Brevet FR2556464A1 — publié le 19850614

DISPOSITIF DE COMPENSATION EN TEMPERATURE D'UN CAPTEUR ET SON PROCEDE D'AJUSTAGE. La présente invention concerne un dispositif de compen- sation en température d'un capteur alimenté en courant continu et convertissant une grandeur physique en une tension continue, suivant lequel la résistance interne et la sensibilité du capteur varient dans des sens opposés en fonction de la température, ainsi qu'un pro- cédé d'ajustage d'un tel dispositif de compensation. De tels dispositifs sont connus qui utilisent un ou plusieurs composants externes sensibles à la tempéra- ture, par exemple une thermistance associée à une résistance, dont la résistivité en fonction de la tem- pérature est adaptée aux caractéristiques préalable- ment déterminées du capteur pour compenser les varia- tions de gain de celui-ci en fonction de la température. Ces dispositifs de l'art antérieur sont peu commodes à mettre en oeuvre car ils nécessitent de nombreux ajus- tages et manquent souvent de précision, lors des fonc- tionnements transitoires, à cause des composants externes qui présentent des temps de réponse en tempé- rature différents de celui du capteur. L'invention vise à éliminer ces inconvénients au moyen d'un dispositif qui soit simple à réaliser tout en étant précis et efficace. A cet effet, elle a pour objet un dispositif de compen- sation en température d'un capteur alimenté en courant continu et convertissant une grandeur physique en une tension continue suivant lequel la résistance interne 49398 1 167G et la sensibilité du capteur varient dans des sens opposés en fonction de la température, ledit disposi- tif de compensation comprenant au moins un élément résistif associé au capteur, caractérisé en ce que l'élément résistif est une résistance fixe montée en parallèle avec le capteur et dont la valeur (R) est choisie telle que le coefficient en température de la sensibilité globale (i) du circuit comprenant la résistance montée en parallèle avec le capteur est égal en valeur absolue et de signe opposé au coeffi- cient en température de la sensibilité du capteur (4s), le dispositif de compensation comprenant également une source de courant constant alimentant ledit circuit parallèle et un pont diviseur de rapport K pour sous- traire de la tension de sortie (Vd) du capteur une fraction prédéterminée (Vcorr) de la tension (Vcap) aux bornes du circuit parallèle. On constate que ce dispositif utilise directement comme information tem- pérature, pour compenser la tension de sortie du cap- teur, les variations de tension à l'entrée du capteur alimenté à courant constant, variations qui sont corrigées par la résistance extérieure en parallèle. Il en résulte un montage particulièrement simple et précis en fonctionnement transitoire puisqu'on évite l'emploi diune thermistance dont le temps de réponse en température peut difficilement être identique à celui du capteur. L'invention a également pour objet un procédé d'ajus- tage du dispositif tel que défini ci-dessus, caracté- risé en ce qu'on applique la tension de sortie (Vd) du capteur entre les entrées négative et positive d'un amplificateur différentiel et on applique ladite frac- tion (Vcorr = K Vcap) de la tension (Vcap) aux bornes 49398 11676 - 3 du circuit parallèle à l'entrée négative dudit ampli- ficateur, on règle initialement le rapport (K) du pont diviseur à la valeur zéro, on mesure la-tension (Vcap aux bornes du circuit parallèle et la tension (Vs) à la sortie de l'amplificateur respectivement à des températures T1 et T2 choisies en fonction des carac- téristiques et de la zone de fonctionnement en tempé- rature du capteur, on calcule un rapport K tel que: Vs (T2) - Vs (T1) K = o G [V vJ cap (T2) - cap (T1)] G est le gain de l'amplificateur, et on assigne au pont diviseur ladite valeur (K) calculée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de sa réalisation donné uniquement à titre d'exemple et illustré par le dessin annexé sur lequel la figure unique est un schéma électrique d'un dispo- sitif de compensation de température associé à un capteur. En se référant à la figure unique, le dispositif com- prend un générateur 1 de courant constant I alimen- tant un circuit 2, constitué du montage en parallèle d'un capteur 3 et d'une résistance 4 de valeur ohmique R, ainsi qu'un circuit 5 représentant un pont diviseur de rapport K. Le capteur 3 peut être de type piézo- résistif ou analogue, par exemple un