Brevet FR2507775A1 — publié le 19821217

La présente invention concerne de façon générale les appareils de pesée et, plus particulièrement, les appareils de pesée électroniques. Parmi les appareils de pesée électronique utilisant une bobine électrique, il a précédemment été développé et utilisé un appareil de pesée électronique du type à tension dans lequel un transformateur différentiel est prévu pour transformer le poids d'une charge à mesurer en une tension et une conversion analogique- numérique de la tension est effectuée pour produire une indication du poids de la charge Toutefois, l'appareil de pesée électronique du type à tension présente les inconvénients suivants: puisque le transformateur différentiel possède un enroulement primaire et un enroulement secondaire, il existe un certain nombre de fils conduc- teurs, ce qui entraîne une manipulation gênante des fils conducteurs; et il est besoin d'un circuit de conversion analogique-numérique, si bien qu'il est très difficile et délicat de compenser les varia- tions de la température et de l'humidité et que le coût total de l'appareil est élevé. Ainsi, un but de l'invention est de proposer un appareil de pesée électronique du type à induction éliminant les inconvénients mentionnés ci-dessus. Un appareil de pesée électronique du type à induction selon l'invention comprend un élément de pesée destiné à être déplacé en fonction du poids d'une charge à mesurer, un élément à inductance variable constitué d'une bobine et d'un noyau magnétique qui est mobile par rapport à la bobine dans cette dernière, un élément de liaison permettant de lier l'élément de pesée avec la bobine ou le noyau magnétique de l'élément à inductance de façon que l'un puisse être déplacé par rapport à l'autre en fonction du déplacement de l'élément de pesée et que, par conséquent, l'inductance de l'élément à inductance puisse être modifiée proportionnellement au déplacement de l'élément de pesée, un oscillateur de mesure comportant l'élément à inductance variable comme l'un de ses paramètres d'oscillation afin de produire une série d'impulsions dont la caractéristique est représentative de l'inductance de l'élément à inductance variable, un circuit de conversion permettant de transformer la caractéristique '7775 des impulsions de sortie de l'oscillateur de mesure en un signal de poids indicatif du poids de la charge, et un organe d'affichage destiné à recevoir le signal de poids du circuit de conversion et à fournir une indication du poids de la charge. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 est une vue en perspective partiellement découpée d'un mode de réalisation d'appareil de pesée électronique du type a induction se présentant sous la forme d'une bascule selon l'invention; ^ la figure 2 est une vue en coupe montrant de façon plus détaillée l'élément à inductance variable de l'appareil de pesée de la figure 1; la figure 3 est une schéma de principe du circuit électronique utilisé dans l'appareil de pesée de la figure 1; la figure 4 est un circuit de l'oscillateur de mesure utilisé dans l'appareil de pesée de la figure 1; la figure 5 illustre graphiquement le degré de compen- sation linéaire réalisé par une résistance de compensation qui est utilisée dans l'oscillateur de mesure de la figure 4; et la figure 6 est un diagramme temporel du fonction- nement de l'appareil de pesée de la figure 1. Sur la figure 1, on voit une bascule possédant une base 1, conçue selon l'invention La base 1 est dotée, à ses coins, d'éléments 2, 3, 4 et 5 de support de lame Des biellettes courtes 6 et 7 sont respectivement soutenues, par l'intermédiaire d'une de leurs extrémités, par les éléments de support 3 et 4, et des biel- lettes longues 8 et 9 sont respectivement soutenues, par l'inter- médiaire d'une de leurs extrémités, par les éléments de support 2 et 5 Les autres extrémités 6 a et 7 a des biellettes courtes 6 et 7 sont suspendues aux parties intermédiaires des biellettes longues 8 et 9 par l'intermédiaire respectif d'anneaux de suspension 11 Les autres extrémités 8 a des biellettes longues 8 et 9 sont liées de manière fixe à une plaque 11 les reliant. C 7775 Un bâti de support 13 est monté sur la base 1, et un ressort principal 14 est monté sur le bâti 13 de manière à être suspendu au bâti 13 Un levier 12 est fixé par une de ses extrémités, à