Brevet FR2538557A1 — publié le 19840629

La présente invention concerne un dispositif permettant de détecter l'instant auquel la variation dans le temps d'une tension continue atteint une valeur limite. On connait divers dispositifs permettant de détecter le changement de valeur d'une tension, en particulier de détecter le passage à zéro d'une telle tension ou son passage à une valeur prédéterminée. Mais en général ces dispositifs sont très sensibles aux signaux rapides de sorte qu'il déclenchent fréquemment sous l'action de signaux parasites. En outre, aucun ne permet de détecter un changement de pente pour une tension, que ce changement constitue un extremum (minimum ou maximum) ou bien un passage et un maintien à une pente nulle ou à une valeur fixée. C'est le but de la présente invention de permettre d'effectuer une telle détection avec un dispositif simple et pratiquement insensible aux signaux parasites. Pour cela elle prévoit un dispositif de détection du changement de pente d'une tension continue, dite tension d'entréesqui comporte un amplificateur différentiel dont une première entrée est reliée à un circuit suiveur délivrant une tension continue proportionnelle à ladite tension d'entrée et dont la seconde entrée est reliée a un circuit de charge. Le circuit de charge délivre à l'amplificateur une tension dont la variation est proportionnelle à celle de la tension d'entrée quand celle ci varie dans une fourchette donnée et délivre une tension dont la variation est prédéterminée quand la tension d'entrée ne varie plus ou varie hors de ladite fourchette. D'une manière préférentielle, le circuit de charge comporte un condensateur dont la tension de charge constitue la tension de variation prédéterminée délivrée par ledit circuit de décharge, et au moins une diode situeeen amont dudit condensateur. On comprend aisément que, avec un amplificateur différentiel dont l'entrée négative correspond avec le circuit suiveur, le fonctionnement est le suivant. Quant la tension d'entrée croit, la tension délivrée par le circuit de décharge est égale à cette tension diminuée de la tension de seuil de la diode. L'amplificateur, est alors blogué à un certain poten- tiel qui correspond à un premier état. Quand la tension d'entrée décrolt, le circuit de décharge délivre une tension égale à la tension aux bornes du condensateur et celui ci ne peut se décharger du fait de la présence de la diode. Cette tension devient donc supérieure à la tension d'entrée quand celle ci a décru d'une valeur au moins égale à la tension de seuil de la diode. A cet instant, l'amplificateur commute et se bloque à un second potentiel correspondant à un second état. Dans ce premier mode de réa- lisation la fourchette n'a pas de limite supérieure mais est limitée aux valeurs positives. Selon une autre caractéristique, le dispositif selon l'invention est muni d'un circuit permettant son inhibition quand les changements de pente interviennent en deça d'un certain seuil. D'une manière préférentielle, le circuit inhibiteur est constitué par un circuit permettant la décharge du condensateur quand la tension d'entrée est en deça dudit seuil. De préférence, ce circuit comporte une résistance montée en dérivation dudit condensateur et associée à une moyen de mise hors circuit commandé par un circuit d'armement à seuil avec remise à zéro. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le circuit de décharge comporte en outre un circuit de mise en court circuit de la diode à des instants prédéterminés et la tension de variation proportionnelle à la tension d'entrée est une tension variable dont les maxima sont sensiblement égaux à la tension d'entrée dont les minima sont inférieurs à la meme tension d'une valeur au moins égale à la tension de seuil de la diode. Dans ce second mode, la fourchette est limitée inférieurement par une valeur positive ou nulle. Le dispositif selon l'invention trouve une application particulièrement intéressante lorsqu'il est utilisé en combinaison avec un viscosimètre puisqu'il permet de détecter le passage de la bille en un point haut et en un point bas avec une précision maximale. Donc, l'invention prévoit aussi un dispositif de mesure de viscosité d'un fluide par mesure de la vitesse de déplacement d'une masse étalonnée dans ledit fluide, ledit dispositif comportant essentiellement une corps muni d'un alésage cylindrique susceptible de recevoir ledit fluide et ladite masse et comportant aussi des repères et des moyens permettant la mesure de l'intervalle séparant les temps de passage de ladite masse devant chaque repère. Il est caractérisé en ce que les repères inférieurs et supérieurs comprennent chacun un enroulement inducteur et un enroulement induit, les enroulements inducteurs étant montés en série et alimentés par une tension alternative, lesdits enroulements induits étant montés en série et de telle sorte que les tensions qui y sont générées sont en opposition de phase.Les moyens de mesure de l'inter- valle de temps sont constitués par un dispositif de détection tel que défini plus haut et pour lequel la valeur basse de la fourchette est zéro. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante de deux modes de réalisation et d'une application particulière, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention - la figure 2a représente la tension à surveiller en fonction du temps - la figure 2b représente l'état activé ou inhibé du circuit. - la figure 2c représente les tensions aux entrées de l'am plificateur différentiel - la figure 2d représente l'état de la sortie du même ampli ficateur, --la figure 3 représente un second mode de réalisation de l'invention - les figures 4a, 4b et 4c représentent respectivement les tensions aux entrées de l'amplificateur différentiel, l'état des diodes du circuit chargeur et l'état de la sor tie dudit amplificateur, dans le cas de ce second mode de réalisation - la figure 5 représente un viscosimètre mettant en oeuvre le dispositif selon l'invention, - la figure 6 représente le montage des bobines du viscosi mètre, - la figure 7 représente l'excursion de la tension à la sortie dudit viscosimètre après amplification et redresse ment - la figure 8 représente le dispositif selon l'invention mis en oeuvre dans ledit viscosimètre. Le circuit représenté figure 1 permet de détecter le maximum d'une tension d'entrée Ve appliquée à la borne (1). Ce circuit comprend un circuit suiveur (2) un circuit de charge (3), un amplificateur différentiel (4), un circuit d'armement à seuil avec remise à zéro (6) Le circuit de charge (3) comporte une diode (8), un condensateur (5), une résistance (7) montée en dérivation du condensateur (5) et un contact(9) actionné par un relais électromagnétique (15).Le circuit d'armement et de remise à zéro (ó) comporte un amplificateur différentiel (10), un pont de résistances (11) et (12). La sortie de 1 t amplificateur (10) est connectée à la base (13) du transistor (14) dont le collecteur est monté en série avec le relais électromagnétique (15) et une source de potentiel positif (16) - Les résistances (11) et (12) sont mises sous tension par la borne (17). Sur cette figure, le contact (9) est représenté dans son état "Repos"(ferme). Le fonctionnement du dispositif représenté figure 1 est expliqué ci-dessous à l'aide des figures 2a à 2d. La tension d'entrée Ve dont on veut détecter le maximum est représentée sur la figure 2a par le repère (20) - Cette tension est appliquée à l'entrée négative de l'amplificateur différentiel (10). Sur l'entrée positive est appliquée une tension de seuil du dispositif Vs (21) dont la valeur est ajustée par les résistances (11) et (12) Quand la tension Ve est inférieure à la tension (21), la sortie de l'amplificateur (10) est à une valeur fixe de sorte que le transistor (14) n'étant pas conducteur, le relais (15) est au repos et l'interrupteur (9)- fermé. Le condensateur (5) est donc en dérivation sur la résistance (7). Quand la tension Ve devient supérieure à la tension de seuil (21), le signal de l'amplificateur va passer à un potentiel négatif de sorte que le contact va être établi dans le relais (15) ce qui entraîne alors l'ouverture de l'interrupteur (7) (instant tl sur la fig. 2b). Quand la tension (20) va redevenir inférieure à la tension de seuil (21), l'amplificateur (10) commute, l'interrupteur se referme créant ainsi un circuit de décharge pour le condensateur (5) (instant t2 sur la figure 2b). Sur la figure 2b, l'état 1 représente l'état ouvert pour l'interrupteur (9) et l'état 0 représente l'état fermé. Dans l'intervalle tl-t2 et avant que la tension Vo ne passe par un maximum, la tension V donnée par le circuit de charge est égale à la tension Vo moins la tension de seuil de la diode (8). La tension V+ donnée par le circuit suiveur est égale à la tension Vo. Ces deux tensions sont représentées sur la figure 2c. La sortie de l'amplificateur (4) reste bloquée à une tension positive et, au fur et à mesure que Ve augmente, le condensateur (5) se charge. Quand la tension Vo passe par son maximum Vmax à l'instant tmax, la tension à l'entréenegativedellamplificateur (4) est maintenue fixée à sa valeur maximale par le condensateur (5) qui ne peut se décharger du fait de l'état ouvert de l'interrupteur (9) et de la présence de la diode (8).Cette tension est représentée en pointillé sur la figure 2c par une portion de droite (22). En réalité, cette droite a une pente non nulle et légèrement négative. Cette pente est fonction des caractéristiques du condensateur (5). La commutation de l'amplificateur se produit