capteur de pres- sion du type MPX 100 de la Société MOTOROLA. La tension Vcap développée aux bornes du circuit 2 et cap appliquée au circuit 5 est divisée dans le rapport K 49398 1676 par ce dernier qui engendre une tension Vcorr. La ten- sion Vcorr est appliquée à l'entrée négative d'un corr amplificateur différentiel 6 du type opérationnel qui reçoit par ailleurs entre ses entrées négative et positive la tension différentielle de sortie Vd du capteur 3. L'amplificateur différentiel 6 produit à sa sortie une tension V qui représente la tension de s sortie compensée en température du capteur 3. L'ampli- ficateur 6 présente une entrée 7 de réglage de gain, une entrée 8 de réglage de zéro à laquelle la tension Vref est appliquée par l'intermédiaire d'un pont divi- seur 9 de rapport kl, et une entrée 10 d'alimentation à laquelle est appliquée la tension Vref. Cette ten- sion Vef sert également à alimenter le générateur 1 de courant constant par une entrée 11. Enfin, les cir- cuits 1, 2, 5 et 6 sont connectés à la masse. Le capteur 3 possède deux paramètres, à savoir une résistance interne R et une sensibilité S en pression c ou autre grandeur physique à mesurer, qui évoluent en fonction de la température de quantités non nécessai- rement égales mais en sens opposés. En fonctionnement, l'alimentation à courant constant du générateur 1 per- met de sommer les variations de sens opposés et, par conséquent, de minimiser la dérive en température, puisque la perte de sensibilité du capteur est limitée par l'élévation de la tension d'alimentation due à l'élévation de la résistance R avec la température. C D'autre part, la résistance 4, qui possède son propre coefficient de température, permet pour une certaine valeur ohmique de rendre les variations des deux para- mètres égaux en valeurs absolues. 49398 1 167! - 5 - Si l'on désigne par: A le coefficient en température de la résistance 4 en parallèle; le coefficient en température de la résistance C interne du capteur 3; s le coefficient en température de la sensibilité du capteur, la valeur R de la résistance 4 permettant d'annuler les variations du premier ordre en température peut se calculer comme indiqué ci-après. étant le coefficient en température de la résistance globale du circuit 2 résultant de la mise en parallèle du capteur 3 avec la résistance 4, on a: i cR +O r Rc d'o " sens opposé aux variations en température de la sensi- bilité du capteur, on a: i -= s d'o, (s +) R= -R c (s + 4c) s c On décrira maintenant le procédé qui permet de choisir le rapport K de manière à minimiser l'erreur en 49398 11676 -6- fonction de la température de la relation entre la tension de sortie Vset la grandeur physique mesurée par le capteur 3, par exemple la pression. Si on appelle G le gain de l'amplificateur 6 entre ses entrées Vcorr et Vd d'une part et sa sortie Vs d'autre part, on peut écrire: Vs = G Vd - K G Vcap - V (1), relation dans laquelle V0 est la tension constante égale à klVref appliquée à l'entrée 8 de l'amplifica- teur. Si l'on choisit K = 0 et que l'on mesure la tension d'alimentation du capteur Vcap et la tension de sortie Vs de l'amplificateur 6 à une température T1 puis à une température T2, on dispose des valeurs Vs (T 2' dspos desvalers s 2 1 2 1 Si l'on choisit maintenant une valeur de K pour laquelle la tension de sortie V de l'amplificateur 6 est iden- s tique à la température T et à la température T2, on peut écrire: G[V-J- G[-VJ03 G [Vd (T2) d (T 1)] [ cap (T2) cap (T1) 0 (3) En combinant (2) et (3), on obtient: Vs (T2) - Vs (T1) K = (4) [Vcap (T2) cap (T1) 2 4939 167 49398 11676 7- On constate que le procédé de détermination du rapport K est particulièrement simple puisqu'il consiste uni- quement à mesurer initialement, pour un rapport K égal à zéro, les tensions Vs et Vcap à des températures T2 et T1, à calculer ensuite la valeur de K conformément à la formule (4), et à assigner au pont diviseur 5 la valeur K ainsi calculée. Les températures T2 et T1 sont choisies en fonction des caractéristiques et de la zone de fonctionnement du capteur considéré de manière à minimiser l'erreur en fonction de la température dans cette zone de fonc- tionnement. C'est ainsi que, par exemple, dans le cas du capteur MOTOROLA M PX 100 A précité, pour une zone de fonctionnement comprise entre O et 80 C, on choi- sira des températures T1 et T2 égales respectivement à C et 60 OC. On notera par ailleurs qu'il est souhaitable de choi- sir le