Brevet FR2697092A1 — publié le 19940422

L'invention concerne un multimètre (ou contrôleur universel) numérique, notamment un multimètre numérique portatif De tels multimètres sont utilisés, pour l'exécution de mesures de courant, de tension, de résistance et/ou de capacité et comprennent un circuit diviseur de tension relié, par l'intermédiaire d'un interrup- teur, à des prises d'entrée de mesure du multimètre qui sont montées dans un boî- tier Il est en outre prévu un convertisseur analogique/numérique, dont les entrées analogiques sont reliées au circuit diviseur de tension, dont l'entrée de référence peut être alimentée au moyen d'une source de tension de référence du multimètre et dont les signaux numériques de sortie sont envoyés à un processeur, afin de produire des signaux de sortie ou des signaux de commande d'affichage destinés à un dispositif d'affichage numérique Il est enfin prévu plusieurs shunts de mesure de courant qui peuvent être reliés d'une manière sélective à une prise d'entrée de mesure par l'intermédiaire d'un agencement à fonction d'interrupteur. Avec de tels multimètres numériques portatifs normaux, il n'est en général pas possible d'exécuter ce qu'il est convenu d'appeler des mesures de résistance d'isolement sur des sections de ligne et, à cet effet, on connaît, constituant un autre état de la technique, des appareils courants de mesure de résistance d'isolement qui comportent une source particulière de tension, en général appelée source de tension iso, qui fournit la tension de mesure, par exemple égale à 500 V, qui est nécessaire pour une installation intérieure. Par ailleurs, dans les appareils de mesure de résistance d'isolement, des dispositions sont prises pour protéger l'utilisateur, l'installation et/ou la source de courant, ce qui s'obtient au moyen d'une limitation du courant de mesure En géné- ral, la mesure s'effectue au moyen de courants pouvant atteindre 1 milliampère environ et la limitation du courant de mesure assurant la protection de l'utilisateur est égale à 1 milliampère environ. L'invention a pour but de perfectionner un multimètre numérique, du type défini dans le préambule, de façon telle que, d'une manière simple et en utilisant des composants existants du multimètre, on puisse exécuter aussi des mesures de résistance d'isolement, notamment dans le domaine des installations intérieures. Ce but est atteint par un multimètre numérique, du type comprenant un circuit diviseur de tension relié à des prises d'entrée de mesure du multimètre, un conver- tisseur analogique/numérique, dont les entrées analogiques sont reliées au circuit diviseur de tension, dont l'entrée de référence peut être alimentée au moyen d'une source de tension de référence et dont les signaux numériques de sortie peuvent être envoyés à un microprocesseur pour produire des signaux de sortie ou des si- gnaux de commande d'affichage destinés à un dispositif d'affichage numérique, ainsi que plusieurs shunts de mesure de courant qui sont agencés de façon à pou- voir être reliés d'une manière sélective à une prise d'entrée de mesure par l'intermédiaire d'au moins un interrupteur, et caractérisé en ce que, pour l'exécution de mesures de résistance d'isolement, il est disposé, parallèlement au circuit diviseur de tension, une source de tension d'isolement dont la tension peut être appliquée aux prises d'entrée de mesure moyennant l'interposition d'une ré- sistance de mesure (shunts de mesure de courant), avec une mise simultanée hors circuit de la source de tension de référence, tandis que la chute de tension aux bornes de la résistance de mesure (shunts de mesure de courant) peut être appli- quée à l'entrée de référence du convertisseur analogique/numérique. Suivant des développements avantageux de l'invention, il peut être prévu ( 1) que plusieurs résistances de mesure (shunts de mesure de courant) ayant des valeurs différentes puissent être connectées d'une manière sélective, ( 2) que les multiples résistances de mesure soient constituées par les shunts de mesure de courant prévus pour la mesure de courant, ( 3) qu'un interrupteur soit disposé entre la masse et l'entrée de mesure pouvant être reliée aux résistances de mesure (shunts de mesure de courant), ( 4) que le choix sélectif des résistances de mesure (shunts de mesure de courant) s'effectue au moyen du processeur, par exemple suivant ce qu'il est convenu d'appeler le procédé d'autoclassement, ( 5) que la tension de mesure d'isolement soit appliquée aux prises de me- sure moyennant l'interposition d'un élément de protection