Brevet FR2426907A1 — publié le 19791221

Dès les débuts de l'électricité sont apparus des instruments de mesure, qui visaient à connaître les courants ainsi que les tensions, continoesou alternatives, régnant dans les installations. A cette époque, les moyens de mesure permettaient difficilement d'accéder à d'autres paramètres. De surcroît, la connaissance du courant et de la tension était généralement suffisante pour rendre compte du fonctionnement de la plupart des installations. Cet état de chose s'est prolongé fort longtemps, et, à l'heure actuelle encore, de très nombreux installateurs, dépanneurs ou chercheurs électriciens se contentent d'un "contrôleur universel", capable de mesurer les courants les tensions continues ou alternatives, ainsi que les résistances et éventuellement les capacités. Ces contrôleurs universels s'articulent autour d'un galvanomètre. Leur seul perfectionnement a été, récemment, l'addition d'un amplificateur à semi-conducteur en amont du galvanomètre. En augmentant considérablement l'impédance d'entrée, ce perfectionnement a augmenté aussi la sensibilité du contrôleur universel. Mais les fonctions permises n'en ont pratiquement pas été modifiées. La présente invention a pour but principal de fournir un contrôleur universel qui permette de vérifier des composants non linéaires. L'invention propose un instrument de contrôle électronique, qui comporte un voltmètre à affichage numérique, auquel s'ajoute une pluralité de modules enfichables comprenant chacun un circuit de fonction d'entrée, et un circuit amplificateur destiné à attaquer le voltmètre numérique. Le circuit de fonction d'entrée et de certains des modules peut revêtir une allure classique : pour les mesures de tension, on utilisera un réseau de résistance, avec des redresseurs qui permettront de traiter également les tensions alternatives, à quoi s'ajoutera un amplificateur. De même, pour mesurer les courants, on utilisera des résistances formant shunt, avec des redresseurs et des amplificateurs. Les sorties de ces modules peuvent être appliquées sélectivement au voltmètre à affichage numérique. De manière classique, on peut également y ajouter un module ohmètre, ainsi qu'un module de mesure de capacité, qui peut être d'ailleurs le même que le précédent. Selon une caractéristique importante de l'invention, l'un des modules est un générateur d'impulsions de durée faible relativement à leur cadence, et d'amplitude croissante d'une manière réglable. Ce module permet le contrôle des composants électroniques non linéaires, comme on le verra plus loin. Selon une autre caractéristique de l'invention, un autre module comporte un dispositif de mesure de la température de surface des composants. Ce module thermométrique comporte une sonde thermométrique insérée dans un montage en pont, lequel est alimenté à courant constant. La sortie du pont est amplifiée, pour être appliquée finalement au voltmètre à affichage numérique. Ainsi, par un ensemble de modules commutables, le dispositif de la présente invention permet d'afficher des grandeurs physiques et électriques de nombreux types dans un unique voltmètre à affichage numérique. De préférence, l'appareil est portatif, et comporte une alimentation autonome sur piles ou sur accumulateur rechargeable. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, et sur lesquels - la figure l est le schéma électrique synoptique du contrôleur universel selon la présente invention ; - la figure 2 est le schéma électrique de principe du module contrôleur de composants non linéaires ; - la figure 3 est le schéma électrique détaillé d'un mode de réalisation de ce module contrôleur de composants non linéaires ; et - la figure 4 est le schéma électrique détaillé d'un module de mesure de température de composants. Sur la figure 1, la référence numérique I désigne un voltmètre à affichage numérique, capable de mesurer une tension dans uoegamme préétablie. I1 possède par exemple une sensibilité de + 1 millivolt, une capacité maximale d'affichage de + 2 Volts, avec le signe, et une impédance d'entrée de l'ordre de 1 000 megohms. Le contrôleur comporte encore une alimentation générale 2, qui comprend par exemple une série d'accumulateurs rechargeables, et fournit une tension de 12 Volts continus d'une part au voltmètre 1, et d'autre part à une série de tiroirs tels que 10, 11, 12 et 13.Le circuit d'alimentation 2 comporte deux fils de sortie, l'un 3 servant de commun, et l'autre 4 aboutissant à une tourelle de commutation 5, qui permet de relier le fil 4 à l'entrée d'alimentation de l'un des tiroirs 10 à 13 au choix. Bien entendu, tous ces tiroirs sont également reliés