Brevet FR2634554A1 — publié le 19900126

Dispositif de pesage électronique L'invention se rapporte à un dispositif de pesage électro- nique destiné, en particulier, à être monté dans un boîtier de pèsepersonne comportant un capteur capacitif formant condensateur de mesure dont la capacité varie en fonction de la masse à mesurer, et qui présente à cet effet une première électrode liée de façon mécanique à un plateau de pesage, et une seconde électrode montée fixe dans le bottier, ledit condensateur de mesure étant branché à un circuit de mesure. 0lo L'invention a notamment pour but de réaliser un dispositif de pesage électronique qui puisse être fabriqué en grande série, et qui soit de conception simple et économique tout en assurant une mesure avec une bonne résolution et une grande fidélité. Elle a également pour but de permettre l'obtention d'un affichage stable du résultat de la pesée lors du pesage de personnes plus ou moins mobiles sur le plateau de pesage. Selon une première caractéristique de l'invention, ce circuit de mesure comporte: un condensateur dit de ré- férence monté en série avec le condensateur de mesure, -2- chacun de ces condensateurs ayant une électrode reliée à une borne commune aux deux condensateurs et une électrode reliée à une borne externe non commune; un dispositif détecteur de tension nulle dont l'entrée est reliée à ladite borne commune par l'intermédiaire d'un troisième condensateur dit condensateur d'entrée, et dont la sortie est reliée à l'entrée d'un dispositif de traitement de signal dont une première sortie est reliée à l'entrée d'un dispositif d'affichage du résultat de la pesée; et deux commutateurs électroniques, dont l'un dit de référence est relié à la borne externe du condensateur de référence et dont l'autre dit de mesure est relié, d'une part à une deuxième sortie du dispositif de traitement du signal, et d'autre part, à la borne externe dudit condensateur de mesure, les deux commutateurs électroniques pouvant occuper chacun deux états successifs, à savoir, un premier état pour lequel les potentiels des bornes externes sont portés respective- ment à une tension nulle et à une tension ajustée, et un deuxième état pour lequel les potentiels des bornes externes sont portés respectivement à la tension de référence et à une tension nulle, la tension ajustée étant issue de la deuxième sortie du dispositif de traitement du signal de manière à obtenir un potentiel pratiquement nul à la borne commune, "ladite tension ajustée étant proportionnelle à la variation de capacité du condensateur de mesure. Ainsi réalisé, le circuit de mesure est d'un fonctionnement simple et fidèle puisqu'il n'exécute que la comparaison de la charge du condensateur de mesure, à la charge du condensateur de référence jusqu'à obtenir leéquilibre au moyen du dispositif détecteur de tension nulle. De plus, on comprendra qu'un tel circuit de mesure, à l'excep- tion du condensateur de référence, peut être réalisé pratiquement sous une forme de "circuit intégré" particu- lièrement économique et robuste pour la fabrication en grande série. Selon une seconde caractéristique de l'invention, entre la première sortie du dispositif de traitement du-signal -3- et l'entrée du dispositif d'affichage, sont placés une mémoire enregistrant les résultats successifs de la pesée et un calculateur effectuant un moyennage de ces résultats successifs du contenu-dela mémoire. Grâce à ce calculateur qui effectue la moyenne du résultat des pesées sur un temps suffisamment long, l'effet du mouvement du corps de l'usager sur le plateau de pesage devient négligeable. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressorti- ront d'ailleursde la descrition qui va suivre, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 représente un schémabloc illustrant un dispositif de pesage électronique selon l'invention. Le dispositif de pesage électronique est destiné en particu- lier à être monté dans un boîtier de pèse-personne (non représenté sur le dessin) et comporte un capteur capacitif Cl formant condensateur de mesure dont la capacité varie en fonction de la masse à mesurer et qui présente à cet effet une première électrode 10 liée de façon mécanique à un plateau de pesage 12 et une seconde électrode 14 montée fixe dans le bottier, ledit condensateur de mesure étant branché à un circuit de mesure. Ce circuit de mesure comporte: un condensateur dit de référence CO monté en série avec le condensateur de mesure Ci, chacun de ces condensateurs ayant une électrode 14, 16 reliée à une borne 18 commune aux deux condensateurs et une électrode 20,10 reliée à une borne externe non commune22,24; un dispositif détecteur de tension nulle 26 comportant, par exemple, un comparateur dynamique (connu en soi) et dont l'entrée 28 est reliée à ladite borne commune 18 par l'intermédiaire d'un troisième condensateur C2 dit condensateur d'entrée et dont la sortie 30 est reliée à l'entrée 32 - 4- d'un dispositif de traitement de signal 34 qui comporte, par exemple, une bascule à deux sorties associées à une horloge (non représentée), et dont une première sortie 36 est reliée à l'entrée 38 d'un dispositif d'affichage 40 du résultat de la pesée; et deux commutateurs électro- niques 42, 44 tels que des transistors à effet de champ, dont l'un 42 dit de référence est relié à la borne externe 22 du condensateur de référence CO et dont l'autre 44 dit de mesure est relié, d'une part à une deuxième sortie 46 du dispositif de traitement du signal 34 et d'autre part, à la borne externe 24 dudit condensateur de mesure Cl, les deux commutateurs électroniques 42,44 pouvant occuper chacun deux états successifs, à savoir, un premier état pour lequel les potentiels des bornes externes 22,24 sont portés respectivement à une tension nulle et à une tension ajustée V1, et un deuxième état pour lequel les po- tensiels des bornes externes 22,24 sont portés respectivement à la tension de référence VO et à une tension nulle, la ten- sion ajustée V1 étant issue de la deuxième sortie 46 du dispositif de traitement du signal 34 de manière à obtenir un potentiel pratiquement nul à la borne commune 18, la dite tension ajustée Vl étant telle que l'on ait la proportion Ci V1 = CO VO. Afin de permettre une réalisation plus fiable du dispositif électronique, le signe des tensions ajustées V1 et de référence VO sontchoisis de même sens. Afin de s'assurer que le potentiel à la borne commune 18 est bien nul, pendant la phase d'initialisation que l'on expliquera plus loin, le circuit de mesure comporte en outre un interrupteur électronique 48 branché entre la borne commune 18 et la masse du circuit et pouvant occuper deux états, un état fermé reliant la borne commune 18 à ladite masse et un état ouvert pour lequel la borne commune 18 est isolée de ladite masse. -5- Entre la première sortie 36 du dispositif de traitement du signal et l'entrée 38 du dispositif d'affichage 40, sont branchés une mémoire 50 enregistrant les résultats successifs de la pesée et un calculateur 52 effectuant un moyennage de ces résultats successifs,non contenus dans la mémoire 50. Le dispositif ainsi constitué fonctionne comme suit. Lors de la mise sous tension de ce dispositif, les deux commutateurs 42, 44 et l'interrupteur 48 occupent succes- sivement leurs deux états respectifs suivant une séquence dépendant de l'horloge interne au dispositif de traite- ment du signal 34. Cette séquence est divisée en trois phases: - une phase d'initialisation pour laquelle le commutateur de mesure 44 porte le potentiel de la borne extérieure 24 du condensateur de mesure Cl à la tension ajustée Vl, tandis que, d'une part, le commutateur de référence 42 relie le condensateur de référence CO à la masse, et, d'autre part, l'interrupteur 48 est fermé de façon à garantir que le potentiel de la borne commune 18 est bien nul: - une phase d'isolation de la borne commune 18 pour laquel- le l'interrupteur 48 est ouvert, alors que les deux commu- tateurs 42, 44 restent