Brevet FR2495782A1 — publié le 19820611

Circuit de mesure de résistance La présente invention concerne un circuit de mesure de résistances électriques, notamment celles de capteurs résistifs. Plus particu- lièrement le résultat de la mesure effectuée par ce circuit doit être mis sous forme numérique pour permettre de traiter numériquement l'information recueillie. On peut pour faire de telles mesures faire appel à un convertisseur analogique-numérique comportant un processeur logique ou associé à celuici. L'emploi des convertisseurs du commerce, par exemple du type TL 505 C de la Société Texas Instrument ou encore A 9708 de la Société Fairchild serait envisageable. Mais il nécessiterait un certain nombre de dispositifs auxiliaires tels que: pont de résistance, référence de tension, etc.... L'invention a pour but de réduire le nombre de composants du circuit de manière à le simplifier et à diminuer le coût de l'ensemble. Elle a pour objet un circuit de mesure de résistance comportant: - une résistance de référence connectée en série avec la résistance à mesurer aux bornes d'une source de tension de polarisation l'une desdites bornes étant reliée à la masse, et - un convertisseur analogique-numérique simple rampe comportant un condensateur shunté par un interrupteur commandé et connecté entre la masse et une source à courant constant, elle-même raccordée à la source de tension de polarisation, un comparateur analogique comportant une sortie et deux entrées à haute impédance, l'une connectée entre le condensateur et la source à courant constant, l'autre constituant l'entrée du convertisseur analogique-numérique, une horloge et un processeur logique assurant le déroulement des cycles de conversion analogique-numérique et commandant à chaque conversion analogique- numérique la fermeture de l'interrupteur commandé pour décharger le condensateur puis, simultanément, l'ouverture de ce même interrupteur commandé pour charger le condensateur à courant constant et le comptage des impulsions d'horloge, et enfin la mémori- sation du nombre atteint au basculement du comparateur analogique ledit circuit de mesure comportant en outre: - un atténuateur de tension connecté à l'entrée du convertisseur analogique-numérique et - un multiplexeur à deux entrées et une sortie, connecté, en entrée -2 - d'une part au point de connexion de la résistance à mesurer et de la résistance de référence, et d'autre part à la source de tension de polarisation, et, en sortie à l'entrée de l'atténuateur, ledit multiplexeur étant commandé pendant chaque conversion analogique- numérique pour connecter l'entrée de l'atténuateur successiyement au point de connexion des résistances à mesurer et de référence puis à la source de tension de polarisation, le passage de l'un à l'autre s'effectuant au premier basculement du comparateur analogique qui repasse alors à son état initial pour basculer une deuxième fois ultérieurementledit circuit de mesure étant en outre caractérisé en ce que le processeur logique du convertisseur analogique-numérique est équipé pour mémoriser successivement au cours de chaque conversion analogique-numérique le nombre d'impulsions d'horloge comptées depuis l'ouverture de l'interrupteur commandé jusqu'au premier basculement du comparateur analogique et le nombre d'impulsions d'horloge eomptées depuis l'ouverture de l'interrupteur commandé Jusqu'au deuxième basculement du comparateur analogique et pour calculer le rapport du premier nombre par le second, ce rapport étant représentatif de la valeur de la résistance à mesurer en fonction de celle de la résistance de référence. Le processeur logique procède par comptage du nombre d'impul- sions de l'horloge apparaissant pendant la durée nécessaire à la capacité chargée à courant constant pour atteindre la valeur de la tension aux bornes de la résistance à mesurer. Il est programmé pour effectuer une mesure de résistance au cours d'un cycle de conversion analogiquenumérique. En dehors des cycles de conversion analogique-numérique il adresse le multiplexeur de manière à appliquer sur l'atténuateur la tension développée au point de liaison des résistances à mesurer et de référence et il commande le eourt-eircuitage de la capacité. Au cours d'un cycle de conversion analogique-numérique il commence par arrêter le court-circuitage de la capacité et à compter les impulsions d'horloge apparaissant au cours de la charge à courant constant de la capacité. Il mémorise une première fois le compte obtenu lorsque la tension aux bornes de la capacité atteint la valeur de celle du point de liaison des résistances à mesurer et de référence divisée par le rapport de réduction de l'atténuateur et, simultanément, il change l'adressage du multiplexeur tout en poursuivant le comptage. Il mémorise une deuxième fois le compte 3- obtenu lorsque la tension aux bornes de la capacité atteint la valeur de celle de la source de polarisation divisée par le rapport de réduction de l'atténuateur et il divise enfin le premier compte mémorisé par le second pour obtenir un rapport représentatif de la valeur de la résistance à mesurer en fonction de celle de la résistance de référence. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor- tiront des revendications jointes et de la description ci-après d'un exemple de réalisation. Cette description sera faite en regard du dessin dans lequel: - la figure 1 est un schéma électrique d'un circuit de mesure de résistance conforme à l'invention - et la figure 2 est un diagramme de courbes explicitant le fonc- tionnement du circuit représenté à la figure précédente. Dans le circuit représenté à la figure 1 la résistance à mesurer 1 a une extrémité connectée directement à la masse et l'autre, par l'intermédiaire d'une résistance de référence 2, à la borne.V d'une source de tension de polarisation. Un amplificateur opérationnel 3 monté en séparateur à gain unité est connecté en entrée au point de liaison des résistances à mesurer 1 et de référence 2. Un multi- plexeur 4 à deux entrées relie un atténuateur de tension soit à la sortie de l'amplificateur opérationnel 3, soit à la borne.V de la source de tension de polarisation. Cet atténuateur de tension est formé des résistances 5 et 6 connectées en série entre la masse et la sortie du multiplexeur 4. Un condensateur 7 shunté par un interrupteur commandé 8 est connecté entre la masse et le collecteur d'un transistor 9 de type PNP monté en source de courant avec son émetteur relié à la borne +V de la source de tension de polarisation au moyen d'une résistance 10 et sa base reliée à la masse par une résistance 11 et à la borne +V de la source de tension de polarisation par une diode Zener 12. Un comparateur analogique 13 à deux entrées à haute impédance est connecté par son entrée inverseuse à la sortie de l'atténuateur de tension au point de connexion des résistances 5 et 6, et par son entrée non inverseuse au collecteur du transistor 9. Un processeur logique 14 commande l'adressage du multiplexeur 4 et la manoeuvre de l'interrupteur commandé 8 sous le contrôle d'une -4 - horloge 15 et du comparateur analogique 13. Il délivre sur une sortie parallèle de données 16 un nombre binaire représentatif de la valeur de la résistance à mesurer 1 en fonction de la valeur de la résistance de référence 2. Le condensateur 7 constitue avec l'interrupteur commandé 8, avec la source de courant formée du transistor 9, des résistances 10, 11 et de la diode Zener 12, et avec le comparateur analogique 13> la partie analogique d'un convertisseur analogique-numérique simple rampe. L'interrupteur 8 permet de décharger le condensateur 7 entre les cycles de conversion analogique-numérique.Le transistor 9 permet la charge à courant constant du condensateur 7 lorsque l'interrupteur commandé 8 est ouvert. Le comparateur analogique 13 permet de détecter l'instant de coincidence entre la tension de charge du condensateur 7 et la tension développée au point de connexion des résistances 5 et 6 de l'atténuateur. Le transistor 9 cesse de fonctionner en source de courant et a tendance à se bloquer lorsque la tension de charge du conden- sateur 7 se rapproche de la tension +V de la source de tension de polarisation diminuée de la tension de la diode Zener 12. L'atté- nuateur formé des résistances 5 et 6 permet de maintenir la tension à convertir dans la plage o le condensateur 7 est effectivement chargé à courant constant. Le processeur logique 14 réalisé par exemple à l'aide d'un microprocesseur et de ses interfaces, gère les cycles de conversion analogique-numérique. Il est programmé pour: - en dehors des cycles de conversion analogique-numérique, rendre l'interrupteur commandé 8 passant afin de maintenir le condensateur déchargé et adresser le multiplexeur 4 de manière à appliquer sur l'atténuateur la tension Ve développée au point de liaison des résistances 1 de mesure et 2 de référence - et successivement, au cours d'un cycle de conversion analogique- numérique, bloquer l'interrupteur commandé 8 de manière à débuter la charge à courant constant du condensateur 7 et, simultané- ment entamer le comptage des impulsions d'horloge, -5 - mémoriser une première fois le compte obtenu au basculement du comparateur analogique 13 indiquant que la tension développée aux bornes du condensateur 7 chargé à courant constant passe par la valeur de la tension Ve divisée par le rapport de réduction de l'atténuateur et, simultanément, adresser le multiplexeur 4 de manière à appliquer sur l'atténuateur la tension +V de la source de polarisation, ce changement d'adresse provoquant le retour à l'état initial du comparateur analogique 13, 10. mémoriser une deuxième fois le compte obtenu au deuxième basculement du comparateur analogique 13 indiquant que la tension développée aux bornes du condensateur 7 chargé à courant constant passe par la valeur de la tension +V de la source de polarisation divisée par le rapport de réduction de l'atténuateur, diviser