au commun d'alimentation. De son côté, le voltmètre de mesure I présente une entrée formant commun mesure 6, et une entre formant point chaud de mesure 7, qui lui est fournie par une tourelle de commutation 8. La tourelle de commutation 8 peut amener sur le voltmètre de mesure la sortie de mesure de l'un quelconque des tiroirs 10 à 13. Ces tiroirs sont évidemment tous reliés au commun de mesure. Enfin, les deux tourelles de commutation 5 et 8 sont bien entendu couplées pour fonctionner de manière synchrone. On ne décrira pas en détail les tiroirs de mesure de tension, de courant, de résistance ou de capacité, qui peuvent être réalisés de manière classique. La figure 2 illustre donc le schéma électrique de principe du tiroir de contrôle de composants non linéaires. Une source de tension d'alimentation V est branchée aux bornes d'un condensateur C, par l'intermédiaire d'un potentiomètre P. Le condensateur peut donc se charger d'une manière réglée par le potentiomètre. Aux bornes du condensateur C est également branché un thyristor Th, suivi de l'enroulement primaire d'un transformateur T. Le thyristor Th est périodiquement déclenché par la sortie d'un circuit d'horloge H. De son côté, le secondaire du transformateur T est applique par l'intermédiaire d'une résistance R de valeur faible au composant électronique à contrôler désigne par Z et illustré en trait tireté. B1 et B2 définissent les bornes de sortie du module, qui vont être connectées au composant La cadence d'amorçage du thyristor Th par l'horloge H est fixe. Cette cadence est choisie en relation avec la cadence de mesure de l'affichage numérique déjà décrit. Ainsi donc, en réglant par le potentiomètre P la vitesse de charge du condensateur C, on règle par là même la tension présente aux bornes du condensateur C au moment ot le thyristor Th est rendu conducteur. Et l'on règle en même temps l'énergie appliquée à l'enroulement primaire du transformateur T. Aux bornes de l'enroulement secondaire du même transformateur, on dispose alors d'une énergie sensiblement équivalente, mais sous une tension plus élevée, énergie qui est appliquée au composant à contrôler Z à travers la résistance R. Un dispositif M formant mémoire analogique est connecté soit directement aux bornes B1 et B2 du composant électronique à contrôler Z, soit aux bornes de la résistance R. Le passage de l'une à l'autre mesure est réalisé par l'intermédiaire du commutateur K. Le premier branchement donne une mesure de tension, tandis que le second donne une mesure de courant. L'homme de l'art comprendra qu'en effectuant de telles mesures conjointes de tension et de courant sur une gamme suffisamment large de niveau d'impulsions, ajustable à l'aide du potentiomètre P, on peut détecter les caractéristiques d'un composant électronique non linéaire. La figure 3 permettra mieux de comprendre la réalisation du module de contrôle de composant non linéaire, sur la base du mode de réalisation qui est actuellement préféré. On retrouve en 3 et 4 le commun d'alimentation et la ligne à + 12 Volts qui viennent du circuit d'alimentation général 2 de la figure 1, par l'intermédiaire de la tourelle 5. Le module comporte tout d'abord un commutateur 31 à quatre circuits, dont le premier permet d'alimenter ou non un convertisseur 12/100 Volts 32. Le second circuit du commutateur 31 alimente toujours à partir des lignes 3 et 4 une diode 310 ou une diode 311, à travers une résistance 312, suivant que llalimen- tation est prise à 12 Volts (convertisseur hors circuit), ou bien à 100 Volts, sur les sorties a et b du convertisseur 32. Les troisième et quatrième circuits du commutateur 31 permettent de relier les lignes 40 et 41 soit aux lignes 4 et 3 entre lesquelles règne une tension de 12 Volts, soit entre les points a et b entre lesquels règne la tension de 100 Volts. En haut et à gauche de la figure 3, on retrouve le circuit d'horloge H. Celui-ci est toujours alimenté sous 12 volts à l'aide des connexions 3 et 4. I1 comporte essentiellement un transistor unijonction 50, dont les deux bases sont reliées respectivement par des resistances 51 et 52 aux lignes o et 3. L'émetteur du transistor unijonction 50 est connecté à la ligne 4 par l'intermédiaire d'une résistance 53, et à la ligne 3 par 1 'in- termédiaire d'un condensateur 54. Un tel montage permet au transistor unijonction 50 de fonctionner en relaxateur, c'est-à-dire de fournir des impulsions périodiques, qui sont ici prélevées sur sa base inférieure, et sont appliquées par l'intermédiaire d'une résistance 53 à la gâchette d'un thyristor 60. Sur la figure 3, le potentiomètre P est formé d'un potentiometre proprement dit 