Brevet FR2776378A1 — publié le 19990924

L'invention concerne un dispositif de capteur. Les capteurs actuellement courants, par exemple des débitmètres d'air dans les véhicules automobiles, produisent un signal de sortie analogique et sont habituellement reliés, au moyen d'un câble de liaison long d'un à plusieurs mètres et de plusieurs jonctions à enfichage, à un circuit électronique d'exploitation disposé par exemple dans un appareil de commande de moteur. Le capteur délivre habituellement un signal de sortie dans un intervalle de valeurs compris entre 0 et 5 V. L'alimentation en courant d'un tel capteur a également lieu au moyen du câble de liaison. Un tel agencement de capteur, dont le principe de base est par exemple connu par DE 89 08 398 U1, est représenté à la figure 2, sur laquelle un capteur 10 est reliée à un circuit électronique d'exploitation 14 par une ligne de tension d'alimentation 11, une ligne de signal 12 et une ligne de masse 13. Les lignes 11, 12, 13 indiquées sont dans ce cas réunies dans un câble. Le circuit électronique d'exploitation prend en charge l'alimentation en tension (UB, GND) du capteur 10 au moyen de la ligne de tension d'alimentation 11 et de la ligne de masse 13 et exploite, par exemple dans un convertisseur analogique/numérique 15, le signal délivré par le capteur et transmis par la ligne de signal 12. Comme le montre la figure 2, la masse de signal et la masse d'alimentation GND passent dans la même ligne 13. Si en tout état de cause le capteur a besoin d'un courant relativement élevé, de par exemple plus de 30 mA, cela entraîne, en raison de la résistance de ligne, une chute sensible de tension sur la ligne de masse 13. Dans le cas d'une résistance de ligne, indiquée à titre d'exemple, de 0,2 ohm et d'un courant d'alimentation de 100 mA, il se présente une chute de tension de 20 m V sur la ligne de masse 13. Etant donné toutefois que la résistance de ligne n'est pas constante en fonction de la durée de vie et de la température, cela entraîne une erreur qui n'est pas corrigible par le circuit électronique d'exploitation 14. Pour résoudre ce problème, il a été proposé un agencement de capteur, connu de l'inventeur et représenté à la figure 3, dans lequel un capteur 20, une ligne de tension d'alimentation 21, une ligne de signal 22 et une ligne de masse d'alimentation 23 (GND) correspondent essentiellement aux composants déjà décrits en regard de la figure 2. En supplément, une ligne de masse de signal 24 (signal-GND) s'étend du capteur à un circuit électronique d'exploitation 25. La ligne de masse de signal 24 est connectée en pont, du côté capteur, à la ligne de masse d'alimentation 23. Dans le circuit électronique d'exploitation 25, il est prévu un circuit de correction 26 qui est réalisé sous forme d'un étage d'entrée différentiel et qui corrige le signal entrant sur la ligne de signal 22, en tenant compte de la chute de tension sur la ligne de masse d'alimentation 23, avant qu'il ne soit envoyé à un convertisseur analogique/numérique 27. A cet effet, le circuit de correction 26 comprend un amplificateur opérationnel 28 à réaction dont les entrées sont connectées, de la manière représentée à la figure 3, au moyen de résistances Rl à R4 présentant des valeurs de résistance identiques. Les résistances Ri à R4 ont une valeur ohmique élevée (par exemple 1 kilo-ohm ou davantage), de sorte que, même dans le cas d'un courant d'alimentation élevé pour le capteur 20, il ne passe dans la ligne de masse de signal 24 qu'une partie du courant qui est négligeable. Ainsi, il n'existe pas non plus de chute de tension sur la ligne de masse de signal 24, de sorte que le potentiel de masse du capteur 20 est appliqué en un emplacement 29a situé d'un côté de la résistance R4. Contrairement à cela, comme déjà décrit ci-dessus en regard de la figure 2, il se présente une chute de tension sous l'effet du courant d'alimentation appliqué sur la ligne de masse d'alimentation 23, de sorte que le potentiel appliqué en un emplacement 29b situé sur un côté de la résistance R2 est inférieur au potentiel de masse sur le capteur 20. L'écart peut, en fonction de la forme de réalisation, valoir par exemple 0,5 V. Cette différence est relevée au moyen de l'amplificateur opérationnel 28 qui règle d'une manière appropriée le signal provenant du capteur 20. Dans l'agencement décrit, il s'est avéré qu'un inconvénient réside dans le fait que des tolérances présentées par les résistances Rl à R4, ainsi que des erreurs de décalage et des non-linéarités de l'amplificateur opérationnel 28 ont une influence sur l'opération de correction, sans que de telles erreurs puissent être détectées. De ce fait, des erreurs de tension pouvant atteindre 2% sont possibles, de sorte que, dans le cas de courants d'alimentation inférieurs à mA, l'erreur due à des tolérances présentées par les composants peut être supérieure à l'erreur apparaissant du fait de la chute de tension sur la