la partie centrale de la plaque Il et est lié, au niveau d'une partie intermédiaire, à l'extrémité inférieure 14 a du ressort prin- cipal 14 Une biellette 15 est fixée pivotante sur le bâti 13 par l'intermédiaire d'axes de pivotement 13 a La biellette 15 possède une tige de liaison 16 dont la partie intermédiaire est destinée à porte r contre l'extrémité supérieure 12 b de la partie de suspension 12 a du levier 12 Un élément à inductance variable est monté sur la base 1 approximativement en son centre L'élément à inductance variable comprend une bobine 17 et un noyau magnétique 20. Comme le montre la vue en coupe de la figure 2, la bobine 17 comprend trois enroulements 19 qui sont bobinés respectivement sur trois blocs 18 a, 18 b et 18 c d'un mandrin creux 18 Les enroulements des blocs extérieurs 18 a et 18 e ont un plus grand nombre de spires que l'enroulement du bloc intermédiaire 18 b afin d'assurer une linéarité de variation de l'inductance de l'élément à inductance variable par rapport au déplacement du noyau magnétique 20 dans la direction de l'axe du mandrin 18 et, par conséquent, de la bobine 17 sur un inter- valle de déplacement plus grand Ainsi, pour obtenir un intervalle de linéarité encore plus étendu, il est possible de diviser le man- drin 18 en un nombre plus grand de blocs et de bobiner des enroule- ments autour de chacun des blocs de manière que les enroulements des blocs extérieurs possèdent un plus grand nombre de spire. Le noyau magnétique 20 est fait en un matériau magné- tique et est mobile dans le mandrin 18 Le noyau magnétique 20 est doté, à ses deux extrémités 20 a et 20 b, de barres de liaison 21 et 22 Un ressort de tension 23 est prévu entre l'extrémité 22 a de la barre de liaison 22 et un crochet la formé dans la base 1 L'extré- mité 21 a de la barre de liaison 21 est montée pivotante sur un palier 15 a de la biellette 15 par l'intermédiaire d'un axe d'arrêt 24. Ainsi, le noyau magnétique 20 est normalement tiré par le ressort de tension 23 jusqu'à ce que la tige de liaison 16 vienne porter contre l'extrémité supérieure 12 b de la partie de suspension 12 a du levier 12. Bien que, dans ce mode de réalisation, la bobine 17 soit fixée à la base et le noyau magnétique 20 soit mobile par rapport à la bobine 17, il est également possible de rendre le noyau magnétique fixe par rapport à la base 1 et de rendre la bo- bine mobile par rapport au noyau magnétique 20 en la liant à la biellette 15. La figure 3 montre un circuit électronique permettant de transformer la variation de l'inductance de l'élément à inductance variable en un signal indicatif du poids de charge à mesurer Le circuit électronique comporte un oscillateur de mesure 50 Comme on peut le voir sur la figure 4, l'oscillateur de mesure 50 comprend un comparateur 51 utilisant un amplificateur opérationnel et un intégrateur 52 Le fil conducteur 19 a des enroulements de la bobine 17 de l'élément à inductance variable est connecté à la borne de sor- tie 51 a du comparateur 51 et le fil conducteur 19 b des enroulements de la bobine 17 est connecté à la borne d'entrée de non-inversion 52 a de l'intégrateur 52 Une résistance R O est connectée entre la borne d'entrée de non-inversion 52 a et la borne de sortie 52 c de l'inté- grateur 52 Une résistance R est connectée entre la borne de sor- tie 52 c de l'intégrateur 52 et la borne d'entrée d'inversion 52 b du comparateur 51 La borne d'entrée d'inversion 51 b est connectée via une résistance R 2 à la borne de sortie 51 a du comparateur 51 La borne de sortie 51 a du comparateur 51 est connectée à la borne d'entrée 53 a d'un circuit NON 53 destiné à conformer le signal de sortie du comparateur 51 La borne d'entrée de non-inversion 51 c du comparateur 51 et la borne d'entrée d'inversion 52 b de l'inté- grateur 52 sont connectées à la terre Ainsi, la période T des impulsions oscillantes produites par l'oscillateur de mesure 50 est liée à la variation de l'inductance L de l'élément à inductance variable par l'équation suivante: T = 4 (R 2/R 1) (TL/p). Comme le montre l'équation ci-dessus, la période T est proportion- nelle à l'inductance L. Dans un tel oscillateur de mesure 50, la période T des impulsions oscillantes venant de l'oscillateur de mesure tend à être liée de façon non linéaire à la distance Z dont se déplace le noyau magnétique 20 en raison