de concevoir une channe du type indiqué initialement de façon telle que le problème pose reçoive une solution quasi-complète. A cette fin une chaine du type indiqué se caractérise suivant l'invention en ce que le premier circuit fait également suite à un deuxième pont dit d'étalonnage alimenté de la même façon que ledit pont de mesure mais dont la tension de déséquilibre est prédéterminée à une valeur représentative de la porthe- de mesure et le second circuit est agencé de façon que chaque cycle de mesure comporte deux étapes successives, une première étape dans laquelle le premier circuit étant connecte au pont d'étalonnage, le second circuit assure simultanoment un comptage d'impulsions dthorloge et un comptage d'impulsions d'étalonnage, jusqu'à ce que le compteur de ligne soit plein, puis à la suite de la remise à zéro du seul compteur de ligne une seconde étape dans laquelle le premier circuit étant connecté au pont de mesure, le second circuit assure simultanément un décomptage d'impulsions d'horloge et un comptage d'impulsions de mesure, jusqu'à ce que le compteur d'horloge soit revenu à zéro. Comme on le verra plus clairement gJar la suite, le but d'autocompensation cherché est bien atteint du fait que la même chaîne est utilisée successivement à étalonner le compteur d'horloge (base de temps) et à faire la mesure proprement dite, en utilisant immédiatement le résultat de l'étalonnage. Les deux ponts d'étalonnage et de mesure peuvent d'ailleurs suivant la longueur des lignes de liaison, être alimentés - soit par une source commune de tension continue, auquel cas ils ne peuvent être connectés à l'intégrateur que par l'intermédiaire d'un Jeu d'interrupteurs, de préférence statiques, assurant les inversions nécessaires sur les entrées de l'intégrateur pour la production d'un signal en dents de scie, - soit tous deux directement entre entrée et la sortie d'un inverseur analogique faisant suite au comparateur, auquel cas la source indépendante d'alimentation des ponts et les interrupteurs d'entrée de l'intégrateur deviennent superflus. Enfin, il est indiqué de décomposer le compteur de ligne de sortie en un précompteur et un compteur proprement dit de manière à disposer par le précompteur d'un zéro de mesure ne correspondant pas à une fréquence nulle des impulsions. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de deux formes préférées de réalisation prises comme exemples et à l'examen des dessins annexés correspondants dans lesquels - la Fig. I est un schéma d'ensemble d'une channe électronique de pesage numérique suivant l'invention dans le cas d'une alimentation des deux ponts par une source commune de tension continue (premier exemple) - la Fig. 2 est un diagramme temporel donnant l'allure des signaux du premier circuit de la chaîne de la Fig. 1 - la Fig* 3 est un diagramme temporel donnant l'allure de certains signaux du deuxième circuit de la chaîne de la Fig. 1, ainsi que l'évolution de l'état de remplissage des compteurs - la Fig. 4 est un schéma réduit au premier circuit ou analogique d'une chaîne électronique de pesage numérique suivant l'invention, dans le cas d'une alimentation directe des deux ponts entre l'entrée et la sortie d'un inverseur analogique de sortie dudit premier circuit. Tel qu'il est représenté par le schéma de la Fig. 1, suivant une première forme de réalisation, un appareil suivant l'inven- tion comporte tout d'abord un circuit analogique I. A son entrée et alimenté par une source de tension continue 10, le circuit i présente un pont à jauges de contraintes 11 dit pont de mesure dont la tension de déséquilibre Vx est représentative du poids à mesurer. Par l'intermédiaire d'interrupteurs commandés ( de préférence statiques, notamment des transistors à effet de champ ) 131, 132 et 311, 312 supposés fermés (des interrupteurs 231, 232 et 313, 334 étant alors ouverts), les bornes de sortie 111, 112 du pont Il sont reliées aux deux entrées respectivement d'un circuit opérationnel intégrateur 33.Le circuit 33 est conçu de façon que son entrée par exemple positive soit connectée à la masse par un condensateur 331 ainsi que, par l'intermédiaire d'une résistance 332, au curseur d'un potentiomètre 333 dit de réglage de rampe, inséré entre les deux bornes dune source de tension continue Vce et que 11 entrée négative du même circuit 33 soit connectée à la masse par une résistance 334 ainsi qu'à la sortie du circuit 33 par un condensateur de réaction 335. La sortie du circuit intégrateur 33 est elle-même connectes par une résistance 351, à l'entrée par exemple