Brevet FR2521290A1 — publié le 19830812

La présente invention concerne une balance à compensation élec- tromagnétique, avec un circuit de comparaison-régulation qui commande la durée de fermeture d'une source de courant constant en fonction de la charge et comprend un comparateur d'une' tension en dents de scie périodique et d'un signal de régulation fonction de la charge; un circuit de comptage des impulsions d'horloge pendant plusieurs durées de fermeture; et un circuit de calcul pour détermination du poids numérique & partir du résultat du comptage d'impulsions De telles balances sont décrites par les brevets des Etats-Unis d'Améri- que n 3 786 884 et 3 816 156. L'utilisation de telles balances pose un problème connu, celui des influences thermiques résultant par exemple de l'échauffement du système de compensation sous charge ou de températures extérieures fluctuantes Il est déjà connu de prévoir une sonde de température qui corrige la source de courant constant (brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 786 678) D'autres balances co-rportent un réseau de résistances corrigeant les influences thermiques (demande de brevet de la Républi- que fédérale d'Allemagne DOS n 24 00 881) On connait par ailleurs une balance a ruban et affichage numérique (demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne DAS n 19 727), dans laquelle une correction numérique de la valeur mesurée est effectuée a l'aide de facteurs mémorisés, qui peuvent le cas éché- ant être modifiés selon les conditions effectives d'utilisation, par dérivation des signaux d'une sonde de température par exemple. La conversion analogique-numérique de deux grandeurs devant satisfaire à des conditions de précision différentes (telles que poids et température) pourrait se faire de façon conventionnelle à l'aide de deux convertisseurs analogiques-numériques distincts Le supplément d'appareillage résu 1 tantest toutefois gênant L'invention vise par suite à permettre une compensation de température numérique automatique, d'une façon simple et sans recours à un convertisseur analogique-numérique supplémentaire Selon une caractéristique essen- tielle de l'invention, une sonde de température est prévue de façon connue dans la balance; un comparateur est prévu pour comparer le signal de température analogique, amplifié le cas échéant, à une tension en dents de scie périodique; un circuit de comptage est prévu pour compter des impulsions d'horloge jusqu'à la réponse du compara- teur; une mémoire est prévue pour stocker la valeur de température numérique résultant du comptage; et le circuit de calcul est dimen- sionné pour combiner la valeur de température numérique et le résultat numérique de poids L'emploi d'un multiplexeur conventionnel semble s'imposer pour tenir compte du signal de température Cela équivau- drait à tenir à peu près également compte du signal de poids et du signal de température, ce qui est inutile. Dans une forme de réalisation préférentielle de l'invention, le montage est donc réalisé avec un circuit de commande du circuit de comptage, dimensionné de façon que le signal de température soit compté une seule fois pour une détermination de poids portant sur plusieurs durées de fermeture En d'autres termes, la mise à jour de la détermi- nation du poids n'est pratiquement pas influencée L'unique prise en considération du signal de température est d'autant-plus suffisante qu'il ne s'agit que d'une correction d'erreur, pour laquelle une réso- lution nettement inférieure à celle du poids suffit. L'emploi d'un même comparateur pour la détermination du poids et celle de la température serait possible par principe Il entraînerait toutefois un appareillage supplémentaire important Une forme de réa- lisation préférentielle prévoit donc un comparateur distinct pour la détermination du poids et pour celle de la température Cette solution est d'autant plus facilement réalisable que des circuits intégrés com- prenant deux comparateurs sont disponibles sur le marché. Il suffirait par principe de tenir compte numériquement de la température sélon l'invention Les matériaux utilisés habituellement pour le système de compensation (tels que le matériau magnétique) pré- sentent toutefois un coefficient de température fluctuant plus ou moins par rapport à une valeur moyenne Il convient donc de relier la sonde de température non seulement au comparateur, mais aussi à la source de courant constant Cette combinaison de la disposition clas- sique et de la disposition selon l'invention présente l'avantage de permettre, pour un même appareillage, une compensation totale de l'influence thermique avec une bien meilleure précision de la déter- mination de température que dans le cas d'une compensation purement numérique, car seule la dispersion individuelle du coefficient de température doit être prise en compte numériquement. Un dimensionnement approprié de la commande des opérations de comptage permet d'utiliser le même circuit pour le comptage des impul- sions d'horloge tant du signal de poids que du signai de température. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation préférentielle, dont la figure unique repré- sente le schéma synoptique. La balance 10 comprend un système de compensation électromagnéti- que représenté par une bobine 12 Une charge du plateau 14 fait dévier la partie mécanique de la balance à partir d'une position zéro ou de consigne, de la façon décrite par exemple en détail dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 786 884 précité Cette déviation pro- duit un signal électrique (circuit capteur 16), qui est transmis à un régulateur 18 Le signal de régulation alimente un comparateur 20, dans le Qoella tension de régulation est comparée à une tension en dents de scie périodique (rampe) délivrée par un générateur de rampe 22 Ce dernier est commandé par un diviseur de fréquence 23, alimenté par un oscillateur haute fréquence (horloge) 30 Le signal de sortie du comparateur 20 commande, par l'intermédiaire d'une bascule de synchronisation 24, un inverseur 26 qui connecte une source de courant constant 28 à la bobine de compensation 12, puis la déconnecte Le courant constant i circule pour chaque rampe jusqu'à ce que dans l'état d'équilibre la force de compensation électromagnétique soit égale à la charge appliquée et la position de consigne de la partie mécanique de la balance soit rétablie. Pendant la durée des impulsions de courant i, des impulsions d'horloge délivrées par l'oscillateur haute fréquence 30 sont comptées, dont la somme constitue le poids numérique recherché, après calcul de facteurs de proportionnalité et de correction Un opérateur 32, dont la durée d'ouverture est déterminée par le comparateur 20, est prévu dans ce but Les trains d'impulsions d'horloge proportionnels au poids sont transmis à un compteur 34 faisant partie de l'élément de comptage et de mémorisation 36 d'un microordinateur 38 (qui comprend d'autres mémoires de travail 48, 50 et 52) Les sommes d'impulsions comptées sont traitées par l'unité centrale de calcul 42, selon un programme fixé pour la balance considérée (mémoire morte 40), pour former le poids numérique final qu'un circuit décodeur-pilote 44 fait apparaître de façon classique sur l'afficheur numérique 46. Le système de compensation 12 de la balance 10 comprend une résistance variant avec la température (sonde de température) 54, reliée à un amplificateur 56 Le signal de sortie de ce dernier agit sur la source de courant constant 28, de façon qu'à température crois- sante, l'augmentation du courant constant soit sensiblement égale à la diminution du champ magnétique permanent dans le système de compen- sation, résultant du coefficient de température moyen du matériau magnétique, de façon qu'une compensation grossière de l'influence de température sur le résultat de mesure soit obtenue. Le montage conventionnel décrit jusqu'à présent est modifié comme suit selon l'invention Un second comparateur 58 est prévu, qui reçoit sa tension de comparaison périodique du même générateur de rampe 22 que le premier comparateur 20 Le signal amplifié de la résistance 54 variant avec la température est continûment comparé à la rampe dans le comparateur 58 Un inverseur électronique 60, disposé en amont de l'opérateur 32, est commandé par le microordinateur 38 et connecte soit le comparateur 20 ("comparateur de poids"), soit le comparateur 58 ("comparateur de température") à l'entrée de l'opérateur 32. Le fonctionnement est décrit ci-dessous à titre d'exemple, à l'aide des principales phases d'une détermination de poids. Le comptage du poids s'effectue pendant 268 rampes de 2 milli- secondes chacune Vient ensuite une rampe vide, c'est-à-dire une période du générateur de rampe 20 pendant laquelle aucune impulsion d'horloge n'est comptée Pendant ce temps l'inverseur 60 est basculé la somme des impulsions de comptage du poids est transférée du compteur 34 dans une mémoire ( 48 par exemple), puis le compteur 34 est remis à 0, et un poids intérimaire est calculé