de retards de propagation entre 5. l'intégrateur 52 et le comparateur 51 ou de variations d'inductance de la bobine 17, ainsi que le montre la courbe a de la figure 5. Pour compenser cette non-linéarité, il est possible de connecter une résistance de compensation R 3 aux bornes de la bobine 17 de l'élément à inductance variable La relation de la période T avec la distance de déplacement t peut être rendue linéaire, ainsi que le montre une courbe b de la figure 5, par ajustement de la résis- tance de compensation R 3, ce qui améliore la précision de l'oscil- lateur de mesure. De plus, pour compenser les variations des impulsions oscillantes venant de l'oscillateur de mesure qui sont dues à une variation de la température ambiante, il est possible de connecter une résistance R 4, présentant un coefficient de température positif, en série avec la résistance R O qui est connectée à l'intégrateur 52, ou bien on peut utiliser un générateur de signaux d'horloge à caraco téristique de température opposée comme générateur de signaux d'hor- loge 80 (voir figure 3) pour produire une impulsion d'horloge de référence. Comne le montre la figure 3, le circuit électronique comporte également un premier compteur 60 qui compte un nombre prédéterminé des impulsions oscillantes Pl venant de l'oscillateur de mesure 50, puis délivre une impulsion ayant une largeur d'im- pulsion TZ proportionnelle au temps nécessaire pour compter le nombre prédéterminé d'impulsions Pl (voir la figure 6) Un généra- teur de signaux d'horloge 80 produit des impulsions d'horloge P 2 par l'intermédiaire d'un diviseur de fréquence 90 Un générateur d'impulsions de synchronisation TPG reçoit les impulsions d'horloge P 2 venant du diviseur de fréquence 90 et produit une impulsion de synchronisation TP Une porte 70 est déclenchée par l'impulsion de synchronisation TP venant du générateur d'impulsion de synchro- nisation TPG et par l'impulsion de largeur d'impulsion TZ venant du compteur 60 de façon à laisser passer les impulsions d'horloge P 2 venant du diviseur de fréquence 90 Ainsi, le nombre d'impulsions d'horloge P 2 qui passe dans la porte 70 est proportionnel à la largeur d'impulsion TZ de l'impulsion venant de l'oscillateur de mesure 50. Un deuxième compteur 100 compte les impulsions d'hor- loge P 2 venant de la porte 70 Plus spécialement, le compteur 100 compte d'abord les impulsions d'horloge P 2 venant de la porte 70 lorsqu'aucune charge n'est appliquée à l'appareil de mesure, sous commande de l'impulsion de synchronisation TP venant du générateur d'impulsions de synchronisation TPG, et le nombre d'impulsions d'horloge P 2 compté est mémorisé dans un registre 110 Ensuite, lorsqu'une charge est appliquée à l'appareil de pesée, le compteur 100 compte les impulsions d'horloge P 2 venant de la porte 70, et le nombre d'impulsions d'horloge P 2 alors compté est traité en coopéra- tion par le registre 110 et un comparateur 120, qui sera décrit ci- après, de façon qu'un signal de poids représentatif du poids de la charge puisse être transmis à un circuit de verrouillage d'affi- chage 130 en vue de l'affichage du poids de la charge sur une unité d'affichage 140. Un détecteur de zéro 150 est prévu pour détecter l'état d'absence de charge et déconnecter une source d'alimentation élec- trique 170, via une opération de coopération avec une minuterie 160, lorsque cet état d'absence de charge se poursuit pendant une durée prédéterminée. Un circuit 180 de repositionnement de mise en service est également prévu pour mettre en service la source d'alimentation électrique 170 et, simultanément, produire une impulsion de reposi- tionnement destinée à effectuer le repositionnement du générateur d'impulsions de synchronisation TPG, du dispositif de verrouillage d'affichage 130 et de la minuterie 160. On va maintenant décrire, en relation avec le diagramme temporel de la figure 6, le fonctionnement de l'appareil de pesée présentant la structure qui vient d'être décrite ci-dessus. Tout d'abord, en l'absence de charge appliquée à l'ap- pareil de pesée, on actionne le circuit 180 de repositionnement de mise en service, à la suite de quoi une impulsion de reposition- nement est produite, qui repositionne le générateur d'impulsions de synchronisation TPG, le registre 110, le premier compteur 60, le deuxième compteur 100 et la minuterie 