dans le même état pour que le condensateur de mesure C1 demeure chargé (les amplifica- teurs non-représentés internes au détecteur de tension nulle 26et au dispositif de traitement du signal 34 sont remis à zéro pour éviter les phénomènes transitoires; - et une phase d'observation de l'état de la borne commune 18, pour laquelle le commutateur de mesure 44 porte la borne externe 24 du condensateur de mesure Cl à un poten- tiel nul, tandis que le commutateur de référence 42 porte la borne externe 22 du condensateur de référence Coà la tension de référence VO, alors que l'interrupteur 48 demeure ouvert (phase représentée sur la figure 1). -6- Lors de la pesée, le détecteur de tension nulle 26, détecte la variation de tension intervenue sur -la borne commune 18 (dite tension de mesure Vm) apparue à la suite de la commutation de la phase d'observation. Suivant le signe de cette variation, il apparait à la sortie 30 du détecteur de tension nulle 26et donc à l'entrée 32 du dispositif de traitement du signal 34 un signal binaire VB, un-pour une variation positive de la tension de mesure, zéro pour une variation négative de la tension de mesure. La valeur du rapport des capacités CO est déduite par le dispositif de traitement du signal 34 grâce au rapport des tensions VO car Cl V1 = CO VO.Le dispositif de traite- VI - ment du signal 34 a pour fonction d'équilibrer la-valeur de la tension ajustée Vl,suivant la valeur du signal binaire VB, au moyen de sa bascule interne à deux sorties, une sortie étant fixée à la tension de référence, l'autre sortie à une tension nulle. Si le signal VB est un la tension ajustée aura la valeur de la tension de référence VO, si le signal binaire est zéro, la tension ajustée aura une valeur nulle. Il suffit alors de compter les impulsions sur chaque sortie de la bascule pendant l'inter- valle de temps nécessaire à l'obtention de la valeur de la tension ajustée Vl qui est appliquée par le dispositif 34, lors de l'équilibrage de la variation de la capacité du condensateur de mesure Cl, cette valeur étant directement proportionnelle à la pesée. Ces impulsions, une fois comptées, sont envoyées sous forme d'un signal V2 à la mémoire 50, et.au.calculateur 52 puis au dispositif d'affichage 4Osur lequel on peut lire le résultat de la pesée. Le dispositif de pesage selon l'invention permet également de mesurer la pesée d'une personne ne restant pas immobile sur le plateau de pesage 12. On rappelle que la force à mesurer exercée sur.ledit plateau 12 correspond à celle -7- qui est due à la pesanteur, additionnée de l'accélération relative de la personne à peser, ceci engendrant.donc un signal en forme d'échelon auquel se superpose une ondula- tion de moyenne nulle autour de la valeur de cet échelon. Ce phénomène ondulatoire est néfaste à une bonne interpréta- tion de la mesure du poids de la personne. Il est donc nécessaire de stabiliser les résultats de la pesée en effectuant une mise en mémoire et un moyennage sur des intervalles de temps successifs assez courts (par exemple une demi-seconde). Dans la mémoire 50 sont stockés pendant des intervalles de temps successifs, des résultats de pesée, et le calculateur effectue une comparaison entre deux résultats successifs de sorte que: - si deux résultats successifs diffèrent d'une valeur supérieure à une quantité donnée (quelques échelons par exemple), le résultat affiché est alors le dernier résultat enregistré, ce qui permet d'atténuer le phénomène transi toire du début de la pesée - si deux résultats successifs diffèrent de moins de la quantité donnée, les résultats sont gardés en mémoire pendant un intervalle de temps donné suffisant pour assurer la stabilité du résultat de mesure dans les conditions d'utilisation. L'affichage est alors le suivant: sur les résultats successifs (P1 jusqu'à Pn) mis en mémoire, on effectue les moyennes successives: (P 2+ 2) (Pl + P2 +....... Pn) + n b, les valeurs de-ces:moyennes successives étant alors envoyées au dispositif d'affichage 