Brevet FR2425628A1 — publié le 19791207

L'invention concerne un procédé'pour mesurer des grandeurs non électriques; procédé dans lequel une grandeur mesurée est convertie en une tension électrique d'entrée, cette tension d'entrée étant, dans une première phase d'exploitation, intégrée sur un laps de temps prédéterminé, puis dans une seconde phase d'exploitation une tension de référence connue étant intégrée vers le bas -jusqu1au point de départ de la première phase d'exploitation, tandis qu'ensuite la valeur numérique à mesurer est obtenue à partir du rapport des deux temps d'intégration et de la tension de référence. Ce procédé est connu sous la désignation "Dual Salope" (double pente)* Il est principalement utilisé, aussi bien pour la mesure de grandeurs électriques que pour la mesure électrique de grandeurs non électriques. Le procédé "Dual-Slope" établit une stricte correspondance linéaire entre la tension analogique d'entrée et l'information numérique de sortie. Si l'é- solution de la tension d'entrée n'est pas linéaire par rapport à la grandeur à mesurer (par exemple la tension n'évolue pas 14- néairement par rapport à la température mesurée), l'information numérique de sortie présente alors également cette évolution non linéaire. Un exemple d'un tel capteur de valeurs mesurées est une résistance de mesure dépendant de la température, dont la valeur comporte en bonne approximation une quote-part dépendant linéairement de la température et une quote-part en dépendant de façon quadratique. Belon le procédé connu, la tension d'entrée délivrée à partir d'un convertisseur de valeur mesurée en tenson relié au capteur de valeurs mesurées, est intégrée dans une première phase d'exploitation pendant un laps de temps connu, au moyen d'un convertisseur analogique-digital .Après l'écoulement de ce laps de temps, une tension connue de référence est appliquée à l'entrée du convertisseur analogique-numérique et il s'en suit, dans une seconde phase d'exploitation, une intégration vers le bas jusqu'au point de départ de la première phase d'exploitation. Pendant cette intégration vers le bas, le temps est mesuré. Le rapport entre le temps d'intégration connu vers le haut et le temps d'intégration vers le bas, est alors proportionnel au rapport de la tension de référence connue à la tension d'entrée à mesurer. Il est a3:ors avantageux que, poux les deux phases d'ex ploitation, les mêmes parties constitutives et les mimes bases de temps soient utilisées si bien que leurs tolérances s'éli- minent.Les fluctuations de la fréquence de comptage nont également pas d'effet lorsque la fréquence reste constante pendant un cycle de mesure complet Toutefois, dans le cas de ce procédé connu, par suite de la conversion directe analogique-numérique qui délivre une valeur numérique proportionnelle à la valeur analogique des trée, des erreurs de mesure vraiment importantes peuvent surve- nir, lorsqu'il s'agit de capteurs de valeurs mesurées avec des caractéristiques quadratiques ou bien fortement courbées. jus- qu'à maintenant ces erreurs étaient maintenues à un niveau aussi réduit que pomsibleO la plupart du temps de façon analogique par un amplificateur non linéaire ou bien de façon numérique en manipulant les valeurs de sortie0 La mise en oeuvre de ces deux possibilités est relativement dispendieuse. L'utilisation d'am- plificateurs noB linéaires est, en outres difficile du fait de leur influencement par la température. C-race à l'invention, le procédé mentionné ci-dessus pourra entre amélioré de façon telle que des amplificateurs non linéaires ou bien une manipulation numérique des valeurs de sor- tie soient superflus et que cependant, les erreurs de mesures puissent entre maintenues à un niveau extraordinairement bas. En outre, un dispositif de branchement simple sera créé pour la mise en oeuvre de ce procédé0 Dans ce but, le procédé conforme à l'invention, est caractérisé en ce qu'une tension de référence dépendant de la tension entrée est prise pour base de l'intégration vers le bas.Par un choix approprié de cette dépendances d'une façon courante pour la spécialiste les erreurs de mesure conditionnées