Brevet FR2562355A1 — publié le 19851004

L'invention est relative à un simulateur électronique de résistance variable, destiné en particulier à constituer une résistance de référence pour contrôler des appareils de mesure ou simuler de façon précise le comporte- ment d'un élément résistif donné. I1 est déjà connu de réaliser des résistances variables.Des résistances variables programmables sont par exemple obtenues en combinant un lot de résistances de référence à l'aide de contacteurs commandés par un microprocesseur. Une telle solution se heurte à des problèmes technologiques importants au niveau des constacteurs nécessaires. En effet, les relais utilisés habituellement dans ces contacteurs présentent des résistances de contact qui sont de l'ordre du milliohm. Or, si l'on souhaite simuler des résistances telles que des thermistances ou des sondes au platine, l'utilisation de ces relais est prohibée dans la mesure où la précision des résistances à simuler est justement de l'ordre du milliohm. On a par ailleurs cherché à réaliser des résistances variables par des moyens électroniques. Toutefois, la précision et la stabilité limitées de ces résistances n'ont pas permis de les utiliser en tant que résistances de référence. De plus, ces résistances ne sont pas programmables. Un des buts de la présente invention est de réaliser une résistance variable de précision par des moyens électroniques. Un autre but de l'invention est de réaliser une résistance variable de précision disposée au bout de câbles de liaison, afin de faciliter son raccordement sur un circuit. Un autre but de la presente invention est de réaliser une résistance variable de précision qui est programmable. La solution selon l'invention procède de l'idée que, pour réaliser une résistance apparente aux bornes d1un simulateur de résistance branché sur un circuit extérieur, on mesure le courant absorbé par ce simulateur et l'on impose à ses bornes une tension égaleau produit du courant mesuré par la valeur de la résistance apparente souhaitée. Selon la loi d'Ohm, le rapport d'une telle tension au courant absorbé définit la résistance du simulateur1 qui est donc égale à la valeur souhaitée. A cet effet, on utilise un simulateur électronique de résistance variable permettant d'obtenir une résistance ajustable entre ses bornes, qui comprend, selon l'invention a) une résistance de référence pouvant être alimentée en courant par le circuit extérieur par l'intermédiaire de la première borne du simulateur, b) un filtre comprenant une résistance et une capacité assemblés en série, c) un commutateur inverseur électronique permettant d'appliquer aux bornes du filtre la tension apparaissant à l'une des bornes de la résistance de référence pendant une partie réglable de la période d'un cycle répétitif1 et la tension apparaissant à l'autre borne de la résistance de référence pendant l'autre partie de la période de ce cycle, et d) un amplificateur adaptateur d'impédance de gain unité pour transmettre à la deuxième borne du simulateur la tension existant aux bornes de la capacité. Avantageusement, le simulateur comprend un autre amplificateur pour transmettre la tension existant aux bornes de la résistance de référence, au commutateur inverseur électronique. D'autres détails et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit de plusieurs modes de réalisations préférés donnés à titre d'exemples non limitatifs, en regard des figures annexées, sur lesquelles Les figures 1 à 3 représentent respectivement les schémas de trois simulateurs selon l'invention. La figure 4 représente le schéma d'un circuit de commande pour le commutateur inverseur électronique. La figure 5 représente une variante du commutateur inverseur des figures 1 à 3. Le simulateur de la figure 1 comporte un premier amplificateur adaptateur d'impédance A1 de gain unité, ou amplificateur suiveur, dont l'entrée positive est reliée à la borne 1 du simulateur, et dont l'entrée nega- tive est reliée à la sortie 3 de l'amplificateur A1. Entre la borne 1 et le commun du circuit, c'est-à-dire en parallèle sur l'entrée positive de l'amplificateur A1, est branchée une résistance de référence e . Le simulateur comporte par ailleurs un filtre r,c comprenant une résistance r et une capacité c assemblés en série, la capacité c étant reliée au commun.Un commutateur inverseur électronique K connu en lui-meme et non représenté en détail permet de relier