négative d'un circuit opérationnel comparateur 35, alors que l'entrée positive du même circuit 35 est connectée au point intermédiaire de l1en- semble de deux résistances en série 352, 353 reliant la sortie du circuit 35 à la masse, la résistance de réaction 352 étant dite de calibrage de la fourchette dthystérésis. La sortie du circuit comparateur 35 est elle-même connectée à deux inverseurs logiques en cascade 36, 37, la sortie du premier 36 étant connectée aux éléments de commande des interrupteurs 313, 314, la sortie du second 37 aux éléments de commande des interrupteurs 311, 312. Le fonctionnement de l'ensemble ainsi décrit et en lui-même connu est schématisé par le diagramme temporel de la Fig. 2, où lton a représenté sur quatre lignes l'allure dans le temps des signaux de tension Z33, 35' 36' Z37 apparaissant en sortie des éléments 33, 35, 36, 37 respectivement. Finalement le signal de sortie Z37 du circuit analogique I tel -util vient d'être décrit se présente en impulsions carrées dont la-fréquence de répétition fM est proportionnelle à la tension de mesure VM, l'ensemble 31 - 37 travaillant ainsi en convertisseur tension-fréquence. Le circuit classique analogique I qui vient d'être décrit est complété suivant l'invention de la façon suivante Le pont 11 est doublé par un second pont 21 dit d'étalonnage dont les branches sont constituées par des résistances fixes et par une résistance variable 22 dite de réglage. Ce pont est alimenté par la même source de tension 10 que le pont 11, mais sa tension de déséquilibre VE est uniquement fonction de la valeur ohmique donnée à la résistance de réglage 22. On s'arrange pour que VE soit représentative de la portée de mesure.Les sorties 211 212 du pont 21 sont reliées par l'intermédiaire d'interrupteurs commandés associés 231 232, analogues aux interrupteurs 131 132' aux sorties de ces deux derniers interrupteurs respectivement. Les interrupteurs 231 232 sont comrtlandés, comme on.le verra plus loin, de façon à pouvoir être tous deux fermés aux lieu et place des interrupteurs précités 131, 132, auquel cas le pont 21 se substitue au pont 11, la tension de déséquilibre VE du pont 21 provoquant alors la production d'un signal Z37 de fréquence correspondante f Au circuit analogique I que l'on vient de décrire fait suite un circuit numérique I' qui sera décrit maintenant, en m & e temps d'ailleurs que son mode de fonctionnement. Chaque opération de mesure donne lieu à deux séquence successives, la première dite d'étalonnage dans laquelle le circuit I met en oeuvre le pont d'étalonnage 21, la seconde dite de mesure où le circuit I met en oeuvre le pont de mesure 11. Au début de la première séquence une bascule bistable 41 se trouve dans un état par exemple zéro dit d'étalonnage, ce qui fait qu'elle applique par une ligne 412 une tension de sortie 2;4 qui ferme les interrupteurs 231, 232 (l'absence corrélative de signal sur une autre ligne 411 entrante l'ouverture des interrupteurs 13riz 132). Dans ces conditions, le pont 21, de tension de sortie VE, provoque la production d'un signal de sortie Z37 de fréquence t correspondante. Au mame instant de début de la première séquence - un synchronisateur 43 est dans un état zéro grâce auquel son signal de sortie Z43 assure simultanément le blocage d1un multivibrateur 45 - relié à un compteur d'horloge 47 - et d'une porte 49 d'accès du signal Z37 à un précompteur de ligne 51 - une bascule bistable 53 dite de comptage/précomptage est dans un Qtat zéro grâce auquel elle bloque par son signal de sortie Z53 une porte 55 d'accès du signal Z37 à un compteur de ligne 57. A la première impulsion du signal Z37- et plus précisément aussitôt que ce signal prend un niveau prédéterminé, par exemple bas, le synchronisateur 43 prend 1 'état un, grâce auquel il libère le multivibrateur 45 et active la porte 49 d'accès au précompteur de ligne 51. Il en résulte que dès lors le compteur d'horloge 47 se met à compter les impulsions du signal d'horloge 245 de fréquence t et en même temps le précompteur de ligne 51, les impulsions du signal Z37 de fréquence fE. Le double comptage se poursuit jusqu'à l'instant où le précompteur de ligne 51 atteignant sa pleine capacité, fait commuter par le front arrière de la dernière impulsion reçue, la bascule bistable 53 à l'état un dit de comptage qui active la porte 55. Il en résulte que dès lors le compteur 57 se substitue au préeompt.ur 51 pour continuer à compter les impulsions du signal Z37 de fréquence f Le double comptage se poursuit encore jusqu'à l'instant où le compteur de ligne 37 atteignant se pleine capacité, fait commuter parle front arrière de la dernière impulsion reçue, la bascule bistable 41 qui passe ales à l'tat un dit de mesure. La bascule bistabi. 