FR2492988A1

FR2492988A1 - Digital resistance meter for e.g. temp. measurement - measures count rate of RC oscillator formed with reference and temp. related resistance to calculate ratio of resistances

Info

Publication number: FR2492988A1
Application number: FR8023014A
Authority: FR
Inventors: Jacques Prunier
Original assignee: EFCIS
Current assignee: EFCIS
Priority date: 1980-10-28
Filing date: 1980-10-28
Publication date: 1982-04-30
Also published as: FR2492988B1

Abstract

The device is used when a resistance varying as a function of a condition is used to measure that condition. An RC oscillator having period which is proportional to a given resistance is provided. A switch inserts, into the RC oscillator, either a reference resistor or the measured resistor. A clock gives a reference count frequency. A counter totalises the number of clock pulses during a set number of oscillator periods while the measured resistor is in the RC oscillator. Another counter (14) totalises the number of oscillator periods during a time corresponding to No clock pulses while the resistor Re is in the RC oscillator. The resistance Rm is then calculated by equating the ratios of the measured resistance to the reference resistance with that of the inverse of the number of clock periods counted with the respective resistances. The device can be used to measure temps.

Description

DISPOSITIF DE MESURE NUMERIQUE D'UNE RESISTANCE
La présente invention concerne la mesure des résistances et elle est applicable notamment chaque fois qu'une résistance variable en fonction d'un paramètre (par exemple la température) sert de capteur de mesure de ce paramètre.DEVICE FOR THE NUMERICAL MEASUREMENT OF A RESISTANCE
The present invention relates to the measurement of resistances and it is applicable in particular whenever a variable resistance as a function of a parameter (for example the temperature) serves as a sensor for measuring this parameter.

La mesure de résistances dans ce genre d'appui cations s'est faite jusqu'a maintenant essentiellement a partir de procédés analogiques dans lesquels on mesurait plus ou moins la tension et/ou le courant dans la résistance variable. Un procédé de mesure habituel consiste par exemple a incorporer la résistance variable dans un pont de résistances fixes et a mesurer la tension de déséquilibre du pont Cette méthode presente l'inconvénient de nécessiter des étalonnages très précis de plusieurs résistances et de gains d'amplificateurs, surtout si l'on veut obtenir l'information finale sous forme numérique. The measurement of resistances in this kind of cationic support has hitherto been carried out essentially from analog methods in which the voltage and / or the current were more or less measured in the variable resistance. A usual measurement method consists, for example, in incorporating the variable resistor into a bridge of fixed resistors and in measuring the unbalance voltage of the bridge. This method has the drawback of requiring very precise calibrations of several resistors and gain of amplifiers, especially if you want to get the final information in digital form.

La présente invention propose un dispositif spécialement conçu pour que la mesure soit effectuée de manière entièrement numérique, c' est-a-dire sans avoir à effectuer des conVersions analogLque/numérique, les paramètres de réglage de la valeur affichée étant euxaussi numériques (par exemple les paramètres permettant le choix de l'unité de mesure de la résistance ou de la grandeur physique mesurée à travers cette résistance). The present invention provides a device specially designed so that the measurement is carried out entirely digitally, that is to say without having to perform analog / digital conversions, the parameters for adjusting the displayed value also being digital (for example the parameters allowing the choice of the unit of measurement of the resistance or the physical quantity measured through this resistance).

Le dispositif de mesure selon l'invention utilise un oscillateur à circuit RC ayant une période proportionnelle à la résistance R du circuit RC, et un commutateur pour permettre l'insertion dans le circuit
RC soit d'une résistance étalon Re, soit d'une résistance à mesurer Rm ; il comporte aussi une horloge pour établir une fréquence de comptage de référence, un compteur pour compter le nombre No d'impulsions d'horloge pendant
Nm périodes de ltoscillateur lorsque le commutateur met
Rm dans le circuit RC de l'oscillateur, un autre compteur pour compter le nombre Ne de périodes de l'oscil- lateur pendant la durée correspondant à No impulsions d'horloge, lorsque le commutateur met Re dans le circuit
RC ; la sortie du dispositif de mesure est apte àreçevoir et à transmettre une valeur numérique représentant le nombre enregistré dans le deuxième compteur. Le deuxième com- teur peut. être un compteur-décompteur qui enregistre N,-e. The measuring device according to the invention uses an RC circuit oscillator having a period proportional to the resistance R of the RC circuit, and a switch to allow insertion into the circuit
RC either of a standard resistance Re or of a resistance to be measured Rm; it also includes a clock for establishing a reference counting frequency, a counter for counting the number No of clock pulses during
Nm periods of the oscillator when the switch sets
Rm in the RC circuit of the oscillator, another counter to count the number Ne of oscillator periods during the duration corresponding to No clock pulses, when the switch puts Re in the circuit
RC; the output of the measuring device is capable of receiving and transmitting a numerical value representing the number recorded in the second counter. The second counter can. be an up-down counter which records N, -e.

