Brevet FR2535850A1 — publié le 19840511

La présente invention concerne un accessoire pouvant être connecté à un multimètre pour la mesure de résistances de terre, du type comprenant un boîtier comportant un premier grou- pe de bornes pour un signal de mesure et un second groupe de bornes pour le raccordement électrique de l'accessoire au multimètre, et des circuits électriques logés dans le boîtier et connectés électriquement aux bornes des premier et second groupes de bornes. La mise à la terre des masses des appareils électri- ques industriels ou ménagers est exigée par les règlements destinés à assurer la sécurité des usagers de ces appareils. L'efficacité de ces mises à la terre est considérée comme satisfaisante si la tension à laquelle se -trouvent portées les parties métalliques accessibles (masse) ne dépasse pas un certain seuil Us (généralement fixé à 24 V) en cas de défaut de l'installation Les courants de défaut étant limités eux-mêmes par la valeur du courant de déclenchement Id des appareillages de protection, il apparaît que l'efficacité d'une mise à la terre sera liée au non dépassement d'une valeur de résistance définie par le quotient Us/Id. Il est donc nécessaire, pour satisfaire aux prescrip- tions des règlements de sécurité, d'effectuer la mesure de la résistance des prises de terre non seulement lors de leur installation initiale, mais aussi ultérieurement pour s'assurer de la conservation de leur qualité. Cette mesure exige toutefois, pour être significative, d'être effectuée suivant une procédure appropriée: 1) Utiliser un courant alternatif pour éliminer l'effet des tensions de polarisation. 2) Choisir pour ce courant une fréquence différente de celle du secteur et de ses harmoniques. 3) Prévoir un filtrage efficace des tensions parasites alternatives et continues pour les ramener à un niveau qui ne perturbe pas la mesure. Ces exigences ont conduit à la réalisation d'appareils spécialisés dans la mesure des résistances de terre et rela- tivement encombrants. On connaît par ailleurs des multimètres numériques ou analogiques auxquels peuvent être connectés divers acces- soires permettant d'augmenter le nombre des calibres et/ou des fonctions du multimètre De tels multimètres sont par exemple commercialisés par la Société Chauvin Arnoux sous la dénomination-"CONPA 2010 ", "CONPA 2011 "-et "CONTA 20011 ". Avec ces multimètres, la Société Chauvin Arnoux commercialise un certain nombre d'accessoires enfichables qui, lorsqu'ils sont connectés au multimètre confèrent à celui-ci les fonctions suivantes: thermomètre, luxmètre/luminancemètre, fréquencemètre, générateur de tension ou de courante capacimètre, sonomètre, ampèremètre pour la mesure des courants alternatifs ou continus de fortes valeurs Toutefois, à la connaissance de la Demanderesse, il n'a encore jamais été proposé un acces- soire susceptible d'être connecté à un multimètre pour permettre la mesure des résistances de terre par le multimètre. La présente invention a donc pour but de fournir un accessoire de faible encombrement, susceptible d'être connecté à un multimètre numérique ou analogique d'usage général et comportant les circuits électriques nécessaires pour réaliser des mesures de résistance de terre à l'aide dudit multimètre. A cet effet, l'accessoire selon la présente invention est caractérisé en ce que lesdits circuits électriques com- prennent un générateur de courant alternatif de valeur cons- tante et de fréquence différente de celle du secteur et de ses harmoniques, ledit générateur ayant une sortie reliée à une première et à une seconde borne du premier groupe de bornes,l et un circuit détecteur synchrone ayant une entrée de signal de mesure qui est reliée à la seconde et à une troisième borne du premier groupe de-bornes, et une sortie qui est reliée à une première et à une seconde borne du second groupe de bor- nes. Suivant une forme préférée d'exécution de la présente invention, utilisable avec-un multimètre'équipé d'un connecteur multiborne, sur deux des bornes duquel est disponible la tension d'une batterie incorporée au multimètre, le boîtier de l'accessoire est lui-même équipé de façon connue d'un connecteur multiborne complémentaire de celui du multimètre. Dans ce cas, deux-des bornes du connecteur du boîtier forment lesdites première et seconde bornes du second