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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2521290A1
Family ID 2034249
Probable Assignee Mettler Instrumente Ag
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title BALANCE A COMPENSATION ELECTROMAGNETIQUE
Abstract
_________________________________________________________________
BALANCE A COMPENSATION ELECTROMAGNETIQUE, DANS LAQUELLE LES DUREES DE
FERMETURE D'UNE SOURCE DE COURANT CONSTANT EN FONCTION DE LA CHARGE
SONT COMPTEES A L'AIDE D'IMPULSIONS D'HORLOGE HAUTE FREQUENCE POUR
L'OBTENTION D'UN POIDS NUMERIQUE.
DANS UN CIRCUIT DE COMPENSATION DES INFLUENCES THERMIQUES, LE SIGNAL
ANALOGIQUE D'UNE SONDE DE TEMPERATURE 54 EST COMPARE A UNE TENSION EN
DENTS DE SCIE DANS UN COMPARATEUR 58 ET COMPTE NUMERIQUEMENT; UN
CIRCUIT DE CALCUL 38 COMBINE LE SIGNAL DE TEMPERATURE NUMERIQUE ET LE
SIGNAL DE POIDS NUMERIQUE. ON OBTIENT AINSI UN POIDS NUMERIQUE CORRIGE
EN TEMPERATURE.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention concerne une balance a compensation elec-
tromagnetique, avec un circuit de comparaison-regulation qui commande
la duree de fermeture d'une source de courant constant en fonction de
la charge et comprend un comparateur d'une' tension en dents de scie
periodique et d'un signal de regulation fonction de la charge; un
circuit de comptage des impulsions d'horloge pendant plusieurs durees
de fermeture; et un circuit de calcul pour determination du poids
numerique and partir du resultat du comptage d'impulsions De telles
balances sont decrites par les brevets des Etats-Unis d'Ameri- que n 3
786 884 et 3 816 156.
L'utilisation de telles balances pose un probleme connu, celui des
influences thermiques resultant par exemple de l'echauffement du
systeme de compensation sous charge ou de temperatures exterieures
fluctuantes Il est deja connu de prevoir une sonde de temperature qui
corrige la source de courant constant (brevet des Etats-Unis
d'Amerique n 3 786 678) D'autres balances co-rportent un reseau de
resistances corrigeant les influences thermiques (demande de brevet de
la Republi- que federale d'Allemagne DOS n 24 00 881) On connait par
ailleurs une balance a ruban et affichage numerique (demande de brevet
de la Republique federale d'Allemagne DAS n 19 727), dans laquelle une
correction numerique de la valeur mesuree est effectuee a l'aide de
facteurs memorises, qui peuvent le cas eche- ant etre modifies selon
les conditions effectives d'utilisation, par derivation des signaux
d'une sonde de temperature par exemple.
La conversion analogique-numerique de deux grandeurs devant satisfaire
a des conditions de precision differentes (telles que poids et
temperature) pourrait se faire de facon conventionnelle a l'aide de
deux convertisseurs analogiques-numeriques distincts Le supplement
d'appareillage resu 1 tantest toutefois genant L'invention vise par
suite a permettre une compensation de temperature numerique
automatique, d'une facon simple et sans recours a un convertisseur
analogique-numerique supplementaire Selon une caracteristique essen-
tielle de l'invention, une sonde de temperature est prevue de facon
connue dans la balance; un comparateur est prevu pour comparer le
signal de temperature analogique, amplifie le cas echeant, a une
tension en dents de scie periodique; un circuit de comptage est prevu
pour compter des impulsions d'horloge jusqu'a la reponse du compara-
teur; une memoire est prevue pour stocker la valeur de temperature
numerique resultant du comptage; et le circuit de calcul est dimen-
sionne pour combiner la valeur de temperature numerique et le resultat
numerique de poids L'emploi d'un multiplexeur conventionnel semble
s'imposer pour tenir compte du signal de temperature Cela equivau-
drait a tenir a peu pres egalement compte du signal de poids et du
signal de temperature, ce qui est inutile.
Dans une forme de realisation preferentielle de l'invention, le
montage est donc realise avec un circuit de commande du circuit de
comptage, dimensionne de facon que le signal de temperature soit
compte une seule fois pour une determination de poids portant sur
plusieurs durees de fermeture En d'autres termes, la mise a jour de la
determi- nation du poids n'est pratiquement pas influencee L'unique
prise en consideration du signal de temperature est d'autant-plus
suffisante qu'il ne s'agit que d'une correction d'erreur, pour
laquelle une reso- lution nettement inferieure a celle du poids
suffit.
L'emploi d'un meme comparateur pour la determination du poids et celle
de la temperature serait possible par principe Il entrainerait
toutefois un appareillage supplementaire important Une forme de rea-
lisation preferentielle prevoit donc un comparateur distinct pour la
determination du poids et pour celle de la temperature Cette solution
est d'autant plus facilement realisable que des circuits integres com-
prenant deux comparateurs sont disponibles sur le marche.