ligne de masse d'alimentation 23. Par ailleurs, l'agencement représenté à la figure 3 est d'un coût élevé, étant donné que les composants du circuit de correction 26 doivent être montés en tant qu'éléments supplémentaires dans le circuit électronique d'exploitation 25. L'invention a pour but de fournir un dispositif de capteur dans lequel les inconvénients décrits ci-dessus, notamment les erreurs indétectables résultant de tolérances présentées par les composants, sont évités. Conformément à l'invention, ce but est atteint au moyen d'un dispositif de capteur, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur alimenté par une tension extérieure et servant à produire un signal, une borne de masse d'alimentation à laquelle une ligne de masse d'alimentation est raccordable, une borne de masse de signal, à laquelle une ligne de masse de signal est raccordable, et un circuit de correction qui est prévu spatialement sur le capteur et au moyen duquel, lorsque la ligne de masse d'alimentation et la ligne de masse de signal sont raccordées, une chute de tension sur la ligne de masse d'alimentation est mesurable au moyen de la ligne de masse de signal et le signal peut être corrigé en fonction de la chute de tension. Le dispositif de capteur conforme à l'invention peut aussi présenter l'une des particularités suivantes ou les deux: - le circuit de correction comprend un étage de sortie différentiel, - le capteur est monté en commun avec le circuit de correction dans un circuit intégré. Le même but est atteint, conformément à l'invention, au moyen d'un agencement de capteur comportant un dispositif de capteur du type défini ci-dessus, caractérisé par un circuit d'exploitation qui est prévu dans une unité séparée spatialement du dispositif de capteur et qui sert à traiter le signal, la ligne de masse d'alimentation et la ligne de masse de signal reliant le dispositif de capteur au circuit d'exploitation. L'agencement de capteur conforme à l'invention peut aussi présenter l'une des particularités suivantes ou les deux: - une ligne de tension d'alimentation, servant à l'alimentation en tension extérieure du capteur, et une ligne de signal, servant à transmettre le signal du dispositif de capteur au circuit d'exploitation, sont prévues entre le circuit d'exploitation et le dispositif de capteur, - la ligne de masse de signal comprend une résistante à valeur ohmique élevée. L'agencement de capteur conforme à l'invention se caractérise par le fait que le circuit de correction est prévu spatialement sur le capteur. Cela permet, en premier lieu, d'une manière ayant fait ses preuves, de détecter au moyen du circuit de correction la chute de tension sur la ligne de masse d'alimentation et de corriger le signal délivré par le capteur. En second lieu, il est possible, lors du réglage du capteur, d'annuler en même temps les erreurs du circuit de correction qui sont dues à des tolérances présentées par les composants. Ainsi, les erreurs peuvent se compenser, ne nuisant ainsi en aucune façon au résultat souhaité. Par ailleurs, les moyens structurels nécessaires sont réduits, étant donné que le circuit de correction peut être intégré dans le capteur, de sorte qu'il n'est nécessaire d'utiliser aucun composant supplémentaire. L'invention s'avère particulièrement avantageuse dans le cas d'un agencement de capteur dans lequel le dispositif de capteur et le circuit d'exploitation sont prévus dans des unités séparées spatialement l'une de l'autre. Ces avantages et particularités de l'invention sont, ainsi que d'autres, exposés ci-après en détail à l'aide d'un exemple préféré de mise en oeuvre et en regard des figures. On voit: à la figure 1, un agencement de circuit conforme à l'invention, à la figure 2, un agencement de capteur conforme à l'état de la technique et, à la figure 3, un autre agencement de capteur conforme à l'état de la technique. L'agencement de capteur représenté à la figure 1, comportant un dispositif de capteur 41 conforme à l'invention, correspond en partie à la structure décrite en regard de la figure 3, de sorte que des particularités déjà connues ne sont ici décrites que brièvement. Un capteur 30 faisant partie du dispositif de capteur 41 est relié à un circuit d'exploitation 35 par une ligne de tension d'alimentation 31, appliquant une tension de fonctionnement UB, une ligne de signal 32, une ligne de masse de signal 33 et une ligne de masse d'alimentation 34 (GND). Les lignes 31, 32, 33 et 34 sont réunis dans un câble de liaison qui relie entre eux le circuit d'exploitation 35 et le dispositif de capteur 41, lesquels sont souvent espacés l'un de l'autre de plusieurs mètres. Le circuit d'exploitation 35 alimente le capteur 30 par la ligne de tension d'alimentation 31 et la ligne de masse d'alimentation 34 et exploite, entre autres dans un convertisseur analogique/numérique 36, le signal délivré par le capteur 30 et transmis par la ligne de signal 32. Conformément à