160 Durant cet état d'absence de charge, le premier compteur 60 compte un nombre prédéterminé, par exemple 2000 impulsions oscillantes P de l'oscil- lateur de mesure 50, puis délivre une impulsion ayant une largeur d'impulsion TZ proportionnelle à la durée nécessaire pour compter le nombre prédéterminé d'impulsions P La porte 70 reçoit l'impul- sion de largeur TZ de la part du compteur 60 et des impulsions d'horloge P 2 de la part du diviseur de fréquence 90, puis délivre un certain nombre d'impulsions d'horloge P 2 en proportion de la largeur d'impulsion TZ Le deuxième compteur 100 compte les impul- sions d'horloge P 2 venant de la porte 70 En réponse à une impulsion P 3 de chargement de registre venant du générateur d'impulsion de synchronisation TPG, le nombre d'impulsions d'horloge P 2 compté par le compteur 100 est mémorisé dans le registre 110. Ensuite, le générateur d'impulsion de synchronisation TPG fait démarrer un cycle de mesure normal Le compteur 100 répète l'opération de comptage qui vient d'être décrite ci-dessus Toute- fois, lorsque le nombre d'impulsions d'horloge P 2 compté par le compteur 100 devient égal à celui précédemment mémorisé dans le registre 110, le compteur 100 se repositionne de nouveau sur zéro. En réponse à une impulsion de verrouillage P 4 venant du générateur d'impulsions de synchronisation TPG, l'indication "zéro" est affichée sur l'unité d'affichage 140. Dans ces conditions, lorsqu'une charge à mesurer est appliquée à la bascule, le poids de la charge est communiqué aux points 8 b, 9 b et 6 b, 7 b de réception de poids des biellettes longues 8, 9 et des biellettes courtes 10, 7 par l'intermédiaire des bords d'un couvercle (non représenté) de la-bascule L'extré- mité supérieure 12 b de la partie de suspension du levier 12 s'abaisse, contre l'action du ressort 14, d'une distance propor- tionnelle au poids de la charge, que multiplie le bras de levier des biellettes longues et courtes 8, 9 et 6,7 Ensuite, l'extrémité inférieure de la biellette 15 est tirée par le ressort de tension 23, puis la biellette 15 bascule en sens antihoraire sur l'axe de pivotement 13 a jusqu'à ce que la tige de liaison 16 vienne porter contre l'extrémité supérieure 12 b du levier 12 De ce fait, le noyau magnétique 20 se déplace également dans la bobine 17 d'une distance qui est proportionnelle au poids de la charge, si bien que l'inductance de l'élément à inductance variable varie en pro- portion du poids de la charge Puisque la relation existant entre la période T des impulsions oscillantes Pl venant de l'oscillateur de mesure 50 et l'inductance L de l'élément à inductance variable 17 est représentée par l'équation T = 4 (R 2 /R 1) (L/R), ainsi que cela a été indiqué ci-dessus, on voit que la période T des impulsions oscillantes Pl venant de l'oscillateur de mesure 50 augmente de façon proportionnelle au poids de la charge à mesurer Le compteur 60 commence alors à compter un nombre prédéterminé, par exemple 2000, im- pulsions oscillantes P 1 A la fin de ce comptage, le compteur 60 produit une impulsion ayant une largeur d'impulsion TZ' proportion- nelle au temps nécessaire pour compter le nombre prédéterminé des impulsions oscillantes P 1 Le compteur 100 commence à compter les impulsions d'horloge P 2 ayant traversé la porte 70 pendant le laps de temps égal à la largeur d'impulsion TZ' de l'impulsion venant du compteur 60 Pendant ce comptage, lorsque le nombre d'impulsions d'horloge P 2 compté par le compteur 100 devient égal au nombre d'im- pulsions d'horloge P 2 compté par le compteur 100 en l'absence de charge et précédemment mémorisé dans le registre 110, le compara- teur 120 détecte cet état et produit une impulsion de reposition- nement P 5 afin d'amener le repositionnement du compteur 100 sur zéro Ensuite, le compteur 100 continue à compter les impulsions d'horloge P 2 ayant traversé la porte 70 jusqu'à la fin du laps de temps égal à la largeur d'impulsion TZ' Finalement, le compteur 100 compte un nombre d'impulsions d'horloge P 2 proportionnel à l'incré- ment TX de la largeur d'impulsion qui est due à la charge, à savoir au nombre qui correspond au poids de la charge En réponse à l'im- pulsion de verrouillage P 4, le nombre correspondant au poids de la charge est transmis au dispositif de verrouillage d'affichage 130 pour être affiché sur l'unité