avec un certain retard notent sur la figure 2d, et qui est égal à la somme d'un retard do à la diode et d'un retard dû à la pente de la droite (22). Ce retard est faible et parfaitement déterminable en fonction de la tension de seuil de la diode (8) et des paramètres intrinsèques du condensateur (5). Au fur et à mesure que la tension Vo décroit, la tension V reste égale à la tension du condensateur jusqu'à ce que Vo redevienne inférieure à la tension de seuil (instant t2)pour laquelle l'interrupteur (9)se referme et permet la décharge du condensateur à travers la résistance (7). La tension V varie alors selon la courbe représentée figure 2c, repère (23le L5amplificateur (10) va commuter à l'instant t3 pour lequel V rejoint Vo. Le dispositif est alors de nouveau prêt pour une nouvelle détection. On a représenté sur la figure 3 un second mode de réalisation de l'invention selon lequel le dispositif permet la détection d'une pente nulle pour la tension Sur cette figure, les mêmes éléments que ceux de la figure 1 sont représentés par les mêmes repères. Le circuit chargeur (3) comporte, en plus des éléments communs à ceux du circuit représenté sur la figure 1, une diode (8bis) montée en série avec la diode (8) et un circuit (30) de shuntage. Les diodes (8) et (8bis) ont été choisies de façon à avoir les mêmes caractéristiques. Le circuit (30) de shuntage comporte un contact automatique (31) permettant la mise en court circuit des diodes (8) et (8'). Le contact (31) est commandé par une horloge (32). L'horloge (32) est reliée au relais électromagnétique (13) du circuit d'inhibition de telle sorte qu'elle ne délivre aucune impulsion de commande du contact (31) quand la tension d'entrée Vo est inférieure à la tension de seuil du dispositif (21). Le circuit suiveur (2) comporte aussi deux diodes (70), (71) montées têtes btechesen parallèle. Ces diodes ont été choisies identiques aux deux diodes (8) et (8'). Le circuit représenté fonctionne de la manière suivante - Pour les valeurs de la tension d'entrée Vo supérieures à la tension de seuil Vs du circuit, l'horloge (32) et le contact (9) sont activés par le relais(15). Le contact (9) est alors en position ouverte. L'horloge (32) active périodiquement le contact (31) de sorte que les diodes (8) et (8') sont périodiquement court-circuitées ainsi que représenté sur la figure 4b. Dans l'état 0, les diodes (8) et (8') sont en circuit. Dans l'état 1, elles sont court-circuitées. A chaque instant, c'est à dire indépendamment de l'état activé ou non du contact (31), la tension V+ délivrée à l'entrée positive de l'amplificateur (4) est égale à Vo-Vd, Vd représentant la tension de seuil des diodes (70)et(71)qui est identique à celles des diodes (8)et(8bis),et Vo la tension d'entrée. V+ est représentée par le repère (100) sur la figure 4a, alors que Vo est représentée par le repère (101). Quand Vo est supérieure à la tension detseuil du circuit et que les diodes sont dans leur état 19 la tension V (99)à l'entrée négative de l'amplificateur (4) est égale à Vo. A l'instant (ti) où l'horloge commute et passe de l'état 1 à l'état 0, les diodes sont remises en circuit, la tension V est maintenue égale à la tension Vo (ti) par l'action du condensateur (5), qui n'est plus à la masse puisque le contact (7) est ouvert. A l'instant t' où la tension Vo (ti) est rattrapée par la tension Vo (t') -2Vd, la tension V prend la valeur Vo (t')-2Vd. Entre l'instant ti et t', la tension V passe donc de la valeur Vo (ti) à Vo (t')-2Vd, elle devient donc inférieure à V qui est égale à Vo (t')-Vd de so-rte que l'amplificateur (4) commute, à l'instant noté (t) sur la figure 4c. A l'instant t (i+l) où l'horloge recommute, les diodes sont mises hors circuit et la tension V redevient égale à Vo avec un décalage dans le temps qui est fonction des caractéristiques du condensateur (5). Avant de re-devenir égale à Vo, la tension V redevient supérieure à V+ = Vo-Vd de sorte que l'ampli (4) commute, La figure 4c représente l'état de la sortie de l'amplificateur (4). On voit que la commutation se fait avec une période identique à celle de l'horloge (32) mais que le rapport entre l'alternance positive et l'alternance négative est fonction de la pente de Vo ainsi qu'il sera expliqué plus loin. Si Vo ne croIt plus, ou croit an dessous d'une pente limite, les tensions telles que Vo (ti) ne peuvent plus devenir inférieures à Vo (t) - Vd de sorte que l'amplificateur (4) ne va plus commuter et il restera bloqué à sa valeur de sortie négative. La pente limite pour laquelle l'amplificateur(4) ne commute pas est celle pour laquelle l'accroissement de la tension VO entre (ti)et(ti+l)ne permet pas à Vo(ti+l)-Vd de rat- traper Vo(ti)puisqu'alors l'horloge va mettre les diodes en cours circuit avant que V ne soit redevenue