42, entouré de deux résistances formant talons 43 et 44, l'ensemble étant branché aux bornes des lignes 3 et 4. Au lieu d'être directement incorporé dans le circuit de charge des condensateurs, comme cela était le cas dans le schéma de principe, le potentiomètre P sert ici à commander par sa base la conduction d'un transistor 45 du type NPN. Comme précédemment décrit, le collecteur du transistor 45 est relié par la ligne 40 et le quatrième circuit du commutateur 31 soit à la ligne 4 à + 12 Volts, soit à la sortie a a + 100 Volts du convertisseur 32. De son côté, l'émetteur du transistor 45 est relié par une résis- tance 46 à un ensemble de deux condensateurs en parallèle C1 et C2. Un interrupteur 47 permet de mettre en fonctionnement soit le seul condensateur C1 , soit l'ensemble des condensateurs C1 et C2, qui possèdent alors comme on le sait une capacité globale C1 + C2. L'autre borne commune aux deux condensateurs est reliée par la ligne 41 soit au commun d'alimentation 3, soit à la ligne négative b issue du convertisseur 32. De la sorte, la charge du condensateur C1 ou de l'ensemble des condensateurs C1 et C2, suivant la position du commutateur 47, pourra se faire soit sous 12 Volts, soit sous 100 Volts, suivant la position du commutateur 31 ; dans les deux cas, la vitesse de charge est réglée par la conduction du transistor 45, qui est elle-même définie par la tension ap pliquée sur la base de cleui-ci au moyen du potentiomètre P. La charge du ou des condensateurs est interrompue périodiquement par la mise en conduction du thyristor 60 au moment des impulsions d'horloge. Le ou les condensateurs se déchargent alors à travers le thyristor 60 et l'enroulement primaire 61 du transformateur T. On voit que la tension existant aux bornes du ou des condensateurs au moment de la mise en conduction du thyristor 60 dépend de la vitesse de charge de ceux-ci, c1est-à-dire du réglage du potentiomètre P. De la sorte, on applique une tension et une énergie variable au primaire 61 du transformateur. Le secondaire 62 recouvre la majeure partie de cette énergie, sous une tension plus élevée.Le circuit secondaire du transformateur commence d'un côté par l'anode d'une diode 63, dont la cathode est reliée d'une part à un carrousel à quatre résistances, dont le point de sortie est appliqué à la borne B1 qui va etre reliée au composant Z à contrôler, ainsi qu'à un pôle d'un condensateur de mémoire 70, qui fait partie du circuit de mémoire M. La cathode de la diode 63 est également appliquée à l'anode d'une seconde diode 71, dont la cathode peut être appliquée à l'autre borne du condensateur 70 par l'intermédiaire d'un commutateur 72. Le commutateur 72 peut également relier autre borne du condensateur 70 à une résistance 73, qui se trouvera alors en parallèle sur le condensateur 70 afin de permettre la décharge de celui-ci.Le commutateur 72 peut encore brancher la capacité 70 à une diode 74, qui aboutit à un second carrousel 65, côté point commun de celui-ci. Le second carrousel 65 reçoit l'autre borne de l'enroulement secondaire 62 du transformateur T, qui est également relié à la seconde borne B2 destinée à etre connectée au composant Z à con trôler. Le carrousel 65 comporte comme le premier quatre résistances, qui peuvent ainsi être amenées sélectivement à travers la diode 74 vers le condensateur 70. Le fonctionnement général est le suivant : le composant Z à contrôler est alimenté dans le circuit secondaire à travers le carrousel 64 et la diode 63. En faisant varier la résistance ainsi incluse en série par le carrousel 64, on peut ajuster la sensibilité de mesure de courant traversant le composant Z, mesure qui est alors effectuée par le condensateur 70, le commutateur 72 étant branché à la cathode de la diode 71. De son côté, le carrousel 65 se trouve en parallèle sur l'impédance Z à mesurer. Et la sortie commutée de ce carrousel 65 est appliquée à travers la diode 74 au commutateur 72. Ainsi, pour passer de la mesure de courant à la mesure de tension, le commutateur 72 est d'abord amené pendant un temps bref aux bornes de la résistance 73 qui décharge le condensateur 70, puis à l'anode de la diode 74, se sui permet alors la mesure de tension. On notera, sur la figure 3, la présence d'un bouton poussoir 66. Ce bouton poussoir, normalement conducteur, permet de déconnecter le carrousel 65 de la borne B1, afin de vérifier si la présence de ce carrousel ne vient pas perturber la chaîne de mesure de courant, lorsque le commutateur 72 est dans la position de gauche. On voit que par le commutateur 47, on peut donner à la capacité de stockage deux valeurs qui seront par exemple 2 ou 22 microfarades. Et