par la caractéristique du capteur de valeurs mesurées peuvent entre maintenues à un niveau aussi bas qu'on le désire. Dans le cas du procédé Daal-Slope connu, la correspondance entre la tension d'entrée Ux à mesurer, la tension de référence URef et la valeur numérique délivrée n résulte de l'égalité suivante : Ux x p (1) n = URef p étant un facteur de proportionnalité0 Pour la mise en oeuvre du procédé connu, il est prévu un dispositif dé branchement électronique avec un capteur de valeurs mesurées qui est raccordé à un convertisseur de valeurs mesurées en tension dont la première sortie est reliée avec une première entrée d'un convertisseur ana > agique numérique et dont la seconde sortie est mise à la terre, une source de tension de référence étant reliée avec une seconde entrée du convertisseur analogique-numérique. Dans le cas du procédé selon l'invention, la tension de référence URef n'est pas constante, mais dépendante de la tension d'entrée0 Pour la mise en oeuvre de ce procédé, l'invention propose de modifier le dispositif de branchement connu en ce que la source de tension de référence soit reliée avec la seconde entrée par l'intermédiaire d'une première résistance ohmique, tandis qu'en série avec cette première résistance ohmique est disposée une seconde résistance ohmique placee entre les deux entrées du convertisseur analogique numérique, le rapport des deux résistances ohmiques étant adapté à la caractéristique du capteur de valeurs mesurées. Pour ce dispositif de branchement, conforme à l'in Invention, on a les égalités suivantes dans lesquelles URef est la tension délivrée par la source de tension de référence, URef la tension de référence effective superposée par la tension d'entrée, et k le rapport des valeurs des deux résistances ohmiques. Il s'en suit Par le choix du facteur k, ctest-å-dire du rapport des deux valeurs de résistances, la caractéristique de conversion peut être courbée à volonté dans une large mesure. Tandis que la dérivée dn est constante dans le cas du procédé Dual-Slope connut la dU dérivée de 11 égalité (4) présente une dépendance de la tension d'entrée Ut Si le capteur de valeurs mesurées utilisé a une caractéristique progressive dont la pente augmente avec les valeurs mesurées croissantes9 la tension de référence doit croître dans la même mesure.Dans le cas du procédé conforme à l'invention, une partie de la tension entrée se superpose en conséquence à la tenO sion de référence qui augmente de façon correspondante. Si9 toutefois, le capteur de valeurs mesurées a une caractéristique dégressive9 alors la tension d'entrée doit 8tre inversée par un amplificateur inverseur et 8tre ensuite superporée à la tension de référence. On obtient ainsi que la tension de référence devienne plus petite lorsque la tension d'entrée croit. Dans les deux casp les erreurs de mesures, conduit ont nées par la caractéristique du capteur de valeurs mesurées, sont réduites à une valeur minime. Des exemples de réalisation du dispositif de bran chement conforme à l'invention, sont décrits plus en détail ciaprès en se référant aux figures Selon la figure 1 9 un thermo-élément 10, servant de capteur de valeurs mesurées9 est raccordé aux deux entrées 12 et 14 d'un pré-amplificateur 16. Une première sortie 18 du pré amplificateur 16 est reliée par l'intermédiaire d'un conducteur 20 avec une première entrée 22 d'un convertisseur analogiquenumérique 24. Une seconde sortie 26 du pré-amplificateur 16 est reliée à la terre 28. Une source de tension de référence 30 délivre la tension de référence constante U'Ref et est raccordée par une borne à la terre 32 et par une autre borne à un branchement en série de deux résistances ohmiques 34 et 36. La première résistance ohmique 34 a une valeur k x R et la seconde résistance ohmique 36 a une valeur R. La seconde résistance ohmique 36 est branchée entre la première entrée 22 et la seconde entrée 38 du convertisseur analogique numérique 24. À la sortie 40 du convertisseur analogique-numérique 24, est obtenue l'indication numérique n qui correspond à la valeur mesurée. Sur la première entrée 22 du convertisseur 24, la tension d'entrée U