inférieure à V Cette pente limite est donc facilement déterminable par le calcul en fonction de divers paramètres du circuit,en particulier des tensions -de seuil des diodes (8) et (8')et de la période de commutation de l'horloge.De façon à agir sur cette pente limite et à choisir alors la valeur de la pente que l'onveut détecter,on peut agir sur tout moyen permettant de diminuer l'écart existant entre Vo(ti+l)-Vd et Vo(ti).On peut par exemple prévoir d'utiliser plusieurs diodes en série avec (8) et(81) ou encore de disposer un pont de résistances sur le circuit suiveur(2) 1,ou tout dispositif à sens unique et à seuil. Quand les commutations de l'horloge ont lieu pour des valeurs de Vo inférieures à la tension de seuilXla résistance (7)est à la masse,l'horloge garde l'état zéro et le circuit (30)est inhibé.Quelles que soient les variations de la tension d'entrée Vo,la tension V garde sa valeur(Vo-Vd)et V-garde sa valeur (Vo-2Vd).La sortie de l'amplificateur(4)re'.sta:doncblo quée quelles que soient les variations de la tension. Le dispositif représenté sur la figure 3 permet dononon seulement de détecter l'instant auquel la variation d'une tension devient nulle mais aussi l'instant auquel cette variation attend une valeur limite,que cette valeur soit une limite inférieure ou une limite supérieure. Un autre avantage de ce dispositif réside dans la possibilité qu'il offre de déterminer la valeur de la pente de variation d'une tension puisque le rapport entre l'alternance positive et l'alternance négative du signal de sortie del'amplificateur est fonction de cette pente.En se référant aux figures 4a, b et c,on voit que si la pente augmente,l'instant (t)se rapproche de (ti)et donc que la valeur en temps de l'alternance négative diminue -I1 suffira done,pour mesurer la valeur de la pente,d'associer à l'amplificateur(4)à un dispositif usuel permettant de calculer ce rapport.De plus,pour les deux modes de réalisation ci-dessus illustrés,l'instant auquel la tension passe par un maximum ou celui auquel sa variation atteint une valeur donnée est déterminée avec un retard qui est fixe et parfaitement calculable en fonction des caractéristiques du circuit. On a représentéS schématiquement sur la figure 5 un viscosimètre utilisant une dispositif de détection de maximum selon l'invention. Ce viscosimètre(50)représenté est constitué par un tube (51)comportant un alésage cylindrique interne(52) et deux alésages externes et circulaires(53)et(54)situés respectivement en haut et en bas du tube (51). Dans les alésages(53)et (54)sont placées des bobines d'enroulements(56)et (57)dont le montage est représenté figure(6).Ces bobines sont montées en opposition de phase. Chaque bobine comporte un enroulement inducteur(60) (61) et un enroulement induit(62)(63).Les enroulements(60) (61)sont alimentés par une tension Vlalternative et la tension V2induite dans les' enroulements(62) (63)est reçue aux bornes (64). Pour étudier la viscosité d'un,fluide,on remplit l'alèsage(52)de ce fluide et on laisse tomber à l'intérieur une bille de caractéristiques données.la vitesse de chute de la bille est fonction de la viscosité du fluide à étudier. La tension V2aux bornes(64)est amplifiée de sorte à obtenir la courbe(65)rapre'sentée figure 7.Sur cette courbe,on remarque les maxima(66) et {67)correspondant aux passages de la bille devant les enroulements supérieur et inférieur.0n note d'autre part que ces maxima sont entourés d'une pluralité de signaux parasites (68)et (69). Sur cette figure,on a représenté une tension de seuil Vs permettant de ne pas prendre en compte ces signaux parasites. Le dispositif selon l'invention utilisé pour cette application est représenté figure 8eI1 permet de détecter les maxima(66) et (67). Sur cette figure,les éléments identiques à ceux de la figure 1 portent les memes repères. Le circuit suiveur(2)comporte un condensateur(131)etune résitance (137) en dérivation. Il comporte aussi un amplificateur(103)de gain égal à l,des résistances(104)et(110),Un pont de résistances(105)et (106)permettant de faire intervenir une chute de potentiel sur le circuit suiveur. Cette dernière est donc fonction de Vouge pont(105),(106) constitue alors un autre mode de fonctionnement du dispositif qui,après réglagespermet d'agir sur l'écart entre les tensions d'entrée positive et négative de l'amplificateur(4).le circuit de charge comporte, en plus des éléments de lafigure l,un am plificateur(106)monte en parallèle avec la résistance(107),et deux résistances(1O8)et (P09). Le circuit d'armement et de remise à zéro(6)comporte en outre le condensateur(120),les résistances(121) (122). La tension aux bornes(64)est amplifiée par l'amplifi- cateur(125)monté en non inverseur puis redressée par axa diode (127).Un potentiomètre(l28)permet le réglage