cette capacité peut être chargée soit sous 12 Volts soit sous 100 Volts, et ce à une vitesse réglable par l'action sur le potentiomètre P. On applique ainsi des.tensions et des énergies réglables aux bornes du primaire 61 du transformateur, qui va délivrer par ce secondaire 62 des impulsions de niveau réglable correspondant, impulsions dont le taux de répétition est défini par le rythme fixe de l'horloge H. Ces impulsions sont appliquées par l'intermédiaire d'une résistance série variable suivant la position du carrousel 64 au composant Z à contrôler. En mesure de courant, on applique une résistance choisie, de manière à ajuster la sensibilité en courant aux possibilités de stockage du condensateur 70.L'action sur le bouton poussoir 66 permet de vérifier que le second carrousel 65 qui est en paralèle sur le composant Z ne vient pas perturber la mesure. En mesure de tension, le carrousel 64 est placé sur la valeur minimale de résistance, tandis qu'on vient prélever a l'aide du carrousel 65 une fraction de la tension aux bornes du composant Z pour la mémoriser dans le condensateur 70, qui a été préalablement déchargé au passage sur la résistance 73. Dans tous les cas, la tension aux bornes du condensateur 70 est appliquée aux lignes 6 et 7, qui vont vers le dispositif d'affichage 1 de la figure 1. La tension aux bornes du condensateur est donc prélevée et affichée périodiquement. Dans un mode de réalisation, les composants du circuit de la figure 3 sont les suivants : R53 .,..... 680 kohms R51 .................. 470 ohms R52 ....... 47 ohms R43 .............. Talon 1000 ohms R42 .................. Pot 1000 ohms R46 - 560 ohms R7 .............. 10 ohms R8 -- 90 ohms Rg 900 ohms R10 .................. 9000 ohms R11 .... 10 kohms R12 .......90 kohms R13 .......900 kohms R14 .......9 Mohms R73 100 ohms R53 100 ohms R44 Talon 100 ohms R312 ........... 1000 ohms T50 ........... 2 N 2646 ou équivalent T45 ............ BD 115 Tr .................Transformateur d'impulsions C54 ....... 0,1 microfarad C1 ......... 2 microfarad Mylar 630 V série C2 ........ 20 microfarads Mylar 630 V série C70 ........... 1000 pF 60 .................. Thyristor 71 .................. Diode 1000 V tension inverse 74 ................... Diode 1000 V tension inverse 310 .................. LED 311 LED 63 ................... Diode 1000 V tension inverse 31 .................. Contacteur 4 circuits 2 positions 64 s. Contacteur 1 circuit 4 positions 65 .................. Contacteur I circuit 4 positions 72 .................. Inverseur 3 positions 47 ................... Inverseur 2 positions P .................. Poussoir à rupture. Dans ce mode de réalisation particulier, le demandeur a pu obtenir une énergie maximum stockée comprise entre 0,12 et 100 millijoules. En admettant que l'impulsion dure environ 100 microsecondes, sur une résistance pure, la puissance instantanée fournie varie alors de 1,2 Watts à 1 kilowatt. I1 est apparu que ce module convient très bien pour le contrôle de très nombreux composants non linéaires, depuis les diodes Zener de référence à très faibles puissances, en passant par les varistances, éclateurs, jusqu'aux transzorbs, et autres dispositifs de protection contre le foudroiement. La figure 4 illustre maintenant un autre module pré conisé par la présente invention, et destiné à la détection des températures de surface des composants électroniques de puissance. On retrouve les lignes d'alimentation 4 et 3, qui viennent du circuit 2 de la figure 1, à travers la tourelle de commutation 5. Entre ces deux fils sont tout d'abord branchées une résistance et une diode électroluminescente 81, en série, la diode électroluminescente permettant d'indiquer si le module se trouve correctement branché et alimenté (le contrôleur universel de la présente invention n'alimente qu'un seul des modules à la fois). Les résistances 101, 102, 103 et 104 forment avec une sonde de mesure résistive 105 un pont électrique, pont qui est alimenté à courant constant par la sortie d'un amplificateur 106, lui-même alimenté par un convertisseur 107, branché aux lignes 3 et 4. La diagonale sensible du pont est de son côte branchée à un autre amplificateur 108, muni d'un circuit de tarage à résistance variable 109. L'amplificateur différentiel 108 est alimente par un autre convertisseur 110 également branché aux lignes 4 et 3 d'alimentation. Enfin, la sortie de l'amplificateur 108 est connectée à un diviseur résistif 110 et 111, allant vers la ligne de commun mesure 8, tandis que le point commun des deux résistances 110 et 111 est relié à la ligne 7, formant point chaud de mesure. Bien entendu, les lignes 7 et 