groupe de bornes, et deux autres bornes du connecteur du bottier, corres- pondent aux deux bornes du connecteur du multimètre sur lesquel- les est disponible la tension de'la batterie, sont reliées au générateur de courant alternatif constant pour son alimenta- tion en courant Autrement dit, les circuits électriques de l'accessoire sont alimentés en courant-à partir de la batterie du multimètre, ce qui fait que l'on peut se passer de prévoir une batterie à l'intérieur du boîtier de l'accessoire, contribuant ainsi à réduire-l'encombrement de ce dernier et à faciliter son utilisation Le faible encombrement de l'ac- cessoire, qui constitue une qualité déterminante de ce dernier, peut être en outre 'obtenu par l'emploi de circuits intégrés pour une bonne partie des composants électroniques actifs entrant dans la construction des circuits électriques de l'ac- cessoire. On décrira maintenant une forme préférée d'exécution de la présente invention en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels - La figure 1 montre en perspective, le boîtier de 11 acces- soire de la présente invention, ainsi que le multimètre auquel il peut être connecté pour la mesure des résistances de terre. La figure 2 est un schéma montrant les circuits élec-. triques de l'accessoire'de la présente invention. L'accessoire 1 représenté sur la figure l comporte un boîtier 2, de forme approximativement parallélépipédique, -2535850 sur la face arrière duquel est disposé un premier groupe 3 de trois bornes X, Y et Z, et sur la face avant duquel est fixé un connecteur mâle 4 constituant un second groupe de bornes de l'accessoire 1. La borne X est destinée à être reliée par un conduc- teur (non montré) a une prise de terre dont on désire mesurer la résistance La borne Y est destinée à être reliée par un conducteur (non montré) à une prise auxiliaire de potentiel de terre de référence La borne Z est destinée à être reliée par un conducteur (non montré) à une prise d'injection de courant dans la terre Les trois prises susmentionnées peuvent être constituées de façon connue par des piquets de terre. Le connecteur mâle 4 peut être enfiché dans un connec- teur femelle 5 d'un multimètre 6 tel que,par exemple, un multimètre numérique modèle "CONPA 2010 " ou "CONPA 2011 " de la Société Chauvin Arnoux Deux chevilles d'indexation 7, munies chacune d'un trou axial 8, font saillie sur la face avant du bottier 2 de part et d'autre du connecteur mâle 4. Les deux chevilles 7 et leum trous 8 peuvent être engages respectivement dans des cavités 9, munies de broches 10, qui sont prévues dans le boîtier du multimètre 6 de part et d'autre du connecteur femelle 5 Les chevilles 7 permettentl'adap- tation du boîtier 2 de l'accessoire 1 au boîtier du multimnètre 6 et eh mme^ temps, -elles positionnent les broches de contact-du connecteur mâle 4 par rapportaux douilles de contact-du connecteur femelle 5, facilitant ainsi l'enfichage du connecteur mâle 4 dans le connecteur femelle 5 lorsqu'on monte l'accessoire 1 sur le multimètre 6. Le multimètre contient, de façon connue, une batterie d'alimentation (non montrée) dont les bornes positive et négative sont respectivement reliées à deux des bornes ou douilles du connecteur femelle 5 Deux autres bornes ou douilles du connecteur femelle 5 servent de bornes d'entrée pour un signal de courant continu dont on désire mesurer la tension, quand le commutateur-sélecteur de calibres et de fonctions du multimètre est dans une position correspon- dant à une mesure de tension continue. Dans la figure 2, on a représenté les circuits élec- triques de l'accessoire 1 Ce dernier comprend essentiellement, d'une part, un circuit oscillateur 11, un transformateur 12 et un régulateur de courant 13, qui forment ensemble un générateur de courant alternatif constant, et, d'autre part, un filtre 14, un amplificateur tampon 15 et un détecteur synchrone 16, qui traitent le signal de mesure avant qu'il - soit appliqué au multimètre 6. L'oscillateur 11 comprend deux transistors npn Q 1 et Q 2 dont les collecteurs sont connectés respectivement aux extré- mités de l'enroulement primaire Pl à point milieu du transfor- mateur 12, le point milieu de l'enroulement Pl étant connecté à travers un interrupteur 17 à la borne Bl du connecteur mâle 4 qui est reliée par l'intermédiaire du connecteur fe- melle 5 