Il suffirait par principe de tenir compte numeriquement de la
temperature selon l'invention Les materiaux utilises habituellement
pour le systeme de compensation (tels que le materiau magnetique) pre-
sentent toutefois un coefficient de temperature fluctuant plus ou
moins par rapport a une valeur moyenne Il convient donc de relier la
sonde de temperature non seulement au comparateur, mais aussi a la
source de courant constant Cette combinaison de la disposition clas-
sique et de la disposition selon l'invention presente l'avantage de
permettre, pour un meme appareillage, une compensation totale de
l'influence thermique avec une bien meilleure precision de la deter-
mination de temperature que dans le cas d'une compensation purement
numerique, car seule la dispersion individuelle du coefficient de
temperature doit etre prise en compte numeriquement.
Un dimensionnement approprie de la commande des operations de comptage
permet d'utiliser le meme circuit pour le comptage des impul- sions
d'horloge tant du signal de poids que du signai de temperature.
D'autres caracteristiques et avantages de l'invention seront mieux
compris a l'aide de la description detaillee ci-dessous d'un exemple
de realisation preferentielle, dont la figure unique repre- sente le
schema synoptique.
La balance 10 comprend un systeme de compensation electromagneti- que
represente par une bobine 12 Une charge du plateau 14 fait devier la
partie mecanique de la balance a partir d'une position zero ou de
consigne, de la facon decrite par exemple en detail dans le brevet des
Etats-Unis d'Amerique N O 3 786 884 precite Cette deviation pro- duit
un signal electrique (circuit capteur 16), qui est transmis a un
regulateur 18 Le signal de regulation alimente un comparateur 20, dans
le Qoella tension de regulation est comparee a une tension en dents de
scie periodique (rampe) delivree par un generateur de rampe 22 Ce
dernier est commande par un diviseur de frequence 23, alimente par un
oscillateur haute frequence (horloge) 30 Le signal de sortie du
comparateur 20 commande, par l'intermediaire d'une bascule de
synchronisation 24, un inverseur 26 qui connecte une source de courant
constant 28 a la bobine de compensation 12, puis la deconnecte Le
courant constant i circule pour chaque rampe jusqu'a ce que dans
l'etat d'equilibre la force de compensation electromagnetique soit
egale a la charge appliquee et la position de consigne de la partie
mecanique de la balance soit retablie.
Pendant la duree des impulsions de courant i, des impulsions d'horloge
delivrees par l'oscillateur haute frequence 30 sont comptees, dont la
somme constitue le poids numerique recherche, apres calcul de facteurs
de proportionnalite et de correction Un operateur 32, dont la duree
d'ouverture est determinee par le comparateur 20, est prevu dans ce
but Les trains d'impulsions d'horloge proportionnels au poids sont
transmis a un compteur 34 faisant partie de l'element de comptage et
de memorisation 36 d'un microordinateur 38 (qui comprend d'autres
memoires de travail 48, 50 et 52) Les sommes d'impulsions comptees
sont traitees par l'unite centrale de calcul 42, selon un programme
fixe pour la balance consideree (memoire morte 40), pour former le
poids numerique final qu'un circuit decodeur-pilote 44 fait apparaitre
de facon classique sur l'afficheur numerique 46.
Le systeme de compensation 12 de la balance 10 comprend une resistance
variant avec la temperature (sonde de temperature) 54, reliee a un
amplificateur 56 Le signal de sortie de ce dernier agit sur la source
de courant constant 28, de facon qu'a temperature crois- sante,
l'augmentation du courant constant soit sensiblement egale a la
diminution du champ magnetique permanent dans le systeme de compen-
sation, resultant du coefficient de temperature moyen du materiau
magnetique, de facon qu'une compensation grossiere de l'influence de
temperature sur le resultat de mesure soit obtenue.
Le montage conventionnel decrit jusqu'a present est modifie comme suit
selon l'invention Un second comparateur 58 est prevu, qui recoit sa
tension de comparaison periodique du meme generateur de rampe 22 que
le premier comparateur 20 Le signal amplifie de la resistance 54
variant avec la temperature est continument compare a la rampe dans le
comparateur 58 Un inverseur electronique 60, dispose en amont de
l'operateur 32, est commande par le microordinateur 38 et connecte
soit le comparateur 20 ("comparateur de poids"), soit le comparateur
58
("comparateur de temperature") a l'entree de l'operateur 32.
Le fonctionnement est decrit ci-dessous a titre d'exemple, a l'aide
des principales phases d'une determination de poids.