générateur de courant constant 1 de manière telle que les variations de la tension d'alimentation Vref entraînent des variations directement proportion- nelles du courant I fourni au circuit 2, c'est-à-dire que Vref = k2 Io. On réalise ainsi un dispositif de type ratiométrique, c'est-à-dire que les variations de Vref entraînent des variations directement propor- tionnelles de V. Si d'autres circuits d'exploitation s de la tension V sont disposés en aval du circuit s décrit, il est alors aisé, en les alimentant avec la tension Vref, de s'affranchir des erreurs que pour- raient entraîner les variations de cette dernière. Il ressort de ce qui précède que le dispositif et le procédé de réglage décrits peuvent être appliqués 49398 1 1676 - 8 - industriellement en grande série puisqu'ils ne néces- sitent le réglage que du paramètre K, la valeur R de la résistance 4 étant définie pour un type de capteur 3 donné. 49398 1674 -9-_ REVENDICATIONS 1. Dispositif de compensation en température d'un cap- teur alimenté en courant continu et convertissant une grandeur physique en une tension continue suivant le- quel la résistance interne et la sensibilité du cap- teur varient dans des sens opposés en fonction de la température, ledit dispositif de compensation compre- nant au moins un élément résistif associé au capteur, caractérisé en ce que l'élément résistif (4) est une résistance fixe montée en parallèle avec le capteur et dont la valeur (R) est choisie telle que le coeffi- cient en température de la sensibilité globale (à) du circuit comprenant la résistance (4) montée en paral- lèle avec le capteur (3) est égal en valeur absolue et de signe opposé au coefficient en température de la sensibilité du capteur (i s), le dispositif de compen- sation comprenant également une source de courant constant (1) alimentant ledit circuit parallèle (2) et un pont diviseur (5) de rapport K pour soustraire de la tension de sortie (Vd) du capteur (3) une fraction prédéterminée (Vcorr) de la tension (Vcap) aux bornes du circuit parallèle (2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur ohmique (R) de la résistance (4) est choisie telle que: R= -Rc ( s + 4 r), (( s + c;c) relation dans laquelle: - R est la résistance interne du capteur; C 49398 11076 2556464- - 10 - r est le coefficient en température de la résis- tance fixe (4) - est le coefficient en température de la résis- c tance interne Rc du capteur (3); - est le coefficient en température de la sensibi- lité du capteur (3). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que la tension de sor- tie (Vd) du capteur (3) est appliquée entre les entrées négative et positive d'un amplificateur opéra- tionnel (6) de type différentiel et la fraction (V = K Vcap) de la tension (Vcap) aux bornes du (corr = cap) elatninVcap) onsd circuit parallèle (2) est appliquée à l'entrée néga- tive dudit amplificateur (6). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le courant (Io) délivré par la source (1) et la o tension (V0)de réglage de zérode l'amplificateur (6) sont directement proportionnels à une tension de réfé- rence (Vref). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 3 et 4, caractérisé en ce que le rapport K a pour valeur: s (T2) s (T1) K =, o - [Vcap (T2) - Vcap (T1) - G est le gain de l'amplificateur 6; - Vs (T2), Vs (T1), Vcap (T2), Vcap (T1) représentent les tensions à la sortie de l'amplificateur (6) et 49398 11676 - il - aux bornes du circuit parallèle (2) mesurées respec- tivement à des températures T2 et T1 pour une valeur du rapport K égale à zéro. 6. Procédé d'ajustage d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on applique la tension de sortie (Vd) du capteur entre les entrées négative et positive d'un amplifica- teur différentiel (6) et on applique ladite fraction (Vcorr = K Vcap) de la tension (Vcap) aux bornes du circuit parallèle (2) à l'entrée négative dudit ampli- ficateur (6), on règle initialement le rapport (K) du pont diviseur (5) à la valeur zéro, on mesure la ten- sion (V cap) aux bornes du circuit parallèle (2) et la cap tension (Vs) à la sortie de l'amplificateur (6) res- pectivement à des températures T et T2 choisies en fonction des caractéristiques et de la zone de fonc- tionnement en température du capteur, on calcule un rapport K tel que: V Vs K = s (T2) s (T) K 2 1 ou Vcap (T2) cap (T) G est le gain de l'amplificateur (6), et on assigne au pont diviseur (5) ladite valeur (K) calculée. 49398 1 16]