Brevet FR2532759A1 — publié le 19840309

DISPOSITIF DE MESURE A PONT DE WHEATSTONE L'invention a pour objet un dispositif de mesure à pont de Wheatstone et plus particulièrement un tel dispositif incorporant un capteur résiste tel qu'une jauge de contrainte ou analogue dans une branche dudit pont R l'invention vise particulièrement à pallier la désensibilisation d'un tel dispositif du à la résistance des fils conducteurs racccordant le capteur au boîtier d'alimentation et de mesure Un dispositif de mesure à pont de Wheatstone classique se compose par exemple d'un capteur, comme une résistance variable en fonction d'un phénomène physique (par exemple une jauge de contrainte pour mesurer un déplacement ou un allongement) et de trois résistances de complément, de valeur connue L'une des diagonales du pont comporte un générateur d'alimentation délivrant une tension constante tandis que l'autre diagonale comporte un moyen de mesure tel qu'un galvanomètre, un amplificateur diiEfé- rentiel ou analogueoo Pour certaines applications, le pont de Wheatstone est entièrement matérialisé au voisinage du capteur, ce dernier et les trois résistances de complément étant intégrés dans un même boîtier placé à distance d'un boîtier d'alimentation et de mesure et relié à celui-ci par des fils conducteurs Dans le cas ou le capteur et les trois résistances de complément constituant le pont de Wheatstone sont extérieurs au boîtier d'alimentation et de mesure (ou au boîtier d'alimentation et au boîtier de mesure qui peuvent être séparés le cas échéant), il arrive souvent que soit une, soit les trois résistances de complément soient remplacées par des jauges judicieusement placées sur la structure Pour d'autres applications au contraire, le capteur seul est installé à distance du boîtier d'alimentation et de mesure qui renferme les trois résistances de complément.C'est notamment le cas en extensométrie où les jauges de contrainte sont généralement collées en des endroits choisis de la structure à analyser Bien entendu, on observe toujours une chute de tension dans les fils conducteurs reliant le bottier d'alimentation et de mesure au reste du montage. Dans le premier type de montage, cela se traduit par une baisse de tension aux bornes de la diagonale d'alimentation du pont. On sait remédier à cet état de chose en prélevant la tension aux bornes de ladite diagonale d'alimentation au moyen de deux fils supplémentaires (qui ne sont donc pas parcourus par le courant d'alimentation du pont) et en stabilisant le générateur d'alimentation du pont de Wheatstone au moyen de cette tension d'erreur.Ce principe n'est pas transposable au second type de montage mentionné ci-dessus, où la jauge de contrainte seule se trouve en bout de ligne. Dans ce cas, en effet, les deux fils conducteurs de liaison font partie de la branche du pont de Wheatstone qui comporte le capteur et le pont est, par construction, désensibilisé par les résistances supplémentaires des fils de liaison L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient en proposant un système convenant aux deux types de montage et présentant l'avantage supplémentaire de réduire le nombre total de fils à connecter entre le bottier d'alimentation et de mesure et le capteur (ou le pont de Wheatstone complet). Dans cet esprit, l'invention concerne donc un dispositif de mesure à pont de Wheatstone dans lequel un capteur résistif tel qu'une jauge de contrainte ou analogue est inséré dans une branche dudit pont de Wheatstone et placé à distance d'un circuit d'alimention électrique dudit pont, caractérisé en ce que ledit circuit d'alimentation étant relié auxdits capteurs par deux fils conducteurs de sensiblement même résistance, celui-ci comporte deux générateurs de tension en série branchés dans la diagonale d'alimentation dudit pont, en ce qu'un premier générateur comporte des moyens de stabilisation de tension adaptés pour compenser la chute de tension dans l'un desdits fils conducteurs et en ce que le second générateur est piloté par ledit premier générateur. Dans la pratique, les deux fils conducteurs ont nécessairement sensiblement la même résistance puisqu'ils ont la même longueur et qu'on les choisit de même section et métal. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le premier générateur de tension comporte un amplificateur différentiel et une source de référence reliée à I'une des entrées de cet amplificateur tandis que l'autre entrée est reliée à un fil supplémentaire connecté au point commun entre le fil de liaison précité et une borne dudit capteur Le second générateur est quant a lui constitué par un autre amplificateur différentiel monté en inver seul, recevant la tension de sortie du premier amplificateur et dont la sortie est reliée au pont de Wheatstone. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre de deux modes de réalisation d'un dispositif conforme au principe de l'invention, donnée à titre d'exemple et faite en référence au dessin annexé dans lequel - la figure I est un schéma de principe d'un dispositif de mesure à jauge de contrainte dans lequel l'ensemble du pont de. Wheatstone est séparé du boîtier d'alimentation; - la figure 2 représente un schéma d'un -dispositif analogue dans lequel seul le capteur est placé à distance du boîtier d'alimentation. Le dispositif de la figure 1 se compose d'un boîtier d'alimentation et de mesure Il interconnecté par fils à une sonde 12 renfermant un pont de Wheatstone complet 13 formé d'une jauge de contrainte 9 et de trois résistances de complément R.Les quatre noeuds du pont étant repérés a, b, c et d, la diagonale d'alimentation a-b comporte un circuit d'alimentation 16 situé dans le boîtier 1 1 et connecté au pont par deux fils conducteurs 14 et 15, de même résistance, tandis que la diagonale de mesure c-d est constituée par un moyen de mesure approprié (schématisé ici par un galvanomètre 17) connecté au pont par deux autres fils conducteurs 18 et 19 Selon l'invention, le circuit