On voit donc que la mesure de résistance s'effectue en deux temps, le premier temps consistant à établir une durée de référence servant au deuxième temps; cette durée de référence est un multiple Nm de la période de 1|oscillateur lorsqu'il a la résistance à mesurer dans son circuit RC ; le deuxième temps de la mesure consiste à compter, pendant la durée de référence ainsi établie, le nombre de périodes de l'oscillateur ayant maintenant dans son circuit RC la résistance étalon. Le rapport entre la résistance à mesurer et la résistance étalon est alors égal au rapport Ne/Nm. La résistance étalon est bien entendu constante et on peut choisir le nombre Nm arbitrairement de manière que le nombre Ne contenu dans le deuxième compteur soit directement représentatif de la valeur de la résistance à mesurer Rm. It can therefore be seen that the resistance measurement is carried out in two stages, the first stage consisting in establishing a reference duration serving for the second stage; this reference duration is a multiple Nm of the period of 1 | oscillator when it has the resistance to be measured in its RC circuit; the second measurement time consists in counting, during the reference duration thus established, the number of periods of the oscillator now having in its RC circuit the standard resistance. The ratio between the resistance to be measured and the standard resistance is then equal to the Ne / Nm ratio. The standard resistance is of course constant and the number Nm can be chosen arbitrarily so that the number Ne contained in the second counter is directly representative of the value of the resistance to be measured Rm.

Par exemple, on peut choisir la valeur Nm de manière que la résistance Rm soit exprimée directement par le nombre Ne dans l'unité de mesure choisie. On peut aussi s'arranger, dans le cas où la résistance à mesurer est une résistance variable proportionnelle à une sran- deur physique telle qu'une température, pour que le nombre Ne inscrit dans le deuxième compteur exprime directement la valeur de la grandeur physique dans une unité choisie. For example, the value Nm can be chosen so that the resistance Rm is expressed directly by the number Ne in the chosen measurement unit. We can also arrange, in the case where the resistance to be measured is a variable resistance proportional to a physical solder such as a temperature, so that the number Ne written in the second counter directly expresses the value of the physical magnitude in a chosen unit.

On verra aussi qu'on a intérêt à choisir le nombre Nm pas complètement arbitrairement mais de préférence sous la forme 2P
Si au contraire on choisit le nombre Nm quelconque, on peut réaliser en particulier un ajustage numérique anssi précis qu'on le désire de la pente de conversion entre la grandeur physique mesurée et le nombre inscrit dans le deuxième compteur. Cette possibilite est particulièrement intéressante pour un dispositif de mesure entièrement numérique.We will also see that it is in our interest to choose the number Nm not completely arbitrarily but preferably in the form 2P
If on the contrary one chooses any number Nm, one can carry out in particular a numerical adjustment anssi so precise that one wishes it of the slope of conversion between the physical quantity measured and the number registered in the second counter. This possibility is particularly interesting for an entirely digital measuring device.

Si le deuxième compteur est un compteur- écompteur les mêmes remarques s'appliquent pour l'obtention d'une valeur de différencé à partir de Nm-Ne. If the second counter is a counter-counter, the same remarks apply for obtaining a differentiated value from Nm-Ne.

Nm
D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence au dessin annexé dans lequel la figure unique represente schématiquement un mode d'exécution de l'invention.Nm
Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows and which is given with reference to the appended drawing in which the single figure schematically represents an embodiment of the invention.

Sur cette figure, on a représenté en 10 un oscillateur à circuit RC dont la période est proportionnelle à RC. In this figure, there is shown at 10 an RC circuit oscillator whose period is proportional to RC.