limitant le courant, ( 6) qu'à la base du circuit diviseur de tension, il soit disposé un commuta- teur qui, dans une première position de fonctionnement, relie la base à la masse et, dans une seconde position de fonctionnement, relie cette base à la sortie négative de la source de tension d'isolement et à une entrée d'un convertisseur cou- rant/tension dont l'autre entrée est reliée, dans la seconde position de fonctionne- ment, à la masse et dont la sortie produit la tension de référence utilisée pour l'entrée de référence du convertisseur analogique/numérique, et ( 7) que la tension de référence présente à la sortie du convertisseur cou- rant-tension soit proportionnelle à la résistance du shunt de mesure de courant multipliée par le courant d'entrée. L'invention a aussi pour objet un procédé de mesure de la résistance d'isolement d'une section de ligne, caractérisé par la combinaison de particularités suivantes: utilisation d'un multimètre numérique servant à la mesure de courant, de tension, de résistance et/ou de capacité et comprenant un circuit diviseur de ten- sion, relié aux prises d'entrée de mesure du multimètre, et un convertisseur analo- gique/numérique qui est relié, du côté entrée, au circuit diviseur de tension et, du côté sortie, à un processeur en vue de fournir des signaux de sortie et des signaux de commande d'affichage, l'entrée de référence du convertisseur analogi- que/numérique pouvant être alimentée par une source de tension de référence, tandis que le multimètre comporte plusieurs shunts de mesure de courant qui peu- vent être connectés d'une manière sélective aux prises d'entrée de mesure, caractérisé par les étapes suivantes de procédé: prévoir une source de tension d'isolement en parallèle au circuit de division de tension du multimètre, mise hors service de la source de tension de référence du multimètre, application de la tension de la source de tension de résistance d'isolement aux prises d'entrée de mesure, connexion des prises d'entrée de mesure sur la section de ligne à mesurer, détermination de la chute de tension aux bornes de la résistance de me- sure (shunt de mesure de courant du multimètre) qui est connectée, application de la tension sur l'entrée de référence du convertisseur analo- gique/numérique et exécution d'une mesure de ratio: lK x tension isol/lR(résistance de mesure) x courant isol = résistance d'isolement. On doit voir le coeur de l'invention dans le fait que les composants néces- saires à une mesure de résistance d'isolement sont intégrés dans un circuit d'un multimètre numérique de façon telle que les composants ou groupes structurels du multimètre puissent être utilisés aussi bien, d'une part, dans les modes de fonc- tionnement en multimètre que, d'autre part, dans le mode de fonctionnement en mesure de résistance d'isolement A cet effet, une source de tension d'isolement, qui fournit la tension égale à 500 V environ nécessaire à la vérification de l'isolement de l'installation intérieure, est montée en parallèle au circuit diviseur de tension du multimètre. La tension de cette source de tension d'isolement peut être appliquée, moyennant l'interposition d'une résistance de mesure et avec une mise simultanée hors service de la source de tension de référence, aux prises d'entrée de mesure du multimètre, pour, de là, être appliquée à l'installation intérieure Lors de l'opération de mesure, la valeur de la chute de tension aux bornes de la résistance de mesure du circuit du multimètre est alors appliquée à l'entrée de référence du convertisseur analogique/numérique Il est alors exécuté à cet endroit ce qu'il est convenu d'appeler une mesure de ratio, ce qui signifie que le rapport (Constante x tension iso) / (R x courant iso) qui est proportionnel à la résistance d'isolement se présentant dans l'installation intérieure, est déterminé. Le microprocesseur du multimètre qui est raccordé au convertisseur analo- gique/numérique lit alors la valeur numérique provenant de ce convertisseur ana- logique/numérique et la transforme en signaux de commande destinés à un dis- positif d'affichage numérique du multimètre Ainsi, l'utilisateur peut exécuter et lire d'une manière simple sur le multimètre des mesures de tension d'isolement. Il est particulièrement avantageux que différentes résistances de mesure, ayant des valeurs différentes, puissent être connectées d'une manière sélective, ces résistances de mesure pouvant être constituées par les shunts de mesure de courant prévus pour la mesure de courant dans le fonctionnement en multimètre. On peut