41 va maintenant maintenant appliquer sa tension de sortie Zll1 sur la ligne 411 ce qui a pour effet d'ouvrir les interrupteurs 231, 232 et de fermer les interrupteurs 131, 132. La seconde séquence ou de mesure débute, au cours de laquelle le signal Z de sortie du circuit analogique I a une fréquence fM déterlainée par la tension Vx du pont de mesure 11. Mais la commutation de la bascule bis table 41 à l'état un ou de mesure a aussi provoqué - par l'intermédiaire drupe porte OU 61 revue plus loin - le déclenchement d'une bascule monostable 59 (par exemple de I ms) qui assure une remise à l'état zéro des éléments suivants - synchronisateur 43, qui provoque l'interruption des deux comptages (horloge et ligne), le compteur d'horloge 47 en particulier étant arrêté après avoir compté par exemple, au cours de la première séquence, h impulsions de fréquence fH - précompteur 51,qui est ainsi vidé de son contenu - bascule bistable 53, qui se retrouve ainsi placée en position de précomptage pré comptage - compteur 57, qui est ainsi vidé de son contenu. Cette remise à zéro est maintenue par la bascule mono stable 59 pendant toute la durée de sa mise au travail ( 1 ms dans l'exemple choisi) et permet de staffranchir des distorsions du signal Z37 au cours de la commutation du pont 21 au pont 11. Une fois la bascule monostable 59 revenue au repos, un double comptage (horloge et ligne) analogue à celui de la séquence précédente se fait, à la seule différence que maintenant le compteur d'horloge 47 ne se voyant plus appliquée la tension de sortie Z41 de la bascule bis table 41 travaille en décomptage. La commutation du précompteur de ligne 51 au compteur de ligne 57 se fait comme à la première séquence. Enfin, à l'instant où le compteur d'horloge 47 revient à zéro, celui-ci fait commuter par le front arrière de la dernière impulsion reçue, la bascule bistable 41 qui repasse alors à l'état zéro. Cette commutation de la bascule 41 provoque cette fois tout d'abord le déclenchement d'une bascule monostable 63 (par exemple de 1 mus). La mis. au travail de cette bascule a pour effet d'assurer le transfert du contenu du compteur de ligne 57 qui a compté au cours de la seconde séquence ou de mesure par etzple m impulsions de fréquence fk, nombre représentatif comme on le verra plus loin de la valeur de mesure - d1une memoire 65 dans un décodeur 67 en vue par exemple dtaffichage en 69. Le retour aux repos de la bascule 63 provoque à son tour par 11 intermédiaire de la porte OU 61 le déclenchement de la bascule monostable précitée 59, avec comme conséquence la remise à zéro des mêmes éléments que précédemment. Le cycle à deux séquences est ainsi achevé. Le fonctionnement ainsi décrit de l'ensemble des circuits I et II est schématisé par le diagramme de la Fig. 3 où l'on a représenté en fonction du temps pour les deux séquences détalonnage et de mesure successivement; - l'état du signal de sortie Z41 de la bascule bistable 41 sur les deux lignes 412, 411 - l'évolution du contenu du compteur d'horloge 47 - l'évolution de la somme des contenus du précompteur de ligne 51 et du compteur de ligne 57 - la position dans le temps des signaux Z61 de transfert affichage et celle des signaux Z59 de remise à zéro. Si l'on admet que la fréquence f H des impulsions de multivibrateur reste rigoureusement la meme de l'étape d'étalonnage à celle de mesure qui se font immédiatement à la suite l'une de l'autre, les comptages des deux étapes se font exactement dans le même temps h/f. Dans ce même temps, précompteur et compteur de ligne ont ompté respectivement - lors de étape d'étalonnage p et c impulsions de fréquence fE, où p et c sont les capacités de ces précompteur et compteur respectivement ; - lors de l'étape de mesure p et m impulsions de fréquence fN. Un potentiomètre de tarage est-réglé de telle sorte que dans le cas d'une mesure devant donner un résultat nul, m soit égal à zéro. La fréquence de mesure correspondante est alors f o On a ainsi la double équation T > + C I w = T > +W p E f0 d'où en éliminant p :: c a f -f f -f o X o et en tirant finalement le résulat de mesure m = c fM - f0 fE - f0 On a constaté qu'aussi bien dans le tas de variations à plus ou moins long terme de la tension d'alimentation des ponts que de celles des caractéristiques des composants sensibles à la température ambiante ou sujettes à dérives par vieillissement, les