du gain de l'amplificateur (125). La sortie de lgamplificateur(4)est connectée à la base de transistortl40)via la résistance(l4l).Le transistor(l40) actionne un relais(l42)par l'intermédiaire dun circuit Rc en parallèle(l43).Le relais(142)commande un dispositif de chro nométrage non représenté. Le dispositif ainsi représenté va donc déclencher 9 par l'intermédiaire du relais(l42),la mise en route du dispositif de chronométrage quand la masse passe en face des enroule mentis supérieurs et l'arrêt du meme dispositif quand cette masse va passer en face des enroulements supérieurs.Du fait que les décalages entre l'action du relais et le passage au maximum de la tension d'entrée sont constants et ne dépendent que du montage,le dispositif peut avantageusement être utilisé pour des mesures de précision. En outre,le circuit dSinhibition permet de ne pas prendre compte les signaux parasites intervenant aux alentours de ces maxima. Mais l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits.Elle englobe au contraire toutes les variantes. On peut en particulier imaginer tout mode de traitement du signal de l'amplificateur différentiel(4).Il est bien évident aussi que le dispositif selon l'invention n'est pas limité à la surveillance de tensions positives ou de maxima comme représenté sur les dessins annexés mais qu'il peut être utilisé pour la surveillance de tensions négatives et/ou des minima. Pour cela il suffit d'agir sur la tension en amont du dispositif pour l'inverser et/ou transformet les minima en maxima. REVENDICATIONS REVENDICATION5 1 - Dispositif de détection de l'instant. auquel la variation dans le temps d'une tension d'entrée continue atteint une limite, caractérisé en ce qu'il comprend un amplificateur différentiel monté en comparateur dont une première entrée est reliée à un circuit suiveur délivrant une tension continue proportionnelle à ladite tension d'entrée et dont la seconde entrée est reliée un circuit de charge délivrant une tension dont la variation e-st proportion nelle à celle de la tension d'entrée et délivrant une tension dont la variation est prédéterminée quand la tention d'entrée varie. 2 - Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que le circuit de charge comporte au moins une diode et un condensateur dont la tension de charge constitue la tension de variation prédéterminée délivrée par ledit circuit de décharge. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de charge comporte un circuit de mise en court circuit d'au moins une des dites diodes à des instants prédéterminés. 4 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit d'inhibition permettant de ne prendre en compte que les changements de pente qui inter viennent au dessus d'un certain seuil de la tension d'entrée. S - Dispositif selon les revendications 2 et 4, caractérisé en ce que ledit circuit d'inhibition comporte des moyens permettant la mise à-la masse du condensateur quand la tension d'entrée est au dessous dudit seuil. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérise en ce que lesdits moyens comportent une résistance montée en dérivation dudit condensateur et associée à des moyens de mise hors circuit commandés par un circuit d'armement à seuil avec remise à zéro. 7 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ceque le circuit de mise en court-circuit d'au moins une des diodes à des instants prédéterminés comporte un contac teur monté avec ladite diode et une horloge de commande du contacteur. 8 - Dispositif selon les revendications 6 et 7, caractérisé an ce que ladite horloge est commandée -par ledit circuit d'armement à seuil avec remise à zéro de façon à ne pas délivrer d'impulsion quand la tension d'entrée est en dessous dudit seuil. 9 - Dispositif de mesure de la viscosité deun fluide par mesure de la vitesse de déplacement-d'une masse étalonnée dans ledit fluide, ledit dispositif comportant essen tiellement un corps muni dun alésage cylindrique suscep tible de recevoir ledit fluide et ladite masse et compor tant des repères et des moyens permettant la mesure de l'intervalle séparant les temps de passage de ladite masse devant chaque repère, caractérisé en ce que les repères sont constitués par un repère supérieur et un repère inférieur et comprennent chacun un enroulement inducteur et un enroulement induit, les enroulements inducteurs étant montés en série et alimentés par une tension alter native, les dits enroulements induits étant montés en série de celle sorte que les tensions générées dans les enrou lements induits sont en opposition de phase,, lesdits moyens de mesure de l'intervalle de temps étant constitués par un dispositif de détection selon l'une des revendi cations 1, 2 ou 3 permettant la détection des instants pour lesquelles la tension induite est maximale.