l'invention, dans le dispositif de capteur 41, un circuit de correction 37 est prévu avec le capteur 30, ce circuit de correction mesurant, au moyen de la ligne de masse de signal 33, une chute de tension sur la ligne de masse d'alimentation 34, qui est due au courant d'alimentation, et corrigeant le signal délivré par le capteur 30, d'une manière correspondant à la chute de tension. A cet effet, le circuit de correction 37 comprend, suivant l'agencement représenté à la figure 1, un amplificateur opérationnel 38 à réaction et des résistances Rl à R4, ce qui forme un étage de sortie différentiel. Les résistances Rl à R4 présentent une valeur identique qui devrait s'élever à au moins 1 kilo- ohm. Au moyen des résistances Rl et R2, la ligne de masse de signal 33 est réalisée avec une valeur ohmique élevée, de sorte qu'elle ne conduit qu'une partie négligeable du courant d'alimentation, ce qui entraîne une chute de tension également négligeable sur la ligne de masse de signal 33. Pour cette raison, le potentiel de masse du circuit d'exploitation 35 est appliqué en un emplacement 39. Contrairement à cela, la ligne de masse d'alimentation 34 conduit la partie essentielle du courant d'alimentation du capteur 30, de sorte que, sur cette ligne de masse d'alimentation 34 et en raison de la résistance de ligne, il se présente une chute de tension déjà décrite en regard des figures 2 et 3. Il en résulte que le potentiel de masse en un emplacement 40 sur le capteur 30 se trouve à un niveau plus élevé que le potentiel de masse du circuit d'exploitation 35. La différence peut, suivant la forme de réalisation, valoir approximativement 0,5 V. La différence de potentiel aux emplacements 39 et 40 est mesurée par l'amplificateur opérationnel 38 et est compensée au moyen d'une correction du signal, lequel est ensuite envoyé, par la ligne de signal 32, au circuit d'exploitation 35. L'agencement du circuit de correction 37 dans le capteur 30 permet d'une manière simple, lors du réglage du capteur 30, d'annuler également des erreurs éventuelles dues à des tolérances présentées par les composants utilisés dans le circuit de correction 37. La structure du circuit de correction 37 représentée à la figure 1 ne sert qu'à titre d'exemple à exposer l'invention. Plus particulièrement, dans le cas d'une fabrication du capteur 30 en grand nombre, il est judicieux de réaliser le circuit de correction 37 avec le capteur 30 dans un circuit intégré (CI), de sorte que les coûts de fabrication peuvent être abaissés considérablement. Dans ce cas, les résistances sont par exemple remplacées par des sources de courant dans un CI. Dans le cas de la réalisation de l'agencement dans un CI, la différence de potentiel entre la masse du capteur et la masse du circuit d'exploitation 35 est mesurée au moyen d'un circuit approprié. Le résultat de mesure est envoyé à un calculateur qui corrige le signal d'une manière appropriée. REVENDICATIONS 1. Dispositif de capteur (41), caractérisé en ce qu'il comprend - un capteur (30) alimenté par une tension extérieure et servant à produire un signal, - une borne de masse d'alimentation à laquelle une ligne de masse d'alimentation (34) est raccordable, - une borne de masse de signal, à laquelle une ligne de masse de signal (33) est raccordable, et - un circuit de correction (37) qui est prévu spatialement sur le capteur (30) et au moyen duquel, lorsque la ligne de masse d'alimentation (34) et la ligne de masse de signal (33) sont raccordées, une chute de tension sur la ligne de masse d'alimentation est mesurable au moyen de la ligne de masse de signal et le signal peut être corrigé en fonction de la chute de tension. 2. Dispositif de capteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de correction (37) comprend un étage de sortie différentiel (38, R1, R2, R3, R4). 3. Dispositif de capteur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le capteur (30) est monté en commun avec le circuit de correction (37) dans un circuit intégré. 4. Agencement de capteur comportant un dispositif de capteur (41) suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé par un circuit d'exploitation (35) qui est prévu dans une unité séparée spatialement du dispositif de capteur (41) et qui sert à traiter le signal, la ligne de masse d'alimentation (34) et la ligne de masse de signal (33) reliant le dispositif de capteur au circuit d'exploitation (35). 5. Agencement de capteur suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'une ligne de tension d'alimentation (31), servant à l'alimentation en tension extérieure du capteur (30), et une ligne de signal (32), servant à transmettre le signal du dispositif de capteur (41) au circuit d'exploitation (35), sont prévues entre le circuit d'exploitation et le dispositif de capteur. 6. Agencement de capteur suivant l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la ligne de masse de signal (33) comprend une résistante à valeur ohmique élevée.