La capacité C de l'oscillateur est constante de sorte que la période varie en fonction de la résistance. Un commutateur I permet de connecter dans l'oscillateur à circuit RC soit une résistance à mesurer Rm, soit une résistance eta- lon Re. La résistance Rm est par exemple ulule thermistance incorporée à une sonde de température.The capacitance C of the oscillator is constant so that the period varies according to the resistance. A switch I makes it possible to connect, in the oscillator with an RC circuit, either a resistance to be measured Rm or a standard resistance Re. The resistance Rm is for example a thermistor module incorporated into a temperature probe.

La sortie de l'oscillateur 10 est couplée à deux compteurs 12 et 14 qui sont respectivement destines à compter des nombres de périodes d'oscillation de 1'oscillateur 10 pendant deux phases de mesure différentes. The output of oscillator 10 is coupled to two counters 12 and 14 which are respectively intended to count numbers of periods of oscillation of oscillator 10 during two different measurement phases.

Une horloge 16 constitue une base de temps délivrant une fréquence constante (période To) destinée à établir un temps de mesure qui reste constant pour les deux phases de mesure. A clock 16 constitutes a time base delivering a constant frequency (period To) intended to establish a measurement time which remains constant for the two measurement phases.

Les deux phases de mesure consistent simplement à effectuer un premier comptage de nombre d'oscillations de l'oscillateur 10 pendant que le conwautateur
I couple la résistance Rm à l'oscillateur, puis à effectuer un nouveau comptage pendant que le commutateur I couple la résistance étalon Re à l'oscillateur.The two measurement phases simply consist in carrying out a first count of the number of oscillations of oscillator 10 while the conwautor
I couples the resistance Rm to the oscillator, then perform a new count while the switch I couples the standard resistance Re to the oscillator.

Au début de la première phase de mesure, l'horloge 16 fournit des impulsions de comptage à un compteur-décompteur 18, initialement à 0 ; ce compteur décompteur 18 compte donc pendant la première phase de mesure à la fréquence constante de l'horloge. Pendant ce temps, l'oscillateur 10 délivre ses impulsions au compteur 12, à sa fréquence propre, et le compteur 12, initialement à 0, délivre à sa sortie un signal lorsqutil atteint un compte prédéterminé Nm Ce signal sert à declencher l'arrêt du compteur-décompteur 18, de sorte qu'au bout de Nm périodesTm de l'oscillateur 10 couplé à la résistance Rm, le compteur-décompteur 18 a enregistré un compte d'impulsions No arrivées avec une période
To.La durée de comptage des Nm périodes de l'oscillateur peut donc s'exprimer par le nombre No de comptage avec une période To de référence. Cette durée servira de référence pour la deuxième phase de la mesure. La deuxième phase de la mesure consiste à inverser le commutateur I pour connecter à l'oscillateur 10 la résistance étalon Re. On va alors compter le nombre d'oscillations de l'oscillateur 10 pendant une durée égale à
NoTo.At the start of the first measurement phase, the clock 16 supplies counting pulses to an up-down counter 18, initially at 0; this up-down counter 18 therefore counts during the first measurement phase at the constant frequency of the clock. During this time, the oscillator 10 delivers its pulses to the counter 12, at its natural frequency, and the counter 12, initially at 0, delivers at its output a signal when it reaches a predetermined count Nm This signal is used to trigger the stopping of the up-down counter 18, so that at the end of Nm periods Tm of the oscillator 10 coupled to the resistor Rm, the up-down counter 18 has recorded a count of pulses No arrivals with a period
The counting duration of the Nm periods of the oscillator can therefore be expressed by the number No of counting with a reference period To. This duration will serve as a reference for the second phase of the measurement. The second phase of the measurement consists in inverting the switch I to connect to the oscillator 10 the standard resistance Re. We will then count the number of oscillations of the oscillator 10 for a duration equal to
NoTo.

Pour cela, on utilise toujours l'horloge 16 qui établit la durée de référence To. On commute cette horloge sur l'entrée de décomptage du compteur-décompteur 18 qui était arrêté au compte No à la fin de la première phase de mesure ; on fait décompter le compteur 18 jusqu'à 0 à la fréquence de l'horloge 16 de sorte que l'arrivée du compteur-décompteur 18 au contenu 0 indiquera la fin d'une période de temps NoTo. For this, use is always made of the clock 16 which establishes the reference duration To. This clock is switched to the down-counting input of the up-down counter 18 which was stopped at the account No at the end of the first measurement phase; the counter 18 is counted down to 0 at the frequency of the clock 16 so that the arrival of the up-down counter 18 at content 0 will indicate the end of a period of time NoTo.