à la borne positive de la batterie du multimètre 6. L'interrupteur 17 est par exemple du type à bouton poussoir 18, ce dernier étant accessible sur la face supérieure du boî- tier 2 de l'accessoire 1 (figure 1) Les émetteurs des tran- sistors Q 1 et Q 2 sont connectés directement à la borne B 2 du connecteur male 4, qui est reliée par l'intermédiaire du connecteur femelle-5 à la borne négative de la batterie du multimètre 6 Les bases des transistors Q 1 et Q 2 sont connec- tées respectivement aux extrémités de l'enroulement de réac- tion P 2 à point milieu du transformateur 12 Le point milieu de l'enroulement P 2 est connecté au point de jonction entre deux résistances R 1 et R 2 qui sont connectées en série entre les bornes B 1 et B 2 et qui forment un diviseur de tension pour la polarisation des bases des transistors Q 1 et Q 2. Un condensateur C 1 et une résistance R 3 sont connectés en série entre les extrémités de l'enroulement primaire P du transformateur 12. Les enroulements Pl et P 2, les transistors Q 1 et Q 2 ' le condensateur C 1 et la résistance R 3 forment un oscillateur symétrique à relaxation d'un type connu La fréquence d'oscillation est définie par les caractéristiques magnétiques du noyau du transformateur 12, l'inductance de l'enroulement Pl, la capacité du condensateur C 1 et la tension de la batterie d'alimentation Les composants sont choisis de telle façon que la fréquence d'oscillation soit comprise dans la gamme de 130 à 230 Hz qui est favorable à la mesure des résistances de terre La fréquence d'oscillation doit toutefois être choisie différente de 150 et 200 Hertz, c'est-à-dire diffé- rente des harmoniques du secteur. Le circuit régulateur de courant 13 comprend un tran- sistor npn Q 3 et un transistor pnp Q 4, dont les émetteurs sont connectés à, travers deux résistances en série R 4 et R 5 à l'une des extrémités de l'enroulement secondaire 51 du transformateur 12 Les bases des transistors Q 3 et Q 4 sont connectées d'une part à l'extrémité susmentionnée de l'enrou- lement secondaire 51 à travers deux diodes Zener CR 1 et CR 2 montées en opposition et, d'autre part, à l'autre extrémité de l'enroulement secondaire 51 à travers une résistance R 6. Le collecteur du transistor Q 3 est connecté à la cathode d'une diode CR 3 dont l'anode est connectée à la borne Z à travers une résistance (non désignée), tandis que le collecteur du transistor Q 4 est connecté-à l'anode d'une diode CR 4 dont la cathode est connectée a la borne Z à travers ladite ré- sistance. Ladite autre extrémité de l'enroulement secondaire S du transformateur 12 est connectée directement d'une part à la borne X du groupe 3 de trois bornes et, d'autre part, à la borne de sortie U 1 du connecteur mâle 4. Le filtre 14 est constitué par un condensateur C 4 dont l'une des armatures est connectée à la borne Y du groupe 3 de trois bornes et dont l'autre armature est connectée à travers une résistance R 7 à la borne X Le point de jonction entre le condensateur C 4 et la résistance R 7 est connecté à travers une résistance R 8 à l'entrée + d'un amplificateur opérationnel A 1 dont la sortie est connectée d'une part à l'entrée de l'amplificateur A 1 à travers une résistance R 9 et, d'autre part, à l'entrée du détecteur synchrone 16. Le détecteur synchrone 16 comprend essentiellement deux amplificateurs opérationnels A 1 et A 2 et deux transis- tors à effet de champ Q 5 et Q 6, respectivement à canal N et à canal P Les transistors Q 5 et Q 6 sont commandés par le signal de courant alternatif disponible aux extrémités de l'enroulement secondaire 51 du transformateur 12 A cet effet, les portes des deux transistors Q 5 et Q 6 sont connec- tés, respectivement à travers des résistances R c O et Rl, au point de jonction entre la résistance R 4 et l'enroulement secondaire Si La sortie de l'amplificateur opérationnel A 1 est connectée d'une part à travers une résistance R 12 à l'entrée + de l'amplificateur opérationnel A 2 et, d'autre part, à travers des résistances R 13 et R 14 montées en série, à l'entrée de l'amplificateur opérationnel A 3 L'entrée + de l'amplificateur opérationnel A 2 est connectée à la borne X à travers le trajet source-drain' du transistor Q 6 quand celui-ci est passant La sortie de l'amplificateur opération- nel A 2 est connectée d'une part directement à son entrée