Brevet FR2339837A1 — publié le 19770826

La présente invention est relative à un circuit intégrateur électrique permettant d'obtenir l'intégrale des différences de valeurs d'une première grandeur en fonction d'une seconde grandeur et dans lequel un cycle d'intégration est déclenché à chaque impulsion traduisant cette seconde grandeur De tels circuits intégrateurs sont applicables à l'intégration de grandeurs électriques, par exemple pour la mesure d'énergie en prenant conne grandeurs la tension et le courant; à l'intégration de grandeurs physiques, par exemple la mesure d'un travail en prenant conne grandeurs un déplacement et une force, ou encore avantageusement à la mesure de quantités de chaleur en prenant pour grandeurs la température et un débit de fluide, ou la température et le temps, etc.... Les circuits, pour effectuer l'intégrale d'une différence de deux variables se présentant sous forme de signaux analogiques comportent généralement un circuit de mesure différentiel sur lequel sont appliqués les deux signaux d'entrée et qui fonrnit un premier signal analogique différentiel proportionnel à leur différence, un autre circuit de conversion analogique-numérique convertissant ce signal différentiel en un nombre dtimpulsions proportionnel et un totalisateur d'impulsions, le circuit convertisseur étant déclenché à chaque impulsion de commande représentative de la seconde grandeur. Le circuit différentiel d'une part, et le circuit convertisseur d'autre part, présentent respectivement une tension de décalage de zéro qui nécessite des règlages particuliers. L'invention a pour objet un circuit intégrateur dans lequel la compensation de décalage de zéro est réalisée de façon plus simple que dans les circuits de type connu, une compensation globale du zéro pouvant être réalisée automatiquement avant chaque cycle d'intégration. Le circuit intégrateur, suivant l'invention comporte - un comparateur de tension ayant ses entrées reliées respectivement à deux bornes d'entrée sur lesquelles sont appliqués des signaux électriques repré sentatifs des valeurs de la première grandeur, - un générateur d'impulsions d'horloge commandé par la sortie dudit compara teur, et - un totalisateur d'impulsions relié audit générateur, et il est caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un générateur de rampe relié à une première entrée dudit comparateur et déclenché au cours de chaque cycle d'intégration de telle sorte que le signal de sortie du comparateur a une durée directement représentative de la différence des valeurs de la première grandeur. La superposition directe du signal du générateur de rampe au signal représentatif de l'une des valeurs de la première grandeur permet ainsi de supprimer l'amplificateur différentiel de mesure et d'éviter le règlage de zéro très gênant de cet amplificateur. Suivant une disposition complémentaire de l'invention, il est prévu un circuit d'alimentation séquentielle comprenant deux monostables à durées de basculement différentes, déclenchés à chaque impulsion de commande, - le premier commandant un premier interrupteur branché entre une source d'ali mentation continue et lesdits circuits générateur et comparateur, et pouvant être remis à son état initial par le signal de basculement du comparateur en fin de cycle d'intégration, - le second commandant un ensemble d'interrupteurs servant à la compensation automatique de décalage de zéro du comparateur. Le premier monostable permet ainsi, en alimentant les circuits de puissance seulement pendant le temps nécessaire à la mesure, une réduction notable de la capacité de la pile d'alimentation, si le circuit est équipé d'une alimentation autonome, comme cela est souhaitable dans le cas d'un compteur de calories ou d'un répartiteur de frais de chauffage pour éviter la fraude. Le second monos table permet la compensation automatique du décalage de zéro du comparateur sans adjonction d'un condensateur de mémorisation en utilisant le condensateur du générateur de rampe pour jouer ce rôle. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en relation avec le dessin annexé qui représente, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préféré d'un circuit conforme à l'invention. Sur ce dessin, 10 et 11 désignent deux sondes de température à semiconducteur, par exemple du type à transistor monté en diode dont on utilise la caractéristique directe de la tension de jonction base-émetteur en fonction de la température. Ces sondes sont reliées à des bornes d'entrée lOA, 1LA du circuit intégrateur et sont alimentées à courant constant par un circuit d'alimentation stabilisée 12 et respectivement reliées aux entrées 13 et 14 d'un comparateur logique de tension 15 constitué par un amplificateur différentiel, la sonde chaude 10 en série avec un condensateur 16, la sonde froide 11 par l'intermédiaire d'un interrupteur commandé 17. la sonde chaude 10 est en outre reliée à l'entrée 14 par un autre interrupteur commandé 18. Le condensateur 16 est alimenté à courant constant à partir du circuit 12 pour constituer un générateur de rampe linéaire dont le signal se superpose au signal de la sonde chaude 10. La sortie 19 du comparateur 15 est reliée à un générateur de signaux d'horloge 20 qui est débloqué quand cette sortie est au niveau logique 1. Ce générateur a sa sortie reliée, par l'intermédiaire d'un diviseur d'impulsions 21, tel qu'un compteur binaire, et d'un circuit de blocage 22 précédé d'une mémoire temporaire à son entrée, à un totalisateur d'impulsions 23, par exemple de type électromécanique. Ces différents circuits, à l'exception des circuits 22 et 23 alimentés en permanence par une liaison 24 sont alimentés de façon séquentielle à chaque impulsion de commande traduisant la seconde grandeur de la manière suivante un dispositif 25, par exemple un compteur d'eau chaude dans le cas d'un compteur de calories, ou une horloge dans le cas d'un répartiteur de frais de chaux fage, émet des impulsions de commande espacées pour chaque volume d'eau unitaire ou pour chaque unité de temps écoulé. Ces impulsions sont appliquées sur un interrupteur commandé 26, branché entre l'une des bornes d'une source d'alimentation continue 27, telle qutune pile à longue durée de vie, et deux monostables 28 et 29.Ces monostables ont des durées de basculement différentes : le premier 28 a une durée de basculement supérieure à la durée de conversion de la différence maximale admissible des températures des sondes dans le comparateur 15, et en outre il est conçu pour pouvoir être éventuellement ramené à son état initial avant ltéchéance de sa temporisation, par le signal de sortie du comparateur 15 transmis sur une liaison 30 sur une entrée RAZ. Le second monostable 29 a une durée de basculement par exemple de l'ordre de 20 ms. nécessaire aux opérations de compensation de décalage de zéro du comparateur 25, comme cela va être expliqué par la suite. Le monostable 28 a une sortie Q reliée à un interrupteur commandé 31 branché entre une borne de la pile 27 et la borne d'alimentation du circuit 12, et la sortie complémentaire Q reliée à un autre interrupteur commandé 32 et à une entrée de déblocage 22a du circuit 22. Le monostable 29 a une sortie Q reliée à l'interrupteur 18 et à un autre interrupteur commandé 33 branché dans une liaison entre la sortie 19 et l'entrée 13 du comparateur 15, et la sortie complémentaire Q reliée à l'interrupteur 17. Les interrupteurs 17, 18, 31, 32, 33 sont par exemple constitués par des transistors à effet de champ. On va maintenant décrire un cycle d'intégration de ce circuit lors de son déclenchement par une impulsion de commande émise par le dispositif 25 sur l'interrupteur 26. Cette impulsion, en fermant temporairement l'interrupteur 26, a pour effet de déclencher les deux monos tables 28 et 29, ce qui donne lieu à une séquence d'alimentation de la façon suivante : le monostable 28 par sa sortie Q mise à l'état 1 ferme l'interrupteur 31, mettant sous tension le circuit d'alimentation stabilisé 12 pendant la durée de son basculement. Le condensateur 16 est ainsi mis en service . Simultanément, sa sortie Q ouvre l'interrupteur 32 fermé à la fin du cycle précédent pour décharger le condensateur 16 ét bloque le circuit 22.Le monostable 29, de son côté, ferme par sa sortie Q mise à l'état 1 les interrupteurs 18 et 33, et par sa sortie Q à l'état O ouvre l'interrupteur 17. Dans ces conditions, pendant le court instant de basculement du monostable 29, le comparateur 15 fonctionne en amplificateur bouclé de gain unité et le condensateur 16 se charge à sa tension de décalage de zéro. Dès le retour du monos table 29 à son état initial à la fin de sa temporisation, les interrupteurs 33 et 18 sont ouverts et l'interrupteur 17 refermé. Le comparateur 15, maintenant en position "mesure" reçoit sur son entrée 13 la tension - V1 de la sonde chaude 10 à laquelle est superposée la tension de rampe linéaire de pente a , prenant naissance aux bornes du condensateur 16 chargé à courant constant, et sur son entrée 14 la tension V2 de la sonde froide 11 à travers l'interrupteur 17 fermé. La sortie 19 du comparateur passe à l'état 1, (car V2 > V1 sur l'entrée 14 non-inverseuse) et débloque le générateur 20 qui envoie alors les signaux d'horloge dans le diviseur 21. Le comparateur bascule au bout d'un temps t lorsque V1 + a t = V2 c'est-à-dire au bout d'un