8 aboutissent à l'affichage numérique 1 de la figure 1 à travers la tourelle de commutation 8. Par ailleurs, tout comme la résistance ajustable 103 et le potentiomètre 109, une résistance variable 112 associée a une diode 113 sont branchées en parallèle sur la résistance 110, de manière à linéariser la relation tension de sortie sur température centigrade, lorsque la sonde thermométrique 105 est une sonde au platine. De son côté, cette sonde thermométrique 105 est du type trois fils. Elle se compose essentiellement d'un "timbre" à résistance de platine, qui est par exemple du type 2006 Telec sans téflon 10 x 12 mm. Le timbre est collé sur une plaque rigide de plastique, qui est par exemple d'épaisseur 4 mm et de diamètre 12 mm, qui est à son tour collée sur du plastique très souple fixé sur un manche. Les trois fils de la sonde passent dans les dispositifs intermédiaires ainsi que dans ce manche formant poignée, pour être reliés par un cordon au connecteur 120 apparaissant sur la figure-4, et se trouver ainsi branchés à l'intérieur du pont électrique. Dans un mode de réalisation particulier, les autres caractéristiques du montage de la figure 4 sont les suivantes 80 : Carbone 470 ohms 1/2 Watt 101 : 500 ohms - VISHAY au 1/1000 102 : 5000 ohms - 't 104 : 1000 ohms - 103 : Potentiomètre de précision multitour 10/oc 10 ohms 109 : Potentiomètre de sensibilité multitour 112 : Potentiomètre de précision multitour I /0 10 ohms + résistance carbone 1 O/o - 100 ohms 110 : VISHAY 1/1000 - 100 ohms 111 : VISHAY 1/1000 - 200 ohms 113 : OA 95 triée 106 : LM 3094 - alimentation 24 mA régulée en courant 108 : Amplificateur uA 741 - gain réglable voisin de 2 107 et 110 : Convertisseur KLUD 12 15 D 500. Le demandeur a obtenu avec ce module particulier de très bons résultats, puisque des expériences ont montré que l'erreur de mesure de température est inférieure à 1 (en omettant toutefois les modifications introduites par la sonde sur le composant électronique dont on va mesurer la température). Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit, et l'homme de l'art pourra facilement concevoir d'autres modules tiroirs conformes à son esprit. REVENDICATIONS 1. Instrument de contrôle électronique, du type comportant un organe d'affichage numérique, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un module connectable à l'affichage numérique, et destiné au contrôle des composants non linéaires, ce module comprenant un générateur d'impulsions de durée faible relativement à leur cadence, et d'amplitude croissante d'une manière réglable. 2. Instrument de contrôle électronique selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte une pluralité d'autres modules enfichables comprenant chacun un circuit defonction d'entrée et un circuit amplificateur destiné à attaquer le voltmètre numérique. 3. Instrument de contrôle électronique selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'une partie au moins des modules enfichables comprend un dispositif redresseur pour le traitement des courants alternatifs 4. Instrument de contrôle électronique selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que le circuit de fonction d'entrée de l'un des modules comprend un réseau de résistance pour la mesure des tensions électriques. 5. Instrument de contrôle électronique selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que le circuit de fonction d'entrée de l'un des modules comprend un réseau de shunt pour la mesure de courant électrique. 6. Instrument de contrôle electronique selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que le circuit de fonction d'entrée de l'un des modules comprend un pont de résistance alimenté à courant constant, dans lequel est montée une sonde thermométrique au platine, ce qui permet la mesure de température de surface des composants électroniques. 7. Instrument de contrôle électronique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit générateur d'impulsions comprend un transformateur, dont le circuit primaire est monté en série sur un condensateur et un thyristor, un circuit d'horloge pour commander périodiquement la mise en conduction de ce thyristor, un circuit capable de charger le condensateur à une vitesse de charge variable, tandis que le secondaire du transformateur est branché en série sur les bornes destinées à être connectées au composant à contrôler, par l'intermédiaire d'au moins une résistance, tandis qu'un condensateur est commutable soit aux bornes de cette résistance, soit aux bornes du composant à contrôler, de façon à pouvoir mesurer alternativement la tension subie par le composant et le courant correspondant qui le traverse.