et, d'autre part, à travers une résistance R 15 à la borne U du connecteur mâle 4 L'entrée + de l'amplificateur opéra- tionnel A 3 est connectée directement à la borne X, tandis que son entrée est connectée à la borne X à travers la résis- tance R 14 et à travers le trajet source-draini dutransistor- Q 5 quand celui-ci est passant La sortie de l'amplificateur opérationnel A 3 est connectée d'une part à travers la résis- tance R à son entrée et, d'autre part, à-travers la résistance R 17 à la borne U 2. Le transformateur 12 comporte un deuxième enroulement secondaire 52 dont l'une des extrémités est connectée à l'extrémité de l'enroulement secondaire 51 qui est elle-même connectée aux bornes X et Ulet dont l'autre extrémité est connectée à la cathode d'une diode CR 5 et à l'anode d'une diode CR 6 Ces deux diodes fournissent, après filtrage par les condensateurs C 2 et C 3, les tensions continues Va et + Va nécessaires au fonctionnement des amplificateurs opéra- tionnels A 1, A 2 et A 3. Avec l'accessoire 1 qui a été décrit ci-dessus, le courant alternatif qui est injecté par la borne Z dans la terre dont on désire mesurer la résistance, est régulé en amplitude par les transistors Q 3 et Q 4 associés aux diodes Zener CR 1 et CR 2 et aux résistances R 4 et R 5 La résistance t R 5 est une résistance ajustable pour permettre un réglage pré- cis de la valeur du courant alternatif constant qui est injecté dans la terre par la borne Z En effet, la valeur de ce courant détermine le rapport entre la tension de sortie et la résistance de terre à mesurer Dans la réalisation décrite, ce rapport est de 1 m V/ohm, permettant ainsi de lire directe- ment la valeur de la résistance en ohms sur le calibre 100 m V du multimètre et cette valeur en kohmssur le calibre 1 V du multimètre. L'amplificateur opérationnel A 1 est connecté sur l'entrée + en suiveur de tension de manière'à présenter une haute impédance d'entrée Cette haute impédance d'entrée rend la mesure de la résistance de terre indépendante de la résistance de la prise auxiliaire de potentiel de terre de référence. En conséquence, comme-le courant I injecté dans la terre par la borne Z est constant et comme le rapport susmentionné entre tension de sortie et résistance 'à mesurer est de lm V/ohm, la tension RI prélevée entre les bornes X et Y constitue une me- sure de la résistance R de'la terre à-mesurer' En outre, la haute impédance d'entrée de l'amplificateur opérationnel A 1 autorise des résistances de-la prise auxiliaire du potentiel de terre de référence (borne Y) de plusieurs kohms, sans perturbation sensible de la mesure. Les transistors à effet de champ Q 5 et Q 6 associés aux amplificateurs opérationnels A 2 et A 3 réalisent un redresse- ment synchrone de la tension prise aux bornes X et Y Les ré- sistances R 15 et Rli effectuent la sommation des alternances unidirectionnelles issues des amplificateurs A 2 et A 3. L'isolement galvanique procuré par le 'transformateur 12 entre la batterie d'alimentation du multimètre et les bornes de sortie U 1 et U 2 permet de relier ces dernières au multimètre sans que le fonctionnement de celui-ci s'en trouve perturbé. A titre indicatif, les composants des circuits repré- sentés sur la figurez 2 peuvent être les suivants R 1 = 5,1 ka 2 = ln F R 2 1 k C 2 C 3 = 10 F R 3 R 12 = R 13 R 14 = 10 kn C 4 = 1 u F R 4 = 1,15 ka CR 1 = CR 2 = Zener 2,49 V R = 220 û CR 3 =CR 4 =CR 5 =CR 6 = 1 N 4148 R 6 = 47 ka Q 1 Q 2 = BD 519 R 7 = R 8 = 470 k Q 3 MPSA 06 R 9 =R o=Rl = 1 Mn Q 4 = MPSA 56 R 15 =R 16 =R 17 = 20 k Q 5 J 112 Q 6 J 176 A 1, A 2, A 3 = ampli opérationnel quadruple RC 4156 DB Il va de soi que la forme d'exécution de la présente invention qui a été décrite ci-dessus a été donnée à titre d'exemple purement indicatif et nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent être facilement apportées par l'homme de l'art sans pour autant sortir du cadre de la présente invention C'est ainsi notamment que, dans le cas o le multimètre n'est pas équipé d'un connecteur femelle tel que le connecteur 5, sur deux des bornes duquel est disponible la tension de la batterie du multimètre, mais uniquement de bornes d'entrée classiques pour les signaux à mesurer, le boîtier 2 ne comportera pas le connecteur mâle 4 et les chevilles 7. Au lieu de cela, le boîtier 2 comportera deux bornes (les