fréquences apparentes de sortie du circuit analogique sont à un instant donné, ou plus précisément pour un cycle étalonnage-mesure tel que celui décrit, dans un rapport uniforme avec leurs valeurs vraies.L'homogénéité de l'expression de m montre que ce résultat de mesure se trouve affranchi de toutes les sources d'erreurs dont on vient de parler et peut entre considéré comme proportionnel à la valeur vraie du poids à mesurer On peut d'ailleurs ajuster la résistance variable 22 de façon que, tout en respectant l'inéquation VE > VM a donne directement, à la virgule près, le poids à mesurer. Dans le cas où tous les éléments de l'appareil de pesage sont suffisamment groupés à courte distance les uns des autres en sorte que l'on a plus à s'inquiéter des longueurs de ligne, on peut simplifier le circuit analogique I de la Fig. 1 comme l'indique la Fig. 4. Ce second exemple diffère du premier par les points suivants: - le double inverseur constitué par les interrupteurs commandés 31 - 314 est supprimé, ainsi que l'alimentation par une source continue des ponts i1 de mesure et 21 d'étalonnage, et que l'inver- seur analogique 36 - les tensions opposées d'entrée et de sortie de l'inverseur analogique restant 37 assurent elles-mêmes l'alimentation des ponts 11, 21, tantôt dans un sens, tantôt dans l'autre, à la suite des basculements provoqués par le circuit comparateur 35. Des diodes Zener identiques et montées tete-bFche 371 , 372 assurent la stbilité de la tension d'alimentation. A celà près, le mode de fonctionnement de l'ensemble des circuits I et II est identique à celui de l'exemple précédent. -REVENDICÂTIONS- 70 Chape électronique de pesage numérique comportant successivement à la suite d'un pont de mesure à jauges de contrainte dont la tension de déséquilibre est représentative du poids à mesurer, un premier circuit comprenant intégrateur, comparateur et au moins un inverseur délivrant des impulsions dont la fréquence est proportionnelle à ladite tension, puis un second circuit assurant le comptage de ces impulsions par un compteur de ligne dans un temps prédéterminé en vue d'un affichage numérique, caractérisé en ce que, pour être affranchi des variations des caractéristiques des composants des deux circuits en fonction de la température ambiante et du vieillissement, le premier circuit fait également suite à un deuxième pont dit d'étalonnage alimenté de la même façon que ledit pont de mesure, mais dont la tension de déséquilibre est prédéter!linée à une valeur représentative de la portée de mesure, et le second circuit est agencé, de façon que chaque cycle de mesure comporte deux étapes successives, une première étape dans laquelle le premier circuit étant connecté au pont d'étalonnage, le second circuit assure simultanément un comptage d'impulsions d'horloge et un comptage d'impulsions d'étalonnage, jusqu'à ce que le compteur de ligne soit plein, puis à la suite de la remise à zéro du seul compteur de ligne une seconde étape dans laquelle le premier circuit étant connecté au pont de mesure, le second circuit assure simultanément un décomptage dtimpulsions horloge et un comptage d'impulsions de mesure, jusqu'à ce que le compteur d'horloge soit revenu à zéro. 2. Chaine électronique de pesage selon la revendication 1, caractérisée en ce que les commutations du premier circuit sur l'un et l'autre pont successivement sont commandées par un basculeur bis table du second circuit actionnant des interru ?teurs statiques, de préférence des transistors à effet de champ. 3. Chaine électronique de pesage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les deux ponts sont alimentés par une source commune de tension continue et en ce que chacun des deux ponts est relié aux entrées dudit intégrateur par quatre interrupteurs de préférence statiques, notamment des transistors à effet de chalilp, travaillant en alternance à la carence fixée par le signal de sortie dudit comparateur. 4. Chaine électronique de pesage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisiée en ce que les deux ponts sont alimentées tous les deux directement entre l'entrée et la sortie d'un inverseur analogique faisant suite au comparateur, ces entrée et sortie s'inversant à la cadence fixée par le signal de sortie dudit comparateur. 5. Chaine électronique de pesage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit compteur de ligne est précédé d'un précompteur de ligne dont le remplissage exact en deuxième étape, c'est-à-dire sans débordement sur le compteur de ligne, correspond à une mesure de valeur zéro.