Pendant la deuxième phase de mesure, l'oscillateur 10 délivre ses impulsions périodiques de période
Te au compteur 14, préalablement initialisé à 0. Le passage à 0 du compteur-décompteur 18, éventuellement détecté par un décodeur non représenté, sert à arrêter le comptage du compteur 14 qui présente donc, à la fin de la deuxième phase de mesure, un contenu Ne qui est tel que Ne Te = No To.During the second measurement phase, the oscillator 10 delivers its periodic period pulses
Te at counter 14, previously initialized at 0. The passage to 0 of up-down counter 18, possibly detected by a decoder not shown, serves to stop the counting of counter 14 which therefore presents, at the end of the second measurement phase, a Ne content which is such that Ne Te = No To.

Comme par ailleurs NoTo = NmTm, on en déduit que le rapport des nombres d'impulsions Ne/Nm est égal à l'inverse du rapport des périodes Te/Tm et est par conséquent égal au rapport inverse des résistances Re/Rz
Autrement dit, Rm/Re = Ne/Nm.As elsewhere NoTo = NmTm, we deduce that the ratio of the number of pulses Ne / Nm is equal to the inverse of the ratio of the periods Te / Tm and is therefore equal to the inverse ratio of the resistances Re / Rz
In other words, Rm / Re = Ne / Nm.

On peut choisir Nm arbitrairement, ce qui permet de déduire la valeur de la résistance Rm de la connaissance du contenu Ne du compteur à la fin de la deuxième phase de mesure. Si on choisit pour Nm un nombre qui est une puissance de 2, on peut réaliser très simplement le compteur 12 dont la fonction est de compter un nombre prédéterminé d'impulsions Nm pour arrêter le compteur-décompteur 18. En effet, il suffit alors d'avoir un compteur 12 de capacité égale à Nm dont la sortie de poids supérieur est connectée à une entrée d'arrêt du compteur-décompteur 18. Nm can be chosen arbitrarily, which makes it possible to deduce the value of the resistance Rm from knowing the content Ne of the counter at the end of the second measurement phase. If a number which is a power of 2 is chosen for Nm, the counter 12 can be produced very simply, the function of which is to count a predetermined number of pulses Nm to stop the up-down counter 18. In fact, it suffices then to '' have a counter 12 of capacity equal to Nm whose output of higher weight is connected to a stop input of the up-down counter 18.

Au contraire, si l'on choisit pour la valeur
Nm une autre valeur arbitraire, il faut réaliser le compteur 12 de manière plus complexe, incluant par exemple un compteur binaire, une mémoire de preférence programmable du nombre Nm, et un comparateur qui compare le contenu du compteur et celui de la mémoire pour déclencher l'arrêt du compteur-décompteur 18.On the contrary, if we choose for the value
Nm another arbitrary value, it is necessary to realize the counter 12 in a more complex way, including for example a binary counter, a programmable preference memory of the number Nm, and a comparator which compares the content of the counter and that of the memory to trigger the '' up-down counter 18.

L'intérêt de choisir pour Nm une valeur arbitraire réside dans le fait qu'on souhaite obtenir en sortie du circuit de mesure, c'est-à-dire essentiellement en sortie du compteur Ne, directement une valeur binaire ou décimale codée binaire de la grandeur mesurée, à savoir soit une résistance, dans l'unité de mesure choisie, soit une grandeur physique, également dans une unité de mesure choisie, si la résistance est en fait un capteur résistif d'une grandeur physique variable. The advantage of choosing an arbitrary value for Nm lies in the fact that one wishes to obtain, at the output of the measurement circuit, that is to say essentially at the output of the counter Ne, directly a binary or binary coded decimal value of the measured quantity, namely either a resistance, in the chosen measurement unit, or a physical quantity, also in a chosen measurement unit, if the resistance is in fact a resistive sensor of a variable physical quantity.