délivrée par le pré-amplificateur 16, est appliquée et intégrée au cours d'une première phase d'exploita- tion. Ensuite, l'intégrateur contenu dans le convertisseur 24 est commuté sur la seconde entrée 38 à laquelle est appliquée la tension de référence URef modifiée par la tension d'entrée Ux par l'intermédiaire de la résistance 36o Puis une intégration vers le bas est effectuée Jusqu'au point de départ de la première phase d'exploitation, le temps de cette intégration vers le bas pendant la seconde phase d'exploitation étant mesuré.A partir du rapport des deux temps d'intégration et de la tension connue de référence U'gef, la valeur numérique à mesurer n est ensuite déterminée dans le convertisseur analogique-numérique 24. Dans le cas où k = 0, il résulte de ce dispositif de branchement le dispositif de branchement connu pour la mise en oeuvre du procédé Dual-Slope. Le procédé conforme à l'inven- tion peut être mis en oeuvre avec ce branchement pour des valeurs positives de k. Si, toutefois, le capteur de valeurs mesurées 10 a une caractéristique dégressive, alors k doit être choisi négatif. Dans ce cas, on utilise le dispositif de branchement selon la figure 2. Les mêmes références sont utilisées pour les parties identiques ou correspondantes à celles de la figure 1. Le capteur de valeurs mesurées ntesu pas ici, toutefois, un thermo-élément, mais une résistance 10 avec des coefficients de température négatifs. Au lieu du pré-anLp7ifieateur, il est ici prévu un convertisseur résistance-tension. La seule modification importante, par rapport au montage de la figure 1, est l'insertion d'un amplificateur-inverseur 42 entre la sortie 18 du convertisseur 16 et la résistance 36, cet amplificateurinverseur 42 et cette résistance 36 étant en série entre les deux entrées 22 et 38 du convertisseur analogique-numérique 24. grâce à l'amplificateur-inverseur42, la tension d'entrée Ux est inversée et ensuite seulement superposée à la tension de réf6- rence, si bien que la tension de référence décrott lorsque la tension d'entrée croit, ce qui est nécessaire dans le cas d'une caractéristique dégressive. Par ailleurs, cette seconde forme de réalisation du dispositif de montage correspond, exactement, au dispositif décrit en référence à la figure 1. REVEND I C T IONS 1.- Procédé pour mesurer des grandeurs non électri- ques, procédé dans lequel une grandeur mesurée est convertie en une tension électrique d'entrée qui, dans une première phase, est intégrée sur un laps de temps prédéterminé9 puise dans une seconde phase, une tension de référence connue est intégrée vers le bas jusqu'au point de départ de la première phase, la valeur numérique à mesurer étant obtenue à partir du rapport des deux temps d'intégration et de la tension de référence, procédé caractérisé en ce qu & ne tension de référence dépendant de la tension d 'entrée est prise pour base de l'intégration vers le bas. 2.- Dispositif de montage électronique pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, avec un capteur de valeur mesurée raccordé à un convertisseur de valeur mesurée en tension, dont la première sortie est reliée avec une première entrée d'un convertisseur analogiqua=numérique et dont la seconde sortie est à la terre, une source de tension de référence étant reliée avec une seconde entrée du convertisseur analogiquenumérique, dispositif caractérisé en ce que la source de tension de référence (30) est reliée par l'intermédiaire d2une première résistance ohmique (34), avec la seconde entrée (38) tandis qu'en série avec la première résistance ohmique (34) est dispo- sée une seconde résistance ohmique (96) placée entre les deux entrées (28, 38) du convertisseur analogique-numérique (24), le rapport (k) des deux résistances ohmiques (34, 36) étant adapte à la courbe caractéristique du convertisseur de valeur mesurée (20). 3.- Dispositif de montage selon la revendication 2, caractérise en ce que, dans le cas deun rapport négatif (k) en tre deux résistances ohmiques (549 36) un amplificateur inverseur est branché entre la première sortie (18) du convertisseur de valeur mesurée en tension (16) et la seconde résistance (36)o