temps t = V2 - V1/a, sa sortie 19 repassant à l'étant 0, rebloquant le générateur 20 et ramenant le monostable 28à son état initial. Ce temps t est converti en une valeur numérique N par comptage des impulsions d'horloge à la fréquence f , soit N = t/f = V2 - V1/ a f . Le monostable 28 par sa sortie Q à l'état 1, autorise le déblocage du circuit 22 et la commande du totalisateur 23. Les N impulsions de conversion, après division dans le compteur 21, fournissent à sa sortie, quand il est plein, une impulsion qui est temporairement mise dans la mémoire temporaire précédant le circuit 22. Le totalisateur 23 ne peut ainsi avancer d'un pas que lorsqu'il y a coincidence entre l'état 1 de la sortie du diviseur 21 et la présence du signal d'autorisation sur l'entrée 22a, au rebasculement du comparateur, c'està-dire une fois la mesure terminée. Grace à cette commande différée, on évite de perturber la mesure par les parasites de commutation du compteur électromécanique 23, et l'on staffranchit pendant la mesure de la chute de tension de la pile 27 liée à la forte consommation de ce compteur. L'émission d'une nouvelle impulsion de commande du dispositif 25 provoque le déclenchement d'un cycle d'intégration analogue à celui qui vient d'être décrit, et ainsi de suite. Le totalisateur 23 affiche la valeur de l'intégrale cumulée au cours des cycles d'intégration successifs. La mise à l'échelle de l'ensemble peut être obtenue, pour le règlage gros, par le choix du coefficient de division du compteur 21, et pour le réglage fin, par action sur la fréquence f du générateur 20. Les autres paramètres, tels que la pente de la rampe et la durée de basculement du monos table 28 sont choisis à l'origine en fonction de la gamme de différences de température à mesurer et de la fréquence maximale de répétition des impulsions de commande. REVENDICATIONS l. Circuit intégrateur électrique permettant d'obtenir l'intégrale des diffe- rences de valeurs d'une première grandeur en fonction d'une seconde grandeur, dans lequel un cycle d'intégration est déclenché à chaque impulsion de commande traduisant cette seconde grandeur et comportant - un comparateur de tension ayant ses entrées reliées respectivement à deux bornes d'entrée sur lesquelles sont appliqués des signaux électriques repré sentatifs des valeurs de la première grandeur;; - un générateur d'impulsions d'horloge commandé par la sortie dudit compara- teur, et - un totalisateur d'impulsions relié audit générateur, caractérisé en ce qui comporte, en outre, un générateur de rampe relié à une première entrée dudit comparateur et déclenché au cours de chaque cycle d'inté- gration,de telle sorte que le signal de sortie du comparateur a une durée directement représentative de la différence des valeurs de la première grandeur. 2. Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit générateur de rampe comporte un condensateur alimenté à courant constant et branché entre l'une desdites bornes d'entrée et la première entrée du comparateur. 3. Circuit suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu il comporte un circuit d'alimentation séquentielle comprenant deux monostables à durées de basculement différentes, déclenchés à chaque impulsion de commande - le premier commandant un premier interrupteur, branché entre une source d'ali mentation continue et lendits circuits générateur et comparateur et pouvant être remis à son état initial par le signal de basculement du comparateur en fin de cycle d'intégration, - le second commandant un ensemble d'interrupteurs servant à la compensation automatique de décalage de zéro du comparateur. 4. Circuit suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ledit ensemble d'interrupteurs comprend un deuxième et un troisieme interrupteurs, reliant respectivement les deux bornes d'entrée à la seconde entrée du comparateur, et un quatrième interrupteur branché en contre-reaction entre la sortie du comparateur et sa première entrée, lesdits deuxième et quatrième interrupteurs étant commandés en opposition de phase avec le troisième. 5. Circuit suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce quTil comporte un cinquième interrupteur branché aux bornes du condensateur et commandé en opposition de phase avec le premier interrupteur. 6. Circuit suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, entre lesdits générateur et totalisateur, est branché un circuit-porte débloqué seulement lorsque le comparateur a émis son signal de basculement en fin de cycle d'intégration. 7. Circuit suivant la revendication 6 , caractérisé en ce que ledit circuitporte est débloqué par le signal du premier monos table repassant en position de repos.