ainsi obtenir une simplification structurelle supplémentaire, ainsi qu'une réduction de dimensions supplémentaire, de l'ensemble de l'appareil. D'autres mesures avantageuses, concernant l'intégration, dans le multi- mètre, des composants servant à la mesure de résistance d'isolement, sont men- tionnées ci-dessus sous les repères ( 3) à ( 5) La disposition mentionnée ci-dessus sous le repère ( 6) concerne une variante de circuit qui assure une manipulation particulièrement aisée du multimètre en fonctionnement de mesure. Enfin, le procédé de mesure de la résistance d'isolement d'une section de ligne qui est défini ci-dessus rend possible, par une exécution successive des diffé- rentes étapes de procédé, la mesure de la résistance d'isolement d'une section de ligne en utilisant des composants d'un multimètre numérique portatif. L'invention est exposée ci-après en détail à l'aide d'exemples de réalisation et en regard des figures des dessins On voit: à la figure 1, un premier schéma de principe du circuit d'un multimètre com- portant des composants servant à la mesure de la résistance d'isolement et, à la figure 2, un autre schéma de principe du circuit d'une variante de réali- sation d'un multimètre comportant des composants servant à la mesure de la résis- tance d'isolement. On se reporte en premier lieu à la figure 1 des dessins. Le multimètre (ou contrôleur universel) numérique 1 qui est représenté schématiquement, avec ses composants, à la figure 1 des dessins est un multi- mètre portatif et sert à l'exécution de mesures de courant, de tension, de résistance et/ou de capacité A cet effet, il comporte, sur son boîtier 2 qui n'est représenté que partiellement, des prises d'entrée de mesure 3, 3 ' parmi lesquelles la prise 3 ' est reliée à l'extrémité d'un circuit diviseur de tension 4 Ce circuit diviseur de tension 4 est lui-même relié aux entrées analogiques 5 d'un convertisseur analo- gique/numérique 6, tandis que l'entrée de référence 7 de ce convertisseur analo- gique/numérique peut être alimentée par une source de tension de référence 8. Pour l'application de la tension de référence sur l'entrée de référence 7, il est prévu, entre la source de tension de référence 8 et l'entrée de référence 7, un inter- rupteur 9 qui est d'ailleurs ouvert dans l'exemple de réalisation représenté à la fi- gure 1. Par une sortie 10, le convertisseur analogique/numérique est relié à un mi- croprocesseur 11 qui produit des signaux de sortie et/ou des signaux de com- mande d'affichage destinés à un dispositif d'affichage numérique 12. Par ailleurs, le multimètre 1 représenté à la figure 1 des dessins, comprend en outre une série de shunts de mesure de courant 13-17 Ces shunts sont agen- cés de façon à pouvoir être choisis d'une manière sélective au moyen d'inter- rupteurs 18 à 22 et ils peuvent être reliés à la prise d'entrée de mesure 3. La chute de tension se présentant aux bornes des shunts de mesure de cou- rant 13 à 17 lors de l'exécution d'une mesure peut être appliquée à l'entrée de ré- férence 7 du convertisseur analogique/numérique par l'intermédiaire d'autres inter- rupteurs 23 à 27. Pour l'exécution de mesures de résistance d'isolement, c'est-à-dire pour la mesure d'une résistance 28 d'une section de ligne, il est alors monté, en parallèle au circuit diviseur de tension 4, une source de tension d'isolement 29 dont la ten- sion peut être appliquée aux deux prises d'entrée de mesure 3 et 3 ' moyennant l'interposition d'une résistance de mesure qui est constituée par le shunt de me- sure de courant 13. La chute de tension aux bornes de la résistance de mesure 13 est appliquée à l'entrée de référence 7 du convertisseur analogique/numérique par l'inter- médiaire de l'interrupteur 23 fermé La tension de mesure d'isolement est appli- quée aux prises de mesure 3 et 3 ' moyennant l'interposition d'un élément de pro- tection 30 limitant le courant. Le choix, réalisé d'une manière sélective, des shunts de mesure de courant 13 à 17 constituant les résistances de mesure lors de la mesure de tension d'isolement s'effectue au moyen d'un procédé d'autoclassement qui commande les interrupteurs, réalisés sous la forme d'interrupteurs électroniques 18 à 22, ainsi que les autres interrupteurs 23 à 27. Le repère 31 désigne un autre interrupteur au moyen duquel la prise d'entrée de mesure 3 peut être isolée de la masse 32 lors de l'exécution de la me- sure de tension d'isolement. Le fonctionnement des éléments intégrés dans le multimètre qui servent à la mesure de résistance d'isolement est le suivant: La tension de