bornes de sortie U 1 et U 2) sous la forme de douilles pouvant être raccordées aux bornes d'entrée du multimètre par des conducteurs de liaison En outre, une batterie d'alimentation devra être prévue à l'intérieur du boîtier de l'accessoire. Il est également possible de remplacer le dispositif de re- dressement synchrone 16 décrit plus haut par un circuit redresseur conventionnel asynchrone Dans ce cas, pour compenser l'absence de filtrage qui en résulte, notamment vis à-vis des tensions parasites à la fréquence du secteur, il convient alors d'intro- duire au niveau de l'entrée de mesure Y et en amont du redresseur, un circuit filtre convenable. RE VE N DI C A TI ONS 1. Accessoire pouvant être connecté à un multimètre pour la mesure des résistances de terre, comprenant un boîtier ( 2) ayant un premier groupe de bornes ( 3) pour un signal de mesure et un second groupe de bornes ( 4) pour le rac- cordement électrique de l'accessoire ( 1) au multimètre ( 6), et des circuits électriques ( 11-16) logés dans le boîtier et connectés électriquement aux bornes des premier et second groupes de bornes, caractérisé en ce que lesdits circuits élec- triques ( 11-16) comprennent un générateur de courant alternatif ( 11-13) de valeur constante et de fréquence différente de celle du secteur et de ses harmoniques, ledit générateur ayant'une sortie reliée à une première borne (Z) et à une seconde borne (X) du premier groupe de bornes ( 3), et un circuit détecteur ( 16) ayant une entrée de signal de mesure qui est reliée 2 la seconde borne (X) et à une troisième borne (Y) du premier groupe de bornes ( 3), et une sortie qui est reliée à une première borne (U 1) et à une seconde borne (U 2) du second groupe de bor- nes ( 4). 2. Accessoire selon la revendication 1, pour un multi- mètre ( 6) équipé d'un connecteur multiborne ( 5), sur deux des bornes duquel est disponible la tension d'une batterie incor- porée au multimètre, le boîtier ( 2) de l'accessoire ( 1) étant équipé d'un connecteur multiborne ( 4) complémentaire de celui du multimètre, caractérisé en ce que deux des bornes du connec- teur ( 4) du boîtier ( 2) forment lesdites première et seconde bornes (U 1 et U 2) du second groupe de bornes ( 4), et en ce que deux autres bornes (B 1 et B 2) du connecteur ( 4) du boîtier ( 2), qui correspondent aux deux bornes du connecteur ( 5) du multi- mètre ( 6) sur lesquelles est disponible la tension de la 1535 e 53 253:5850 batterie, sont reliées au générateur de courant alternatif constant ( 11-13) pour son alimentation en courant. 3. Accessoire selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que le générateur de courant alternatif constant ( 11-13) comprend un transformateur ( 12)ayant un enroulement primaire (P 1), un enroulement secondaire ( 51) et un enroulement de réaction (P 2), un circuit oscillateur ( 11) à transistor (Q 1 et Q 2) relié aux enroulements primaire (P 1) et de réaction (P 2) du transformateur ( 12) pour produire une tension alter- native aux extrémités de l'enroulement secondaire ( 51), et un circuit régulateur de courant alternatif ( 13) monté entre une première extrémité de l'enroulement secondaire ( 51) et ladite première borne (Z) du premier groupe de bornes ( 3), la seconde extrémité de l'enroulement secondaire ( 51) étant reliée directement à ladite-seconde borne (X) du premier groupe de bornes ( 3). 4. Accessoire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits circuits électriques ( 11-16) comprennent un filtre ( 14) et un amplificateur tampon ( 15) connectés en série entre lesdites seconde et troisième bornes (X, Y) du premier groupe de bornes ( 3) et l'entrée:de signal de mesure du circuit détecteur ( 16)o 5. Accessoire selon les revendications 3 et 4, caracté- risé en ce que le circuit détecteur ( 16) est un détecteur syn- chrone ayant une entrée de commande qui est reliée audit généra- teur ( 11-13), en ce que l'amplificateur tampon ( 15) et le détec- teur synchrone ( 16) comprennent des amplificateurs opérationnels (A 1, A 2, A 3), et en ce que le transformateur ( 12) comprend un autre enroulement secondaire ( 52) t et en ce qu'un circuit redresseur (CR 5, CR 6) est connecté audit autre enroulement secondaire ( 52) pour produire au moins une tension continue (+ Va, -Va) pour l'alimentation des amplificateurs opérationnels (A 1, A 2, A 3).