Par exemple, si la résistance est une thermistance et que l'on désire mesurer une température, il est souhaitable de choisir le nombre Nm, en fonction de la résistance étalon Re et de la pente de variation de Ria en fonction de la température, pour que le contenu Ne du compteur exprime directement une valeur de température en degrés centigrades (ou fractions de degrés). For example, if the resistance is a thermistor and one wishes to measure a temperature, it is desirable to choose the number Nm, as a function of the standard resistance Re and of the slope of variation of Ria as a function of the temperature, for that the Ne content of the meter directly expresses a temperature value in degrees centigrade (or fractions of degrees).

Le contenu du compteur Ne, qui constitue la sortie du dispositif de mesure selon l'invention, est alors transmis soit à un élément d'affichage, soit à un circuit d'utilisation si par exemple la valeur de la résistance doit servir à commander un circuit de régulation. The content of the counter Ne, which constitutes the output of the measuring device according to the invention, is then transmitted either to a display element, or to a circuit of use if for example the value of the resistance must be used to control a regulation circuit.

On a encore représenté sur la figure unique un circuit logique 20 destiné à effectuer notamment la remise à O des différents compteurs 12, 14 et 18 avant les débuts de phase de mesure qui concernent ces compteurs. There is also shown in the single figure a logic circuit 20 intended in particular to reset the various counters 12, 14 and 18 to O before the start of the measurement phase which concerns these counters.

Ce circuit logique reçoit comme informatif une information sur l'arrêt du compteur 12, sur le retour à 0 du compteur 18, et sur l'état du commutateur I. This logic circuit receives as information information on the stop of the counter 12, on the return to 0 of the counter 18, and on the state of the switch I.

Le commutateur I quand à lui est commandé par exemple par un signal de déclenchement général du circuit, dont la fonction est de déclencher régulièrement ou ponctuellement un cycle de mesure en deux phases. The switch I when in turn is controlled for example by a general trip signal of the circuit, the function of which is to trigger regularly or punctually a measurement cycle in two phases.

On peut encore mentionner que les compteurs 12 et 14 qui ont pour fonction de compter respectivement Nm et Ne peuvent être constitués par un compteur ur.ique, la logique 20 effectuant la distinction entre les rôles de ce compteur au cours des deux phases du cycle de mesure. It can also be mentioned that the counters 12 and 14 which have the function of counting Nm and Ne respectively cannot be constituted by a ur counter. The logic 20 distinguishes between the roles of this counter during the two phases of the cycle of measured.

De plus, le compteur 14, qu'il soit séparé ou non du compteur 12, peut être un compteur-décompteur qui compte d'abord Nm puis décompte Ne pour aboutir à un contenu Nm-Ne qui représente, à un facteur près (déterminé par le choix de Nm) la valeur Re-Rm. In addition, the counter 14, whether it is separate from the counter 12 or not, can be an up-down counter which first counts Nm and then counts down Ne to arrive at a content Nm-Ne which represents, to within a factor (determined by choosing Nm) the Re-Rm value.

Claims

1. Device for measuring a resistance from a standard resistance, characterized in that it comprises an RC circuit oscillator having a period proportional to the resistance R of the RC circuit, a switch to allow insertion into the RC circuit either of a standard resistance Re or of a resistance to be measured Rm, a clock to establish a reference counting frequency, a counter to count the number No of clock pulses during Nm periods of the oscillator when the switch puts Rm in the RC circuit of the oscillator, another counter to count the number Ne of periods of the oscillator during the duration corresponding to No clock pulses when the switch puts Re in the RC circuit, the output of the measuring device being able to receive and transmit a numerical value representing the number recorded in the second counter.

2. Resistance measuring device according to claim 1 characterized in that the number

Nm is chosen according to the desired unit for displaying the measured resistance value (or resistance difference), so that the content of the second counter directly expresses the value of the resistance to be measured.

3. Resistance measuring device according to one of claims 1 and 2, characterized in that the variable resistance is proportional to a physical quantity and that the number Nm is chosen so that the content of the second counter directly expresses the value of physical quantity in a chosen unit.

4. Measuring device according to one of claims 1 to 3, characterized in that Nm is chosen equal to 2P.

5. Measuring device according to one of the claims.

cations 1 to 4, characterized by the fact that the second counter is an up-down counter, that it functions in counting to record the number Nm and in down-counting to record Ne, the content of the counter at the end of the cycle being Nm - Ne and representing a Re - Rm value.

6. Measuring device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the counter for the number No is an up-down counter.