le premier compte obtenu par le second pour obtenir un rapport représentatif de la valeur de la résistance à mesurer en fonction de celle de la résistance de référence. - et délivrer ledit rapport sous forme numérique sur sa sortie 16. Soit R la valeur de la résistance 1 à mesurer et RI celle de la résistance 2 de référence. La tension Ve développée au point de connexion des résistances 1 à mesurer et 2 de référence s'exprime en fonction de la tension +V de la source de polarisation par la relation: V R e R + R V Le premier compte mémorisé N correspond à la durée NT, T étant la période de l'horloge, nécessaire au condensateur 7 de capacité C, initialement déchargé, pour atteindre, par une charge à courant constant d'intensité I, la tension Ve divisée par le rapport de réduction Q4 de l'atténuateur ce qui peut s'écrire: V NT = e -6 - De même, le deuxième compte mémorisé D correspond à la durée DT nécessaire au condensateur 7 de capacité C, initialement déchargé, pour atteindre, par une charge à courant constant d'intensité Il la tension +V de la source de polarisation divisée par le rapport de réduction ok de l'atténuateur: DT = c V I i Le rapport N/D calculé par le processeur logique est donc égal à: N Ve R D V -R + R' La valeur R de la résistance à mesurer s'en déduit alors facilement par la relation: R = N) ' La figure 2 est un diagramme de courbes tracées en fonction du temps illustrant les signaux disponibles en divers points du circuit de la figure 1 avant, pendant et après un cycle de conversion analogiquenumérique. La courbe A représente le signal logique de commande de l'interrup- teur commandé 8. Il correspond à une commande de fermeture lorsqu'il est à l'état haut et à une commande d'ouverture lorsqu'il est à l'état bas. Il bascule de l'état haut à l'état bas à l'instant to correspondant au début d'un cycle de mesure et revient à l'état haut à l'instant t3 correspondant à la fin d'un cycle de mesure. La courbe B représente la tension aux bornes du condensateur 7. Celle-ci est nulle en dehors de l'intervalle de temps to t3 car l'interrupteur commandé 8 est conducteur. Elle augmente de façon linéaire dès l'ouverture de l'interrupteur commandé jusqu'à une tension proche de celle +V de la source de polarisation diminuée de la tension développée aux bornes de la diode Zener 12. Le niveau +V/2 est représenté par rapport à cette courbe B par une ligne pointillée C et le niveau V /, par une ligne pointillée D. Le rapport de réductions de l'atténuateur est choisi de manière que le niveau +Vc ^soit -7 - dans le domaine de variation linéaire de la tension aux bornes du condensateur 7. Il est pris par exemple égal à un demi. L'instant o la tension développée aux bornes du condensateur 7 prend la valeur Ve/40 est repéré par t1 et celui o elle prend la valeur V/Q La courbe E représente le signal logique d'adressage du multi- plexeur 4. Lorsque ce signal est à l'état bas le multiplexeur 4 relie sa sortie avec le point de liaison des résistances à mesurer 1 et de référence 2 et lorsqu'il est à l'état haut le multiplexeur 4 relie sa sortie avec la borne +V de la source de tension de polarisation. Il passe de l'état bas à l'état haut à l'instant t1 o la tension aux bornes du condensateur 7 atteint la valeur Ve/%j et revient à l'état bas à l'instant t3 marquant la fin d'un cycle de mesure. La courbe F représente le signal de sortie du comparateur analogique 13. Ce signal binaire est à l'état bas en dehors de l'intervalle t0 t3 d'un cycle de mesure car l'entrée non inverseuse du comparateur analogique 13 reliée au condensateur 7 est mise à la masse par l'intermédiaire de l'interrupteur commandé 8 qui est alors conducteur. Il reste à l'état bas, au début d'un cycle de mesure dans l'intervalle de temps to, t1 tant que la tension développée aux bornes du condensateur 7 est inférieure à celle Ve/" délivrée par l'atténuateur. Il passe à l'état haut à l'instant t o la tension aux bornes du condensateur 7 parvient à la valeur Ve/et puis repasse à l'état bas peu de temps après en raison du changement d'adresse du multiplexeur qui commute l'entrée de l'atté- nuateur sur la tension +V de la source de polarisation. Il reste à l'état bas pendant l'intervalle de temps t1 + ú,t2 tant que la tension développée aux bornes du condensateur 7 n'atteint pas la valeur V M et passe enfin à l'état haut à l'instant t2 pour le rester jusqu'à la fin d'un cycle de-mesure. En dehors de l'intervalle de temps to, t1 le processeur logique 14 maintient l'interrupteur commandé 8 fermé et adresse le multiplexeur 4 de manière à connecter l'atténuateur à la sortie de l'amplificateur opérationnel 3. -8 - A l'instant t0 o commence un cycle de mesure, le processeur logique 14 ouvre l'interrupteur commandé 8 et commence à compter les impulsions du circuit d'horloge 15. Le comptage continue jusqu'à l'instant t1 o le comparateur analogique 13 bascule indiquant au processeur logique 14 que la tension développée aux bornes du condensateur 