Brevet FR2524981A1 — publié le 19831014

La présente invention se rapporte à une balance élec- tronique comportant un récepteur ou capteur de valeurs mesu- rées qui émet un signal analogique de tension ou de courant, un convertisseur analogique-numérique à haute résolution branché en aval, une unité numérique de traitement des signaux se présentant par exemple sous la forme d'un microprocesseur, ani quie des moyens cmi vue dle corriver reu erelo un, duion a i l v a i dia ions (le la température, du tapteur de \t: leurl;ekiree;. Une balance de ce type a été décrite, par exemple, dans le document DE-A-3 033 272 Dans cette balance, la cor- rection d'erreurs de température du point zéro est obtenue par un courant commandé en fonction de la température et qui, en coopérant avec un champ magnétique, applique au capteur de valeurs mesurées une force supplémentaire dépendant de la température Cette intervention directe sur le capteur de valeurs mesurées est cependant compliquée, en premier lieu lorsqu'il convient de corriger non seulement l'erreur de point zérodueà la variation de température, mais at Jssi une évenituielle erreur, due à la température, de sensibilité oude linéarité Par conséquent, il tombe sous le sens de confier à l'unité numérique de trai- tement des signaux le soin de corriger les erreurs dues à la tempé- rature, car toutes les corrections dépendant de la température peuvent être calculées dans cette unité à l'aide d'une seule et unique valeur mesurée de température C'est pourquoi il a déjà été proposé dans le document DE-A-3 106 534 de prévoir un détecteur de température, d'humidité et de pression, res- pectivement, dont les signaux analogiques de sortie sont successivement dirigés vers un convertisseur analogique- numérique Ensuite, l'unité numérique de traitement des signaux peut calculer les corrections nécessaires à partir des valeurs numérisées L'inconvénient de cette forme de réa- lisation réside toutefois dans la complexité et les coûts supplémentaires associés au convertisseur analogique-numérique individuel branché en aval des détecteurs. La solution en soi judicieuse, consistant à appliquer successivement au convertisseur analogique-numérique de haute résolution, au moyen de commutateurs, le signal de sortie 2 2524981 du capteur proprement dit de valeurs mesurées par la balance et le signal de sortie du ou des détecteurs de température ne peut pas être réalisée, car un interrupteur branché sur le trajet de mesurage reliant le capteur de valeurs mesurées et le convertisseur analogique-numérique nuirait fortement à la précision de la balance. L'invention a par conséquent pour objet de numériser le signal analogique de sortie d'un ou de plusieurs détecteurs de température (ou d'un ou plusieurs détecteurs analogues) sans devoir utiliser un convertisseur analogique-numérique supplémentaire et sans nuire à la précision de la conversion analogique-numérique du signal de sortie du capteur proprement dit de valeurs mesurées de la 'balance. Conformément à l'invention, cet objet est atteint par le fait qu'il est prévu un interrupteur qui, à des ins- tants déterminés commandés pas l'unité numérique de traitement des signaux, dirige vers l'entrée du convertisseur analogique- numérique, en plus du signal du capteur de valeurs mesurées, le signal de sortie d'au moins une sonde thermométrique. Le trajet sensible de mesurage reliant le capteur de valeurs mesurées de la balance au convertisseur analogique- numérique de haute résolution n'est par conséquent pas interrompu et le signal de sortie de la ou des sondes thermo- métriques est appliqué en plus à certaines périodes à l'entrée du convertisseur analogique-numérique L'unité numérique de traitement'des signaux, branchée en aval, peut alors déter- miner par calcul le signal de sortie de la ou des sondes thermométriques. Avantageusement, les sondes thermométriques sont dimensionnées et branchées de telle façon que leur signal de sortie maximal surit à 1 'entrée du eorivert isn;otuir anaiqile- numérique, au moins dix fois plus petit que le signal maximal du capteur proprement dit de valeurs mesurées par la balance De ce fait, la plage de mesurage du convertisseur analogique-numérique pour le capteur proprement dit de valeurs mesurées parla balance n'est pratiquement pas réduite; par suite de la forte résolution du convertisseur analogique- 3 2524981 numérique, la précision