Le comptage du poids s'effectue pendant 268 rampes de 2 milli-
secondes chacune Vient ensuite une rampe vide, c'est-a-dire une
periode du generateur de rampe 20 pendant laquelle aucune impulsion
d'horloge n'est comptee Pendant ce temps l'inverseur 60 est bascule la
somme des impulsions de comptage du poids est transferee du compteur
34 dans une memoire (48 par exemple), puis le compteur 34 est remis a
0, et un poids interimaire est calcule Il est alors possible de tenir
compte de facteurs de correction de la linearite et de la sensi-
bilite, determines par exemple a l'occasion d'un etalonnage en usine
et stockes dans une memoire morte (40) du microordinateur 38. Le
signal de temperature est compte pendant la rampe suivante,
c'est-a-dire que le compteur 34 recoit un nombre d'iopulions d'hor-
loge proportionnel au signal de la sonde de temperatuxe 54 (et par
suite a la temperature dans le systeme de compensation) Vient ensuite
une nouvelle rampe vide, pendant laquelle: l'inverseur 60 est de
nouveau bascule sur la sortie du compara- teur de poids 20 le contenu
du compteur 34 est transfere dans une memoire (50 par exemple), puis
le compteur 34 est remis a 0.
Une rampe ne servant pas a l'obtention de la valeur mesuree peut
ensuite etre prevue pour effectuer par exemple un controle do securit
6 des erreurs fonctionnelles.
Le cycle complet se repete ensuite, en commencant par le comptage de
268 rampes de poids.
La valeur de temperature numerique memorisee est combi-6 e uvec lle
poids interimaire selon une formule de correction fixe, puis le poids
corrige (vrai) resultant est affiche (circuit pilote 44, afficheur
nuinirique 46), Les formules faisant intervenir des facteurs de
correction sont connues, de sorte que leur description detaillee est
superflue ici.
Les mesures decrites permettent une compensation pratiquement par-
faite des influences de temperature avec des moyens simples Comme
precedemment indique, la combinaison de la correction numerique et de
la correction analogique (influence sur la source de courant cons-
tant 28) est certes avantageuse dans de nombreux cas, mais absolument
pas indispensable Il est possible par principe de ne prevoir qu'une
correction numerique Une simplification notable de la production et de
l'utilisation des balances resulte dans tous les cas de la suppres-
sion totale d'un ajustement a l'aide de potentiometres par exemple.
Ce dernier point est en outre important en particulier pour les
balances soumises a l'etalonnage par le service des instruments de
mesure.
2.521290
L'exemple de realisation a ete decrit avec un microordinateur qui
effectue les calculs necessaires et la plupart des fonctions de
commande selon son programme Il convient toutefois de souligner que
l'emploi d'un microordinateur permet certes une realisation particu-
lierement elegante de l'invention, mais n'est absolument pas
imperatif.
L'invention peut etre mise en oeuvre avec des circuits discrets appro-
pries. Bien entendu, diverses modifications peuvent etre apportees par
l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'etre
decrits uniquement a titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du
cadre de l'invention.
Claims
_________________________________________________________________
Revendications
1 Balance a compensation electromagnetique avec un circuit de com-
paraison-regulation qui commande la duree de fermeture d'une source de
courant constant en fonction de la charge et comprend un compara- teur
d'une tension en dents de scie periodique et d'un signal de regulation
fonction de la charge; un circuit de comptage des impul- sions
d'horloge pendant plusieurs durees de fermeture; et un circuit de
calcul pour determination du poids numerique a partir du resultat du
comptage d'impulsions, ladite balance etant caracterisee en ce qu'une
sonde de temperature (54) est prevue de facon connue; un compa- rateur
(58) est prevu pour comparer le signal de temperature analogique,
amplifie le cas echeant, a une tension en dents de scie periodique; un
circuit de comptage and #x003C; 34) est prevu pour compter des
impulsions d'hor- loge jusqu'a la reponse du comparateur (58); une
memoire (48) est prevue pour stocker la valeur de temperature
numerique resultant du comptage; et le circuit de calcul (38) est
dimensionne pour combiner la valeur de temperature numerique et le
resultat numerique de poids.
2 Balance selon revendication 1, caracterisee en ce qu'un circuit de
commande du circuit de comptage (34) est dimensionne de facon que le
signal de temperature soit compte une seule fois pour une determina-
tion de poids portant sur plusieurs durees de fermeture.
3 Balance selon une des revendications 1 ou 2, caracterisee en ce
qu'un comparateur distinct (20, 58) est prevu pour la determination du
poids et pour la determination de temperature.
4 Balance selon une quelconque des revendications 1 a 3, caracteri-
see en ce que la sonde de temperature (54) est connectee non seulement
au comparateur (58), mais aussi a la source de courant constant (28).
Balance selon une quelconque des revendications 1 a 4, caracteri- see
en ce que le meme circuit de comptage (34) est prevu pour le comp-
tage des impulsions d'horloge tant du signal de poids que du signal de
temperature.
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