7 a atteint la valeur Ve/*(. Le processeur logique 14 mémorise l'état de comptage N et change l'adressage du multiplexeur 4. Le comparateur analogique 13 reçoit alors sur son entrée inverseuse une tension V/^ supérieure à celle Ve / appliquée sur son entrée non inverseuse par le conden- sateur 7 et revient à son état initial. Le processeur logique 14 continue à compter les impulsions du circuit d'horloge 15 jusqu'à l'instant t2 o le comparateur bascule à nouveau, la tension développée aux bornes du condensateur 7 ayant atteint la valeur V/ le comptage et mémorise l'état de comptage D atteint. Au cours de l'intervalle de temps t2 t3 le processeur logique 14 effectue la division du nombre N par le nombre D et délivre le résultat sur sa sortie parallèle de données 16. A l'instant t3 le processeur logique 14 remet le système dans ses conditions initiales. Il ferme l'interrupteur commandé 8, change l'adressage du multiplex 4 et remet son compteur à zéro. -Le processeur logique 14 peut être trop lent pour effectuer, au temps t1, entre deux impulsions d'horloge, la mémorisation du compte N et le changement d'adresse du multiplexeur 4 de sorte qu'il peut laisser passer une ou plusieurs impulsions d'horloge avant de redémarrer le comptage. Pour corriger cette erreur il suffit de repérer le nombre d'impulsions d'horloge qui échappent au comptage et de l'ajouter forfaitairement au compte D avant sa mémorisation. Les cycles de mesure peuvent être séparés par des intervalles de temps plus ou moins long o le processeur logique 14 est affecté à d'autres tâches telles que par exemple le traitement des informations tirées des mesures de résistances lorsque ces dernières sont celles de captuurs résistifs. On peut, sans sortir du cadre de la présente invention>modifier certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. 9 _ REVENDICATIONS 1/ Circuit de mesure de résistance comportant: - une résistance de référence (2) connectée en série avec la résistance à mesurer (1) aux bornes d'une source de tension de polarisation (+V), l'une desdites bornes étant reliée à la masse, et - un convertisseur analogique- numérique simple rampe comportant un condensateur (7) shunté par un interrupteur commandé (8) et connecté entre la masse et une source à courant constant elle-même raccordée à la source de tension de polarisation (+V), un comparateur analogique (13) comportant une sortie et deux entrées à haute impédance, l'une connectée entre le condensateur (7) et la source à courant constant, l'autre constituant l'entrée du convertisseur analogique- numérique, une horloge (15) et un processeur logique (14) assurant le déroulement des cycles de conversion analogique-numérique et commandant à chaque conversion analogique-numérique la fermeture de l'interrupteur commandé (8) pour décharger le condensateur (7) puis, simultanément, l'ouverture de ce même interrupteur commandé (8) pour charger le condensateur (7) à courant constant et le comptage des impulsions d'horloge (15), et enfin la mémorisation du nombre atteint au basculement du comparateur analogique; ledit circuit de mesure étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre: - un atténuateur de tension (5, 6) connecté à l'entrée du conver- tisseur analogique-numérique et - un multiplexeur (4) à deux entrées et une sortie, connecté, en entrée d'une part au point de connexion de la résistance à mesurer (1) et de la résistance de référence (2), et d'autre part à la source de tension de polarisation (+V), et, en sortie à l'entrée de l'atté- nuateur (5, 6), ledit multiplexeur étant commandé pendant chaque conversion analogique-numérique pour connecter l'entrée de l'atténua- teur (5, 6) successivement au point de connexion des résistances à mesurer (1) et de référence (2) puis à la source de tension de polarisation (+V), le passage de l'un à l'autre s'effectuant au premier basculement du comparateur analogique (13) qui repasse alors à son état initial pour basculer une deuxième fois ultérieurement, - 10 - ledit circuit de mesure étant en outre caractérisé en ce que le processeur logique (14) du convertisseur analogique-numérique est équipé pour mémoriser successivement au cours de chaque conversion analogiquenumérique le nombre (N) d'impulsions d'horloge (15) comptées depuis l'ouverture de l'interrupteur commandé (8) jusqu'au premier basculement du comparateur analogique (13) et le nombre (D) d'impulsions d'horloge (15) comptées depuis l'ouverture de l'interrupteur commandé (8) jusqu'au deuxième basculement du comparateur analogique (13) et pour calculer le rapport du premier nombre (N) par le second (D), ce rapport étant représentatif de la valeur de la résistance à mesurer (1) en fonction de celle de la résistance de référence (2). 2/ Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un étage séparateur (3) à grande impédance d'entrée est intercalé entre le point de connexion des résistances à mesurer (1) et de référence (2), et le multiplexeur (4).