40.Lors- que le nombre de mesures déterminé par la capacité de la mémoire (Pn résultats) a été pris en compte, de nouveaux résultats de pesée remplacent alors les précédents dans la mémoire, -8 - Revendications 1. Dispositif de pesage électronique destiné, en particu- lier, à être monté dans un bottier de pèse-personne et comportant un capteur capacitif-(Cl) formant condensateur de mesure dont la capacité varie en fonction de la masse à mesurer et qui présente à cet effet une première électrode (10) liée de façon mécanique à un plateau de pesage (12) et une seconde électrode (14)montée fixe dans le boîtier, ledit condensateur de mesure étant branché à un circuit de mesure, c a r a c t é r i s é en ce que le circuit de mesure comporte: un condensateur dit de référence (CO)monté en série avec le condensateur de mesure (Cl), chacun de ces condensateurs ayant une électrode (14,16) reliée à une borne (18) commune aux deux condensateurs et une électrode (20,10) reliée à une borne externe non commune (22,24); un dispositif détecteur de tension nulle (26) dont l'entrée (28) est reliée à ladite borne commune (18) par l'intermédiaire d'un troisième condensateur dit con- densateur d'entrée (C2), et dont la sortie (30) est reliée à l'entrée (32) d'un dispositif de traitement de signal (34) dont une première sortie (36) est reliée à l'entrée (38) d'un dispositif d'affichage (40) du résultat de la pesée; et deux commutateurs électroniques (42, 44> dont l'un (42) dit de référence est relié à la borne externe (22) du condensateur de référence (CO)et dont l'autre (44) dit de mesure est relié, d'une part à une deuxième sortie (46) du dispositif de traitement du signal (34) et d'autre part, à la borne externe (24) dudit condensateur de mesure (C1), les deux commutateurs électroniques (42,44) pouvant occuper chacun deux états successifs, à savoir, un premier état pour lequel les potentiels des bornes exter- nes (22,24) sont portés respectivement à une tension nulle et àune tension ajustée tV1), et un deuxième état pour lequel les potentiels des bornes externes (22,24) sont portés res- pectivement à la tension de référence (V0) et à une tension nulle, la tension ajustée (V1) étant issue de __9 - la deuxième sortie (46) du dispositif de traitement du signal (34) de manière à obtenir un potentiel pratiquement nul à la borne commune (18), ladite tension ajustée (V1) étant telle que C1 V1 = CO VO. 2. Dispositif de pesage électronique selon la revendica- tion 1, c a r a c t é r i s é en ce que le circuit de mesure comporte en outre un interrupteur (48) branché entre la borne commune (18) et la masse du circuit et pouvant occuper deux états, un état fermé reliant la borne commune (18) à ladite masse et un état ouvert pour lequel la borne commune (18) est isolée de ladite masse. 3. Dispositif de pesage électronique selon la revendication 1 ouAa revendication 2, c a r a c t é r i s é en ce que lesdits commutateurs_ (42,44) sont des transistors à effet de champ. 4. Dispositif de pesage électronique selon l'une quelconque des revendications précédentes, c a r a c t é r i s é en ce que, entre la première sortie (36) du dispositif de traitement du signal (34) et l'entrée (38) du dispositif d'affichage (40), sont branchés une mémoire (50) enregistrant les résultats successifs de la -pesée et un calculateur (52) effectuant un moyennage de ces résultats successifs du contenu de la mémoire. 5. Dispositif de pesage électronique selon la revendica- tion 4, c a r a c t é r i s é en ce que, dans la mémoire X50) sont stockés pendant des intervalles de temps successifs, des résultats de pesée, et le calculateur effectue une comparaison entre deux résultats successifs de sorte que, si deux résultats successifs different d'une valeur supé- rieure à une quantité donnée, le résultat affiché est le dernier, et si deux résultats successifs différent - 10 - de moins de la quantité donnée, l'affichage sera alors les moyennes successives des résultats stockés dans la mémoire.