la borne libre 5 de la résistance r, soit à une borne 4 reliée au commun pendant une partie réglable t de la période T d'un cycle répétitif, soit à la sortie 3 de l'amplificateur A1 pendant liau- tre partie de la période T. La borne 6 de la capacité c non reliée au commun est raccordée à l'entrée positive d'un deu- xième amplificateur suiveur A2 dont l'entrée négative est reliée à la sortie de l'amplificateur A2 qui est confondue avec la borne 2 du simulateur. Le circuit de la figure 1 permet d'obtenir une résistance apparente R qui est une fonction de deux parambt tres fixes p et T, et d'un paramètre réglable t.Lorsque le simulateur de la figure 1 est alimenté par le circuit extérieur non représenté auquel il est branché par ses bornes 1, 2, il consomme un courant I absorbé par la résistance de référence F > . La tension A.i aux bornes de cette résistance se retrouve à la sortie 3 de l'amplificateur suiveur A1. Cette tension est découpée par le commutateur K à une fréquence de période T. Pendant le temps (T-t), le commutateur K relie la borne 5 à la borne 3 et la capacité c est chargée au moyen de cette tension par l'intermédiaire de la résistance r, et pendant le temps t, le commutateur K relie la borne à la borne 4 et la capacité c est déchargée. La tension moyenne aux bornes de la capacité c en un cycle est donc égale à p.I.(T-t). Cette tension se retrouve à la borne 2 du simulateur, Tgrâce à à l'amplificateur A2.Par ailleurs, la tension V1 à la borne 1 est égale à#I. En conclusion, la tension aux bornes de simulateur est donnée par : V = V1 - V2 = #I - #I (@-@) = #I. t/T T T T La résistance apparente du simulateur est donc : VI=PTt On a donc obtenu une résistance fonction des trois paramètres #, , T et t. La réalisation d'un temps t programmable par rap- port à une période T définie est aisée en électronique. On dispose donc d'une résistance variable entre les valeurs zéro et p par programmation d'un temps. Cette résistance R, qui ne dépend que de paramètres connus avec précision, constitue une résistance de référence. Le simulateur de la figure 2 est une variante de celui de la figure 1 et il en diffère en ce que l'amplificateur A1 est monté en convertisseur courant-tension. L'entrée positive de l'amplificateur A1 est reliée au commun , tandis que l'entrée négative est reliée à la borne 1 du simulateur. En outre, la résistance de référence P est branchée en contre-réaction sur l'amplificateur A1. Ce simulateur présente encore une résistance R =# t/T , où cette fois-ci le temps t est celui pendant lequel le commutateur K relie le filtre r, c à la sortie 3 de l'amplificateur A1. En effet, pendant ce temps t, la capacité est chargée à la tension (- # I.t/T). La tension aux bornes du simulateur, en un cycle, est donc égale à : V = V1 - V2 = O - (- # I t/T) = # I t Cette tension s'exprime donc de la meme façon que précédemment. Le simulateur de la figure 3 constitue un perfectionnement intéressant par rapport aux simulateurs des figures 1 et 2. Il permet d'obtenir une résistance variable au bout de deux paires de câbles de liaison facilitant son raccordement à un circuit donné, sans que la chute de tension dans ces câbles n'intervienne sur la valeur de la résistance apparente du simulateur. Ce simulateur est dérivé de celui de la figure 2. Par rapport à ce dernier, on a d'une part prolongé les paires de conducteurs aboutissant respectivement aux deux bornes 1 et 2 sur une grande longueur, pour constituer des câbles de liaison (1-1',1-1", 2-2',2-2") extérieurs au boîtier 8 du simulateur.Ces câ- bles sont reliés au circuit du simulateur par quatre bornes respectives 1', 1", 2',2". On a d'autre part, intercalé un translateur B, connu en lui-meme, entre l'amplificateur A1 et le commutateur K. Les entrées du translateur B sont reliées à la sortie 3 de l'amplificateur A1 et à la borne 1' de la résistance de référence #, et ses sorties sont reliées à une borne 7 et à la borne 4 du commun.Le commutateur K relie donc la borne libre 5 de la résistance r, soit à la borne 7, soit à la borne 4. La tension entre les bornes 7 et 4 est égale à la tension aux bornes de la résistance mais elle est ramenee au commun par le translateur B.Hormis les câbles de liaison et le transiateur B, le simulateur de la figure 3 est donc identique à celui de la figure 2. Lorsque le simulateur de la figure 3 est raccordé à un circuit eçtdrieur d'utilisation, le courant I traversant