de la mesure de la température est malgré tout suffisante En présence d' une balance dont la résolution est par exemple de 100 000 pas, les erreurs dues à la température sont normalement au plus de 200 pas Pour le mesurage de la température, il suffit donc de façon satisfai- sante de disposer d'une précision de 1 pour mille qui, en présence d'un convertisseur analogique-numérique ayant une résolution de 100 000 pas, est déjà obtenue avec un signal d'entrée représentant 1 pour cent du signal d'entrée maximal. L'entrée du convertisseur analogique-numérique est judicieusement réalisée sous la forme d'une source négative de courant Il est ainsi possible d'effectuer la sommation des deux signaux du capteur de valeurs mesurées et de la ou des sondes thermométriques sous la forme d'une sommation de courant exempte de réactions. Avantageusement, l'unité numérique de traitement des signaux renferme un circuit de contrôle du point d'arrêt ou de stabilisation et elle n'enclenche l'interrupteur, appliquant à l'entrée du convertisseur analogique-numérique le signal de sortie d'au moins une sonde thermométrique en plus du signal du capteur de valeurs mesurées, que lorsque le circuit de contrôle du point de stabilisation signale une stabilisation En effet, ce n'est que lorsque la balance est stabilisée que la mesure du signal de sortie des sondes ther- mométriques n'est pas faussée par des variations du signal du capteur proprement dit de valeurs mesurées par ladite balance. Commodément, le signal de sortie de la ou des sondes thermométriques-est calculé, par l'unité numérique de traite- ment des signaux, selon la formule T 1 2 (I O + U 2) Dans ce cas, U 0-représente la valeur de sortie du convertis- seur analogique-numérique avant l'enclenchement de l'interrup- teur, U 1 représente le signal correspondant lors de la phase d'enclenchement dudit interrupteur et U 2 représente le signal t 1 4 2524981 correspondant une fois achevée cette phase d'enclenchement de l'interrupteur On forme ainsi la différence entre le signal lors de l'enclenchement de l'interrupteur et la valeur moyenne des deux signaux avant et après cet enclenchement. Commodément, ces trois valeurs U, U et U ne sont mesurées que lorsque le circuit de contrôle du point de stabilisation réagit Judicieusement, l'unité numérique de traitement des signaux vérifie en plus si la valeur initiale U et la valeur finale U 2 coïncident dans les limites d'une certaine tolérance d'erreurs et elle n'interprète que dans ce cas la valeur calculée pour UT Dans le cas o, de ce fait, par comparaison avec le cycle de mesurage du convertisseur analogique-numé- rique, une valeur pour UT ne peut être que relativement rarement calculée et interprétée, il n'en résulte aucune gêne parce que la température ne varie que très lentement dans la balance par suite de l'inertie thermique de cette dernière. Il en va de même pour des sondes d'humidité ou de la pression de l'air qui, naturellement, peuvent être prévues en plus ou à la place des sondes thermométriques et dont le signal de sortie peut être numérisé et calculé de la manière décrite. Dans la balance électronique selon l'invention, l'entrée du convertisseur analogique-numérique peut être raccordée, d'une part, à la sortie de valeurs mesurées du capteur de valeurs mesurées,par l'intermédiaire d'une résis- tance et, d'autre part, à la sortie d'un circuit de mesurage de la température,par l'intermédiaire d'une autre résistance et d'un interrupteur; et ledit interrupteur peut être enclenché (fermé) à des instants déterminés commandés par l'unité numérique de traitement des signaux. L'invention va à présent être décrite plus en détail à titre d'exemple nullement limitatif en regard des dessins représentant schématiquement une balance fonctionnant selon le principe de la compensation électromagnétique des forces et sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale des pièces mécaniques essentielles de la balance et du système électro- nique associé (partiellement sous la forme d'un schéma synop- tique); et la figure 2 est un diagramme de déroulement dans le temps représentant le mesurage et l'interprétation pour la balance selon la figure 1. Sur la figure 1, le récepteur ou capteur de valeurs mesurées parla balance électronique consiste en un récepteur mobile de charges 3 qui supporte un plateau de charge 7 et est relié, par l'intermédiaire de deux