d'alimentation 16 comporte deux générateurs de tension en série, 20 et 21. Le premier générateur 20 est consitué d'un premier amplificateur différentiel A1, dont la sortie est reliée au pont 13 par l'intermédiaire du fil 14, ainsi que dgune source de tension de référence V0 reliée à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur A1. Ce générateur 20 comporte des moyens de stabilisation de tension adaptés pour compenser la chute de tension dans le fil 14.Plus précisément, il s'agit d'un fil supplémentaire 22 reliant l'entrée inverseuse de l'amplificateur A1 au noeud a du pont de Wheatstone, c'est-à-dire au point commun entre le fil 14 et la jauge de contrainte J. ke second générateur 21 est quant à lui piloté par le générateur 20 puisqu'il est constitué d'un second amplificateur différentiel A2 monté en inverseur "de gain unité" et relié à la sortie de l'amplificateur A1. La sortie de l'amplificateur A2 est connectée au fil conducteur 15. De façon bien classique, l'amplificateur A2 a son entrée inverseuse connectée à deux résistances R1 d'égale valeur. L'une des résistance R1 est montée en contre-réaction sur l'amplificateur A2 tandis que l'autre résistance est en série avec l'entrée inverseuse et connectée à la sortie de l'amplificateur A1.L'entrée non inverseuse de l'amplificateur A2 et l'autre borne de la source de tension de référence V0 sont au même potentiel de référence. Le nombre de fils de liaison entre le boîtier I1 et la sonde 12 est de cinq alors qu'il en fallait six pour le montage connu décrit ci-dessus. Le dispositif de la figure 2, dans lequel les composants analogues portent les mêmes références, concerne plus particulièrement un montage d'extensométrie où la jauge de contrainte 3, est seule installée à distance du boîtier 11, lequel comporte les trois résistances de complément R du pont de Wheatstone. Les deux générateurs 20 et 21 sont en tous points identiques à ceux de la -figure 1 et ne seront donc pas décrits plus en détail. En revanche les fils 14 et 15 ne sont plus les fils d'alimentation du pont de Wheatstone complet mais se trouvent nécessairement insérés en série dans la branche a-d-b de ce dernier. Un avantage important de l'invention réside dans le fait que le montage fonctionne de la même façon, par compensation de la chute de tension dans le fil 14. Simplement, dans le cas de la figure 1, cette chute de tension est dûe à la consommation totale du pont de Wheatstone tandis que dans le cas de la figure 2, elle n'est dûe qu'au courant qui traverse la jauge de contrainte 3 Dans cette variante, le fil 18 de liaison entre le moyen de mesure 17 et le point c de la branche a-c-b est bien entendu supprimé puisque cette dernière branche se trouve dans le boîtier 11.Le raccordement ne nécessite donc que quatre fils Le fonctionnement de l'un ou l'autre montage est des plus simple et découle avec évidence de la description qui précède L'amplificateur A1 compense la chute de tension dans le fil 14 du fait qu'il reçoit à son entrée inverseuse, la tension prise à une borne de la jauge de contrainte 3 Par ailleurs, la chute de tension dans le fil 15 est automatiquement compensée sans fil supplémentaire par l'amplificateur A2 monté en inverseur et piloté par l'amplificateur A1 puisque les fils 14 et 15 ont la même résistance, étant de même nature et de même longueur Si la valeur de la résistance de la jauge de contrainte J, au repos, est choisie égale à la valeur dune résistance de complément R, le pont de Wheatstone est automa tiquement équilibré et celui-ci présente toujours la même sensi bilité, quelle que soit la longueur des fils entre le boîtier Il et la sonde 12 ou la jauge de contrainte 3 REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure à pont de Wheatstone (13) dans lequel un capteur résistif tel qu'une jauge de contrainte (3) ou analogue est inséré dans une branche dudit pont de Wheatstone et placé à distance d'un circuit d'alimentation electrique (16) dudit pont, caractérisé en ce que, le dit circuit d'alimentation étant relié auxdits capteurs par deux fils conducteurs (14, 15) de sensiblement même résistance, celui-ci comporte deux générateurs de tension (20 21) en série, branchés dans la diagonale d'alimentation dudit pont, en ce qu'un premier générateur (20) comporte des moyens de stabilisation de tension (22) adaptés pour compenser la chute de tension dans l'un desdits fils conducteurs et en ce que le second générateur (21) est piloté par ledit premier générateur. 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier générateur (20) comporte un premier amplificateur différentiel (A1) dont la sortie est reliée au dit pont et une source de tension de référence (VO) reliée à l'une des entrées dudit amplificateur et en ce que l'autre entrée dudit amplificateur est reliée par un fil supplémentaire (22) à un point commun entre un fil conducteur (14) précité et une borne dudit capteur (3). 3. Dispositif de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit second générateur (21) est constitué par un second amplificateur (A2) monté en inverseur, dont la sortie est reliée au dit pont (13). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que, de façon connue en soi, ledit second amplificateur (A2) est un amplificateur différentiel associé à une résistance série et à une résistance de contre-réaction de même valeur (R1) et en ce que ladite résistance série est reliée à la sortie dudit premier amplificateur différentiel (A1). 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit pont de Wheatstone (13) est entièrement agencé au voisinage dudit capteur (J) et relié audit circuit d'alimentation par les deux fils conducteurs (14, 15) de sensiblement même résistance (figure 1). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit capteur est placé à distance du reste du pont de Wheatstone dont il fait partie et que les résistances de complément (R) de ce dernier sont agencées au voisinage dudit circuit d'alimentation (figure 2).