la résistance de référence p crée une chute de tension dans le câble de liaison 1-1'. Ainsi, à la différence de la figure 2, la résistance de référence # n'est pas reliée au commun fIctif 1", mais elle s'en trouve décalée Le translateur B compense donc ce décalage. La tension aux bornes du simulateur, en un cycle, est donnée par la même formule que celle relative à la figure 2. Le commutateur électronique K cité précédemment peut être réalisé au moyen de transistors de type MOS ou FET travaillant en commutation. Un circuit de commande du commutateur K est représ-onté en figure 4.Le commutateur K est relié à une bascule bistable 10, elle-même reliée par deux conducteurs 11, 12 à un compteur à présélection 13. Le compteur 13 est relié d'une part à une horloge 14, et d'autre part à un dispositif de calcul 15. Le dispositif de calculé 15 est relié en amont à un dispositif d'entrée d'une donnée numérique 16. En fonctionnement, lorsque l'utilisateur introduit une donnée numérique d par l'intermédiaire du dispositif d'entrée 16, celle-ci est transformée par une fonction choisie dans le dispositif de calcul 15 en une valeur de présélection X qui est transmise au compteur 13. Le compteur 13 compte par ailleurs les impulsions reçues de l'horloge 14 entre la valeur zéro et une valeur fixe N à partir de laquelle il est remis à zéro. L'intervalle de temps compris entre zéro et N correspond à la période T du cycle répétitif défini précédemment. La valeur de présélection X est comprise entre zéro et N, et elle définit le temps t. A son passage à zéro, le compteur 13 envoie une impulsion à la bascule 10 par le conducteur 11. La bascule 10 change alors d'état. A son passage à la valeur de présélection X, le compteur 13 envoie également une impulsion par le conducteur 12 à la bascule 10, qui revient à son état initical A chaque changement d'état de la bascule 10, une impulsion de changement d'état est transmise à l'inverseur K qui passe de l'une des bornes telle que (3,7) à l'autre borne telle que (4). Le simulateur de résistance variable selon l'invention associé au circuit de la figure 4 permet de simuler le comportement d'une résistance donnée. S'il s'agit de simuler une résistance de type linéaire, comme par exemple une boite de résistances, la résistance apparente R s'exprimera directement en fonction de la donnée affichéed R = k. p où p est la résistance de référence. S'il s'agit au contraire de simuler une résistance non linéaire en fonction de la donnée affichée d, le dispositif de calcul 15 déterminera la valeur de la fonction f(d) caractéristique de cette résistance. Par exemple, pour une sonde au platine, si d est la température en degré Celsius, la fonction f f(d) = p (1 + ad + bd2) où a, b sont des constantes normalisées relatives à la sonde et dans ce cas, R = Le simulateur selon l'invention permet de réaliser des résistances programmables utilisables en courant continu dans les deux polarités, et en courant alternatif basse fréquence si cette fréquence est faible devant la fréquence de fonctionnement du commutateur K. Ce simulateur est tres précis. La formule @@ # t indique que, mis à part les phénomènes parasites des circuits électroniques que l'on sait maîtriser, la précision de la résistance apparente R ne dépend que de la résistance de référence p et d'un rapport de temps.Sachant que l'on sait obtenir des rapports de temps d'une précision égale à 10-6, la précision de la résistance apparente R correspond à celle de la résistance de référence. On peut obtenir en pratique une très bonne précision de 10 ', et une très bonne résolution de On notera que l'amplificateur A1 utilisé dans les simulateurs décrits précédemment peut éventuellement être supprimé, à condition que la résistance de référence p soit suffisamment faible, et la résistance r suffisamment grande. Dans ce cas, la résistance de référence est branchée directement à la borne 3 du circuit. Une variante aux simulateurs de résistance variable décrits précédemment consiste'à remplacer le commutateur inverseur unique B: par un modulateur à deux vitesses, constitué de deux commutateurs inverseurs K1 et K2, dans le but d'augmenter la résolution du simulateur. Comme indiqué sur la figure 5, un tel modulateur comporte un premier commutateur inverseur K1 relié à une résistance r1, ellemême reliée à la borne 6 de la capacité c conduisant à l'amplificateur A2, et un second commutateur inverseur K2 relié