bras articulés 5 et 6 constituant un système de guidage parallèle, à une partie 1 de la balance assujettie à son boîtier Les articulations sont formées par des lames de ressort respectives 5 a, 5 b et 6 a, 6 b situées aux extrémités des bras articulés 5 et 6 Le récepteur de charges 3 supporte par un bras en saillie 4 un enroulement 9 qui est en interaction avec le champ d'un système 2 à aimant permanent solidaire du boîtier Un détecteur de positions Il détecte la position du récepteur de charges 3 et, par l'intermédiaire d'un amplificateur de réglage 12, il délivre le courant nécessaire à la compensation de la con- trainte ou charge Ce courant de compensation est distribué à l'enroulement 9 par l'intermédiaire de conducteurs mobiles d'alimentation 10 et il parcourt en même temps une résistance de mesure 13 Une tension de mesurage proportionnelle au cou- rant est captée sur la résistance de mesure 13 et elle est appliquée par l'intermédiaire d'une résistance 14 à l'entrée d'un convertisseur analogique-numérique 15 Le courant traver- sant la résistance 14 représente alors le signal d'entrée du convertisseur analogique-numérique Ce dernier consiste en un intégrateur comprenant un amplificateur opérationnel 16 et un condensateur 17 de réaction ou de réintroduction, ainsi qu'une unité de commande 18 qui ferme périodiquement un interrupteur 20 et délivre ainsi à l'intégrateur 16,17, à partir d'une source 21 de tension de référence et par l'intermédiaire d'une résistance 19, un courant dont la pola- rité est opposée à la polarité du courant de mesure qui traverse la résistance 14 Le taux d'impulsions pour l'inter- rupteur 20 est alors sélectionné par l'unité de commande 18 de telle façon que la valeur moyenne dans le temps des deux 6 2524981 courants traversant les résistances 14 et 19 dans des direc- tions opposées soit égale, si bien que le chargement sur le condensateur de réintroduction 17 ne varie pas en moyenne. Ce taux d'impulsions peut ensuite être numérisé aisément par des impulsions rythmées de haute fréquence Des détails de ce circuit connu à convertisseur analogique-numérique sont décrits, par exemple, dans le document DE-C-2 114 141. La valeur mesurée numérisée provenant du convertisseur analogiquenumérique 15 est prélevée par une unité numérique 22 de traitement des signaux, qui peut être réalisée par exemple sous la forme d'un microprocesseur Ce dernier renferme différents programmes de traitement des valeurs mesurées, comme par exemple un contrôle du point d'arrét ou de stabilisa- tion, une formation de moyennes, un étalonnage, une correction d'erreurs de température, etc Le résultat est introduit dans une mémoire d'affichage et il est affiché dans un dispositif 23 d'affichage numérique. Une sonde thermométrique 27 est prévue sur le capteur de valeurs mesurées en vue de mesurer la température Dans l'exemple illustré, cette sonde thermométrique 27 est fixée au système 2 à aimant permanent En guise de sonde thermomé- tique, on utilise une résistance dépendant de la température o la jonctionp N d'un semi-conducteur dont la tension de conduction est fonction de la température La sonde thermo- métrique 27 est raccordée par une résistance 28 à une source 26 de tension constante Lorsqu'un interrupteur 25 est fermé, la chute de tension dans la sonde thermométrique 27, dépendant de la température, fait passer par une résistance 24 (à haute valeur ohmique) un courant supplémentaire à l'entrée du conver- tisseur analogique-numérique 15 Lorsque l'interrupteur 25 est fermé, la somme des signaux de mesure du capteur 1 à 13 proprement dit de valeurs mesurées et de la sonde thermométri- que 27 est donc appliquée à l'entrée du convertisseur analogi- que-numérique 15, cependant que, lorsque ledit interrupteur 25 est ouvert, seul est appliqué à cette entrée dudit conver- tisseur-analogique numérique le signal de mesure du capteur proprement dit de valeurs mesurées L'unité numérique 22 de 7 2524981 traitement des signaux, qui commande l'interrupteur 25, peut ensuite produire aussi bien le signal de sortie du capteur proprement dit que le signal de sortie de la sonde thermomé- trique 27 Dans ce cas, l'interrupteur 25 peut être réalisé sous la forme d'un relais mécanique, ou bien encore d'un inter- rupteur électronique à transistor à effet de champ A la place d'une seule sonde thermométrique 27 sur le système 2 à aimant permanent, d'autres