mesure d'isolement de la source de tension d'isolement 29 est appliquée, par l'intermédiaire de l'élément de protection 30, aux prises d'entrée de mesure 3 et 3 ' auxquelles la section de ligne à mesurer est raccordée par l'intermédiaire d'une liaison par câbles La tension de mesure d'isolement est divi- sée au moyen du circuit diviseur de tension 4, utilisé aussi pour les autres mesures de tension et de résistance du multimètre, et est envoyée au convertisseur analo- gique/numérique 6. Le courant passant dans la résistance extérieure 28 passe alors aussi par le shunt de mesure de courant 13 sélectionné au moyen de l'interrupteur 18 fermé. Par l'interrupteur 23 fermé, la valeur de la chute de tension aux bornes du shunt de mesure de courant 13 est appliquée à l'entrée de référence 7 du convertisseur analogique/numérique Ce convertisseur analogique/numérique exécute une me- sure de ratio: lKl x tension isol / lR ( 13) x courant isol qui est proportionnelle à la résistance d'isolement 28. Le microprocesseur 11 du multimètre 1 lit la valeur numérique provenant du convertisseur analogique/numérique 6 et la transforme en signaux destinés au dis- positif d'affichage numérique 12, de sorte que la valeur de la résistance d'isolement peut être lue directement sous forme numérique sur ce dispositif d'affichage numérique. Il est possible aussi de lire la valeur de la résistance d'isolement ainsi dé- terminée ainsi que d'autres valeurs de mesure par l'intermédiaire d'une interface présentée par le multimètre numérique, ainsi que de traiter d'une autre manière, imprimer ou afficher cette ou ces valeurs. Pour des valeurs différentes de la résistance d'isolement, le processeur 11 choisit des shunts de mesure de courant 13 à 17 différents, par ouverture et ferme- ture des interrupteurs électroniques respectivement 18 à 22 et 23 à 27. On se reporte ci-après à la figure 2 des dessins Sur cette figure, les compo- sants qui apparaissent à la figure 1 sont pourvus de repères identiques. Le principe de la mesure d'isolement au moyen du dispositif conforme à la figure 2 des dessins diffère de celle conforme à la figure 1 par le fait que l'interrupteur 31 n'est pas nécessaire pour isoler la prise d'entrée de mesure 3 de la masse 32 Cette prise d'entrée de mesure 3 reste raccordée en permanence au potentiel de la masse, comme dans le cas des autres modes de fonctionnement du multimètre. Pour obtenir en tout état de cause une mesure exacte de courant, la base 33 du circuit diviseur de tension 4 doit, dans la forme de réalisation représentée à la figure 2, être appliquée, au moyen d'un commutateur 34, sur la sortie négative 35 de la source de tension d'isolement L'élaboration de la tension de référence qui est envoyée à l'entrée de référence 7 du convertisseur analogique/numérique 6 a lieu dans un convertisseur courant/tension 35 Ce convertisseur courant/tension 35 suit la relation: U (sortie) = R x I (entrée) R étant la valeur de la résistance du shunt de mesure de courant qui vient d'être connecté. Par ailleurs, il est en outre prévu deux interrupteurs 37 et 38 Lors de la me- sure de résistance d'isolement, on ferme l'interrupteur 37 et on ouvre l'interrupteur 38, afin de mettre hors service la source de tension de référence Si, dans le cas d'autres types de fonctionnement du multimètre, la source de tension de référence doit être active, on ferme l'interrupteur 38 et on ouvre l'interrupteur 37. Le repère 39 désigne par ailleurs un dispositif permettant une mesure de capacité qui peut être utilisé dans l'appareil pour déterminer les longueurs de câble Le processeur 11 multiplie le résultat lu par le circuit de mesure de capacité 39 par une constante typique du type de câble, en farads/mètre, et, après le calcul, affiche la longueur de câble, en mètres, sur le dispositif d'affichage numérique 12. REVENDICATIONS 1 Multimètre (ou contrôleur universel) numérique ( 1), notamment un multi- mètre portatif, pour l'exécution de mesures de courant, de tension, de résistance et/ou de capacité, comprenant: un circuit diviseur de tension ( 4) relié à des prises d'entrée de mesure ( 3, 3 ') du multimètre ( 1), un convertisseur analogique/numérique ( 6), dont les entrées analogiques ( 5) sont reliées au circuit diviseur de tension ( 4), dont l'entrée de référence ( 7) peut être alimentée au moyen d'une source de tension de référence ( 8) et dont les signaux numériques de sortie peuvent être envoyés à un microprocesseur ( 11) pour produire des signaux de sortie ou des signaux de com- mande d'affichage destinés à un dispositif d'affichage