par une résistance r2 à cette même borne 6. Chaque commutateur inverseur permet de relier la résistance respective rl ou r2 alternativement soit à la borne 3 (ou 7) qui conduit vers l'amplificateur A1, soit à la borne 4 reliée au commun du circuit. Les commutateurs inverseurs K1 et R2 de la figure 5 fonctionnent selon une période T de cycle qui leur est commune. Le commutateur K1 est relié pendant un temps t1 à la borne 3, tandis que le commutateur K2 est relié pendant un temps t2 à cette même borne. Pendant les temps (T - t1) et (T - t2), les commutateurs inverseurs K1 et K2 sont respectivement reliés à la borne 4 du commun. Si V3 est la tension existant à la borne 3 et V6 celle existant à la borne 6, on peut écrire, sur une période T, l'équation des courants suivante : (V3 - V6) t1 (V3 - V6) t2 (O - V6) (T - t1) (O - V6) (T - t2) # + # + # + # = 0 r1 T r2 T r1 T r2 T Il vient V3 (r2t1 + r1t2) 6 T (r1 + r2) Si l'on choisit par exemple : r2 = 0,999 (r1 + r2) et r1 = 0,001 (r1 + r2) l'expression précédente devient : V V6 =@/@ . (0,999 t1 + 0,001 t2). T Cette expression montre que l'on peut obtenir une résolution de 10-6 6 sur la valeur de la tension V6, donc sur celle de la résistance simulée R, en disposant seulement d'une résolution de 10-3 3 sur les temps t1 et t2, par l'introduction d'un facteur 0,001. Pour réaliser la même résolution avec un simulateur ne comportant qu'un seul commutateur inverseur, il faudait disposer d'une résolution de 10-6 sur la valeur du temps t unique. Le circuit de la figure 5 permet donc de simplifier la réalisation du simulateur, en exigeant une résolution beaucoup moins importante. L'invention trouve notamment son application dans la simulation de capteurs à résistances et dans le contrôle des appareils de mesure de résistances. REVENDICATIONS 1.- Simulateur électronique de résistance variable permettant d'obtenir une résistance ajustable entre ses bornes (1) et (2), caractérisé en ce qu'il comprend a) une résistance de référence (p ) pouvant être alimentée en courant par le circuit extérieur par l'in termédiaire de la borne (1) du simulateur, b) un filtre (r,c) comprenant une résistance (r) et une capacité (c) assemblés en série, c) un commutateur inverseur électronique (K) permettant d'appliquer aux bornes du filtre (r,c) la tension apparaissant à l'une des bornes de la résistance de réfé rence (p ) pendant une partie réglable (t) de la période (T) d'un cycle répétitif, et la tension apparaissant à l'autre borne de la résistance de référence (p ) pendant l'autre partie de la période (T) de ce cycle, et d) un amplicifateur adaptateur d'impédance de gain unité (A2) pour transmettre à la borne (2) du simulateur la tension existant aux bornes de la capacité (c). 2.- Simulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un autre amplificateur (A1) pour transmettre la tension existant aux bornes de la resis- tance de référence (p ) audit commutateur inverseur électronique (K). 3.- Simulateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit amplificateur (A1) est monté en amplificateur suiveur 4X- Simulateur selon la revendication 2, caractérise en ce que ledit amplificateur (A1) est monté en convertisseur courant-tension, la résistance de référence ( étant branchée en contre-réaction sur cet amplificateur. 5.- Simulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ses bornes (1) et (2) sont situées au bout de deux paires de câbles de liaison (1-1',1-1") et (2-2',2-2") et en ce qu'un translateur (B) fournit au commutateur inverseur électronique (K) la tension existant aux bornes de la résistance de référence (). 6.- Simulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit commutateur inverseur électronique (K) est commandé par un compteur à présélection (13) produisant ledit cycle répétitif. 7.-Simulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend deux commutateurs inverseurs électroniques (K1) et (K2) reliés chacun à la capacité c par une résistance respective (rl) (r2), et en ce qu'ils permettent chacun d'appliquer aux bornes du filtre respectif (r1,c), (r2,c) la tension apparaissant à l'une des bornes de la résistance de réfé- rence (p ) pendant des parties réglables respectives (t1) et (t2) de la période (T) d'un cycle répétitif commun, et la tension apparaissant à l'autre borne de la résistance de référence (p ) pendant les autres parties respectives (T-t1) et (T-t2) de la période T de ce cycle.