d'affichage 140. A la fin du cycle de mesure, si un état d'absence de charge se poursuit pendant quelques secondes, la minuterie 160 déconnecte la source d'alimentation électrique 170. Le circuit électronique peut être conçu sous forme de microcalculateur afin d'être plus simple De plus, alors que l'in- vention a été décrite en relation avec un appareil de pesée sous forme de bascule, l'invention peut naturellement s'appliquer à des appareils de pesée de différents autres types, comme par exemple un plateau à compteur automatique Alors que, dans le mode de réali- sation décrit ci-dessus, le poids est affiché par comptage de la période d'impulsions oscillantes Pl, il est également possible d'afficher le poids en comptant la fréquence des impulsions oscil- lantes P 1. L'appareil de pesée selon l'invention qui est conçu tel que décrit cidessus présente les avantages suivants: ( 1) il n'est pas sensible aux variations de la température et de l'humidité ambiantes; ( 2) il est facile d'effectuer des compensations permettant d'obtenir une linéarité des variations d'inductance avec le poids d'une charge; ( 3) puisque la bobine de l'élément d'inductance variable possède un nombre moindre de fils conducteurs, le montage des fils con- ducteurs est plus aisé; ( 4) aucun convertisseur analogique-numérique n'est nécessaire; et ( 5) une linéarité des variations d'inductance avec le poids d'une charge peut être obtenue sur un large intervalle, ce qui entra Ine une amélioration de la précision de mesure de l'appareil de pesée. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir de l'appareil dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses autres variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Appareil de pesée électronique du type à induction, caractérisé en ce qu'il comprend un élément de pesée ( 6 à 9, 11, 12, 14) conçu pour être déplacé en fonction du poids d'une charge à mesurer, un élément à inductance variable constitué d'une bobine ( 17) et d'un noyau magnétique ( 20) qui est mobile par rapport à la bo- bine dans celle-ci, un moyen ( 15, 21, 22, 23) servant à relier des éléments de pesée à la bobine ou au noyau magnétique de l'élément à inductance de façon que l'un de ceux-ci puisse être déplacé par rapport à l'autre en fonction du déplacement de J'élément de pesée et que, par conséquent, l'inductance de l'élément à inductance puisse être modifiée en proportion du déplacement de l'élément de pesée, un oscillateur de mesure ( 50) comportant ledit élément à inductance variable comme l'un de ses paramètres d'oscillation afin de produire une série d'impulsions (P 1) dont une caractéristique est représenta- tive de l'inductance de l'élément à inductance variable, un moyen ( 60, , 80, 90, TPG, 100, 110, 120, 130, 150, 160, 170, 180) servant à transformer la caractéristique des impulsions de sortie de l'oscil- lateur de mesure en un signal de poids indicatif du poids de la charge, et un organe d'affichage ( 140) destiné à recevoir ledit signal de poids dudit moyen de transformation et à produire une indication du poids de la charge. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oscillateur de mesure ( 50) produit une série d'impulsions (Pl) dont la période est proportionnelle à l'inductance (L) de l'élément à inductance variable, et le moyen de transformation comprend un premier compteur ( 60) qui compte un nombre prédéterminé d'impulsions de sortie de l'oscillateur de mesure et qui délivre une impulsion (TZ) dont la largeur est proportionnelle à la durée nécessaire pour compter le nombre prédéterminé des impulsions de sortie, un générateur d'im- pulsions d'horloge ( 80, 90) et un deuxième compteur ( 100) qui compte les impulsions d'horloge (P 2) du générateur d'impulsions d'horloge pendant une durée égale à la largeur d'impulsion de l'impulsion fournie par le premier compteur. 3 Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la bobine ( 17) de l'élément à inductance variable comprend au moins trois enroulements ( 18 a, 18 b, 18 c) disposés suivant l'axe de la bobine, les enroulements extérieurs ayant un nombre plus grand de spires que les enroulements intérieurs. 4 Appareil selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'oscillateur de mesure comporte une résistance de com- pensation (R 3) connectée aux barnes de l'élément à inductance variable.