numérique ( 12), ainsi que plusieurs shunts de mesure de courant ( 13-17) qui sont agencés de façon à pouvoir être reliés d'une manière sélective à une prise d'entrée de me- sure ( 3 ') par l'intermédiaire d'au moins un interrupteur ( 18-22), caractérisé en ce que: pour l'exécution de mesures de résistance d'isolement, il est disposé, pa- rallèlement au circuit diviseur de tension ( 4), une source de tension d'isolement ( 29) dont la tension peut être appliquée aux prises d'entrée de mesure ( 3, 3 ') moyennant l'interposition d'une résistance de mesure (shunts de mesure de courant 13-17), avec une mise simultanée hors circuit de la source de tension de référence ( 8), tandis que la chute de tension aux bornes de la résistance de me- sure (shunts de mesure de courant 13-17) peut être appliquée à l'entrée de réfé- rence ( 7) du convertisseur analogique/numérique ( 6). 2 Multimètre suivant la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs ré- sistances de mesure (shunts de mesure de courant 13-17) ayant des valeurs diffé- rentes peuvent être connectées d'une manière sélective. 3 Multimètre suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les multiples résistances de mesure sont constituées par les shunts de mesure de courant ( 13-17) prévus pour la mesure de courant. 4 Multimètre suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un interrupteur ( 31) est disposé entre la masse ( 32) et l'entrée de mesure ( 3 ') pouvant être reliée aux résistances de mesure (shunts de mesure de courant 13-17). Multimètre suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le choix sélectif des résistances de mesure (shunts de mesure de cou- rant 13-17) s'effectue au moyen du processeur ( 11), par exemple suivant ce qu'il est convenu d'appeler le procédé d'autoclassement. 6 Multimètre suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la tension de mesure d'isolement est appliquée aux prises de mesure ( 3, 3 ') moyennant l'interposition d'un élément de protection ( 30) limitant le courant. 7 Multimètre suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'à la base ( 33) du circuit diviseur de tension ( 4), il est disposé un commuta- teur ( 34) qui, dans une première position de fonctionnement, relie la base ( 33) à la masse ( 32) et, dans une seconde position de fonctionnement, relie cette base ( 33) à la sortie négative ( 35) de la source de tension d'isolement ( 29) et à une entrée d'un convertisseur courant/tension ( 36) dont l'autre entrée est reliée, dans la se- conde position de fonctionnement, à la masse ( 32) et dont la sortie produit la ten- sion de référence utilisée pour l'entrée de référence ( 7) du convertisseur analo- gique/numérique ( 6). 8 Multimètre suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la tension de référence présente à la sortie du convertisseur courant-tension ( 36) est proportion- nelle à la résistance du shunt de mesure de courant ( 13-16) multipliée par le cou- rant d'entrée. 9 Procédé de mesure de la résistance d'isolement d'une section de ligne, caractérisé par la combinaison de particularités suivantes: utilisation d'un multimètre numérique servant à la mesure de courant, de tension, de résistance et/ou de capacité et comprenant un circuit diviseur de ten- sion, relié aux prises d'entrée de mesure du multimètre, et un convertisseur analo- gique/numérique qui est relié, du côté entrée, au circuit diviseur de tension et, du côté sortie, à un processeur en vue de fournir des signaux de sortie et des signaux de commande d'affichage, l'entrée de référence du convertisseur analo- gique/numérique pouvant être alimentée par une source de tension de référence, tandis que le multimètre comporte plusieurs shunts de mesure de courant qui peu- vent être connectés d'une manière sélective aux prises d'entrée de mesure, caractérisé par les étapes suivantes de procédé: prévoir une source de tension d'isolement en parallèle au circuit de division de tension du multimètre, mise hors service de la source de tension de référence du multimètre, application de la tension de la source de tension de résistance d'isolement aux prises d'entrée de mesure, connexion des prises d'entrée de mesure sur la section de ligne à mesurer, détermination de la chute de tension aux bornes de la résistance de me- sure (shunt de mesure de courant du multimètre) connectée, application de la tension sur l'entrée de référence du convertisseur analo- gique/numérique et exécution d'une mesure de ratio: lK x tension isol/lR(résistance de mesure) x courant isol = résistance d'isolement.