sondes thermométriques peuvent aussi être branchées les unes derrière les autres en différents endroits du capteur de valeurs mesurées,et la somme des chutes de tension peut être dirigée à l'entrée du convertisseur analogique- numérique 15 par l'intermédiaire de l'interrupteur 25 Cela permet la formation d'une valeur moyenne de la température régnant à l'intérieur des parties essentielles constituant le capteur de valeurs mesurées. Les détails d'un tel processus de mesurage sont repré- sentés sur la figure 2 sous la forme d'un diagramme de déroule- ment dans le temps. En fonctionnement normal, l'interrupteur 25 est ouvert et l'unité numérique de traitement des signaux prélève, du convertisseur analogiquenumérique, une valeur mesurée qui correspond au signal de sortie du capteur de valeurs mesurées proprement dit, elle calcule sur cette base la valeur à affi- cher et elle commande ainsi la mémoire d'affichage et le dispo- sitif de visualisation En même temps, cette valeur mesurée est comparée aux valeurs mesurées antérieures et un contrôle de la stabilisation est ainsi effectué Lorsque, par exemple, une substance est précisément dosée sur le plateau de la balance, ce qui fait qu'il ne se produit aucune stabilisation de la valeur mesurée, l'unité numérique de traitement des signaux demeure en permanence dans cette boucle et elle fait varier en permanence le dispositif d'affichage en fonction du signal de sortie (qui se modifie) du cap)teur de valeurs mesurées A l'achèvement du dosage, plusieurs valeurs mesurées identiques apparaissent successivement, de sorte que le contr 6 le de la stabilisation constate la stabi- lisation Ces valeurs mesurées identiques sont mémorisées en 8 2524981 tant que U O Ensuite, l'unité numérique de traitement des signaux enclenche l'interrupteur 25 et, dans une boucle de réception de valeurs mesurées, elle reste en attente jusqu'à ce que le contrôle de la stabilisation signale de nouveau une stabilisation La nouvelle valeur mesurée est mémorisée en tant que U 1 et l'interrupteur 25 est aussitôt après ramené à sa position normale (position ouverte) La stabilisation est de nouveau attendue dans une boucle de réception de valeurs mesurées et, lorsque cette stabilisation se produit, la valeur mesurée est mémorisée en tant que U 2 L'unité numérique de traitement des signaux vérifie alors si les valeurs mesurées mémorisées U 0 et U 2 différent l'une de l'autre au maximum de 4 d Lorsque l'écart est plus grand, la série totale de mesures n'est pas interprétée car une matière à peser a été vraisemblablement déposée ou enlevée entre-temps Cependant, lorsque l'écart est plus petit, la valeur moyenne 1/2 (U O + U) est calculée et retranchée de la valeur mémorisée U l Cette valeur UT ainsi obtenue repré- sente alors le signal de sortie de la sonde thermométrique 27, elle est mémorisée et utilisée pour calculer les correc- tions à effectuer en fonction de la température VF Pl ctorrc- tions peuvent se rapporter au point zéro, à la sensibilité et/ou à la linéarité Ensuite, une nouvelle valeur mesurée est prélevée du convertisseur analogique-numérique, la valeur affichée qui en est dérivée est calculée et elle est prise en charge par le dispositif d'affichage qui, jusqu'à présent, avait affiché la dernière valeur calculée Un nouveau cycle peut démarrer consécutivement. Ce déroulement qui vient d'être décrit et qui est représenté sur la figure 2 correspond bien sûr au déroulement de base qui doit être complété dans le détail, par exemple par des étages de temporisation, par une limitation des cycles dans les boucles de réception des valeurs mesurées pour U et U 2, etc, ce que chaque spécialiste en traitement de don- nées est aisément à même de réaliser. Naturellement, le circuit qui a été expliqué ci-avant en prenant l'exemple d'une sonde thermométrique peut aussi 9 2524981 être adapté sans difficulté à d'autres détecteurs d'environ- nement comme, par exemple, des détecteurs d'humidité, de pression, d'accélération, d'inclinaison, etc De même, il est aisément possible, en utilisant plusieurs interrupteurs 25, qui sont associés à différentes sondes et qui sont enclenchés en des cycles de mesure se succédant, de capter, de numériser et d'interpréter à des fins de correction ou bien la température régnant individuellement dans plusieurs zones, ou bien plusieurs paramètres différents d'environnement. La saisie individuelle de la température dans plusieurs zones peut être rationnelle lorsque les exigences auxquelles il doit être satisfait sont très grandes, par exemple lorsque la température mesurée dans le système à aimant permanent doit être davantage prise en compte pour corriger la sensibi 7 lité, cependant que la température au voisinage du système de guidage parallèle doit être davantage considérée en vue de la correction du point zéro. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la balance électronique décrite et repré- sentée, sans sortir du cadre de l'invention. 2524981 REVENDICATIONS 1 Balance électronique comportant un récepteur ou capteur de valeurs mesurées qui émet un signal analogique de tension ou de courant, un convertisseur analogique-numéri- que à haute résolution branché en aval, une unité numérique de traitement des signaux se présentant par exemple sous la forme d'un microprocesseur, ainsi que des moyvren eon vue dr corriger des erreurs, dues à la variation de la temptéralure, dmi capteul' de valeurs mesurées, balance caractérisée par le fait qu'elle comporte un interrupteur ( 25) qui, à des instants déterminés commandés par l'unité numérique ( 22) de traitement des signaux, dirige vers l'entrée du convertisseur analogique- numérique ( 15), en plus du signal du capteur ( 1 à 13) de valeurs mesurées, le signal de sortie d'au moins une sonde thermométrique ( 27). 2 Balance électronique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le signal de sortie maximal de la ou des sondes thermométriques ( 27) appliqué à l'entrée du convertisseur analogique-numérique ( 15) est au moins 10 fois plus petit que le signal maximal du capteur ( 1 à 13) de valeurs mesurées. 3 Balance électronique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que l'entrée da convertisseur analogiquenumérique ( 15) est réalisée sous la forme d'une source négative de courant. 4 Balance électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que l'unité numérique ( 22) de traitement des signaux renferme un circuit de contrôle du point d'arrêt ou de stabilisation. Balance électronique selon la revendication 4, caractérisée par le fait que l'interrupteur ( 25), appliquant à l'entrée du convertisseur analogique-numérique ( 15) le signal de sortie d'au moins une sonde thermométrique ( 27) en plus du signal du capteur ( 1 à 13) de valeurs mesurées, n'est enclenché que lorsque le circuit de contrôle de la stabilisation signale une stabilisation. 6 Balance électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que le signal 11 2524981 de sortie de la ou des sondes thermométriques ( 25) est calculé par l'unité numérique ( 22) de traitement des signaux, selon la formule U (U + U) T 1 2 2 -dans laquelle U O représente la valeur de sortie du convertis- seur analogique-numérique avant l'enclenchement de l'interrup- teur ( 25), U 1 représente la valeur de sortie du convertisseur analogique-numérique lorsque cet interrupteur ( 25) est enclenché et U 2 représente la valeur de sortie dudit conver- tisseur analogique-numérique une fois achevé l'enclenchement dudit interrupteur ( 25). 7 Balance électronique selon la revendication 6, caractérisée par le fait que l'unité numérique ( 22) de trai- tement des signaux ne traite la valeur calculée pour le signal de sortie de la ou des sondes thermométriques ( 27) que lorsque U O et U 2 coincident dans les limites d'une certaine tolérance d'erreurs. 8 Balance électronique comportant un récepteur ou capteur de valeurs mesurées qui émet un signal analogique de tension ou de courant, un convertisseur analogique- numérique à haute résolution branché en aval, une unité numérique de traitement des signaux se présentant par exemple sous la forme d'un microprocesseur, ainsi que des moyens en vue de corriger des erreurs de température du capteur de valeurs mesurées, balance caractérisée par le fait que l'entrée du convertisseur analogique numérique ( 15) est raccordée, d'une part par l'intermédiaire d'une résistance ( 14), à la sortie de valeurs mesurées du capteur ( 1 à 13) de valeurs mesurées et, d'autre part, par l'intermédiaire d'une autre résistance ( 24) et d'un interrupteur ( 25), à la sortie d'un circuit ( 26 à 28) de mesurage de la température et par le fait que ledit interrupteur ( 25) est enclenché (c'est- à-dire ft Yrmé) à des instants déterminés commandés par ladite unité numérique ( 22) de traitement des signaux.