Il est alors possible de tenir compte de facteurs de correction de la linéarité et de la sensi- bilité, déterminés par exemple à l'occasion d'un étalonnage en usine et stockés dans une mémoire morte ( 40) du microordinateur 38. Le signal de température est compté pendant la rampe suivante, c'est-à-dire que le compteur 34 reçoit un nombre d'iopulions d'hor- loge proportionnel au signal de la sonde de tempêratuxe 54 (et par suite à la température dans le système de compensation) Vient ensuite une nouvelle rampe vide, pendant laquelle: l'inverseur 60 est de nouveau basculé sur la sortie du compara- teur de poids 20 le contenu du compteur 34 est transféré dans une mémoire ( 50 par exemple), puis le compteur 34 est remis à 0. Une rampe ne servant pas à l'obtention de la valeur mesurée peut ensuite être prévue pour effectuer par exemple un contrôle do sécurit 6 des erreurs fonctionnelles. Le cycle complet se répète ensuite, en commençant par le comptage de 268 rampes de poids. La valeur de température numérique memorisée est combi-6 e uvec lle poids intérimaire selon une formule de correction fixe, puis le poids corrigé (vrai) résultant est affiché (circuit pilote 44, afficheur nuînirique 46), Les formules faisant intervenir des facteurs de correction sont connues, de sorte que leur description détaillée est superflue ici. Les mesures décrites permettent une compensation pratiquement par- faite des influences de température avec des moyens simples Comme précédemment indiqué, la combinaison de la correction numérique et de la correction analogique (influence sur la source de courant cons- tant 28) est certes avantageuse dans de nombreux cas, mais absolument pas indispensable Il est possible par principe de ne prévoir qu'une correction numérique Une simplification notable de la production et de l'utilisation des balances résulte dans tous les cas de la suppres- sion totale d'un ajustement à l'aide de potentiomètres par exemple. Ce dernier point est en outre important en particulier pour les balances soumises à l'étalonnage par le service des instruments de mesure. 2.521290 L'exemple de réalisation a été décrit avec un microordinateur qui effectue les calculs nécessaires et la plupart des fonctions de commande selon son programme Il convient toutefois de souligner que l'emploi d'un microordinateur permet certes une réalisation particu- lièrement élégante de l'invention, mais n'est absolument pas impératif. L'invention peut être mise en oeuvre avec des circuits discrets appro- priés. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1 Balance à compensation électromagnétique avec un circuit de com- paraison-régulation qui commande la durée de fermeture d'une source de courant constant en fonction de la charge et comprend un compara- teur d'une tension en dents de scie périodique et d'un signal de régulation fonction de la charge; un circuit de comptage des impul- sions d'horloge pendant plusieurs durées de fermeture; et un circuit de calcul pour détermination du poids numérique à partir du résultat du comptage d'impulsions, ladite balance étant caractérisée en ce qu'une sonde de température ( 54) est prévue de façon connue; un compa- rateur ( 58) est prévu pour comparer le signal de température analogique, amplifié le cas échéant, à une tension en dents de scie périodique; un circuit de comptage loge jusqu'à la réponse du comparateur ( 58); une mémoire ( 48) est prévue pour stocker la valeur de température numérique résultant du comptage; et le circuit de calcul ( 38) est dimensionné pour combiner la valeur de température numérique et le résultat numérique de poids. 2 Balance selon revendication 1, caractérisée en ce qu'un circuit de commande du circuit de comptage ( 34) est dimensionné de façon que le signal de température soit compté une seule fois pour une détermina- tion de poids portant sur plusieurs durées de fermeture. 3 Balance selon une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'un comparateur distinct ( 20, 58) est prévu pour la détermination du poids et pour la détermination de température. 4 Balance selon une quelcônque des revendications 1 à 3, caractéri- sée en ce que la sonde de température ( 54) est connectée non seulement au comparateur ( 58), mais aussi à la source de courant constant ( 28). Balance selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractéri- sée en ce que le même circuit de comptage ( 34) est prévu pour le comp- tage des impulsions d'horloge tant du signal de poids que du signal de température.