FR2545222A1 - Method and apparatus for measuring a voltage or current by analogue-to-digital conversion - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé et appareil de mesure d'une tension ou d'une intensité parMethod and apparatus for measuring voltage or current by
conversion analogique-numérique.analog-to-digital conversion.
La présente invention a pour objet un pro- The subject of the present invention is a pro-
cédé de mesure d'une tension ou d'une intensité par conversion ana- yielded to measure a voltage or an intensity by ana- conversion
logique-numérique. Le domaine d'application de l'invention digital logic. The scope of the invention
est plus particulièrement celui de la mesure de tensions ou d'inten- is more particularly that of measuring voltages or inten-
sités de faibles amplitudes, quelles que soient les grandeurs re- sites of small amplitudes, whatever the magnitudes re-
présentées par les tensions ou intensités mesurées. presented by the voltages or intensities measured.
Actuellement, la mesure de tensions ou intensités de faibles et très faibles amplitudes, c'est-à-dire par Currently, the measurement of voltages or intensities of low and very low amplitudes, that is to say by
exemple des tensions inférieures au m V, nécessite des amplifica- example of voltages lower than m V, requires amplifications
teurs de gain très élevé, à très faible bruit et sans dérive L'uti- Very high gain, very low noise and no drift gain
lisation d'une chàîne d'amplificateurs opérationnels en cascade Play a chain of operational amplifiers in cascade
dont au moins les premiers sont à très faible bruit permet de satis- at least the first of which are very low noise allows satis-
faire aux deux premières conditions L'élimination de la dérive thermique peut tre réalisée en thermostatant les amplificateurs de mesure ou en mesurant la température avec précision pour injecter dans la chaîne amplificatrice un signal de compensation fonction de la température mesurée Il est également connu de procéder à des remises à zéro en mémorisant périodiquement le décalage de zéro après court-circuit de l'entrée pour injecter ensuite un signal de compensation fonction du décalage de zéro mémorisé, D'une façon générale, les systèmes connus pour la mesure de très faibles tensions sont délicats à réaliser et donc onéreux et l'on ne dispose pas d'indications sur l'erreur do with the first two conditions Elimination of the thermal drift can be carried out by thermostating the measurement amplifiers or by measuring the temperature with precision in order to inject into the amplifier chain a compensation signal which is a function of the measured temperature. It is also known to carry out resets by periodically memorizing the zero offset after short circuit of the input to then inject a compensation signal which is a function of the stored zero offset, Generally, known systems for measuring very low voltages are delicate to carry out and therefore expensive and there is no indication of the error
dont sont entachés les résultats qu'ils affichent. which taint the results they display.
L'invention a pour objet de fournir un The object of the invention is to provide a
procédé de mesure permettant de mesurer des tensions ou des inten- measurement method for measuring voltages or currents
sitês d'amplitudes très faibles avec un matériel peu coûteux. very low amplitudes with inexpensive equipment.
L'invention a aussi pour objet de fournir un procédé permettant non seulement d'afficher la valeur mesurée, mais aussi de connattre The object of the invention is also to provide a method making it possible not only to display the measured value, but also to know
et éventuellement d'afficher l'erreur dont elle est entachée. and possibly display the error with which it is vitiated.
Ce but est atteint par un procédé qui, conformément à l'invention, comprend les étapes qui consistent à engendrer des données numériques "directes" par conversion sous forme numérique de la grandeur à mesurer (v) ét This object is achieved by a method which, according to the invention, comprises the steps which consist in generating "direct" digital data by converting the quantity to be measured (v) into digital form.
des données numériques "inverses" par conversion sous forme numé- "reverse" digital data by conversion to digital form
rique de l'inverse (-v) de la grandeur à mesurer, calculer la différence entre une donnée numérique directe et une donnée numérique inverse en vue d'élaborer une grandeur représentant le résultat de la mesure, et calculer des sommes chacune comprenant l'addition d'une donnée numérique directe et d'une seconde donnée numérique inverse en vue d'alaborer une grandeur représentant rique of the inverse (-v) of the quantity to be measured, calculate the difference between a direct digital data and a reverse digital data in order to develop a quantity representing the result of the measurement, and calculate sums each comprising the addition of a direct digital data and a second reverse digital data in order to develop a quantity representing
l'erreur sur le résultat.the error on the result.
Comme cela est explique plus en détail dans As explained in more detail in
la suite, chaque donnée numérique comprend une composante représen- thereafter, each digital datum includes a component representing
tant la valeur de la grandeur à mesurer (ou son inverse), une compo- both the value of the quantity to be measured (or its inverse), a compo-
sante représentant l'erreur systématique introduite par les circuits de mesure (dérive) et une composante représentant l'erreur aléatoire (bruit, influence extérieure,) La différence entre une donnée numérique directe et une donnée numérique inverse permet d'éliminer la composante représentant l'erreur systématique @ c'est la mise en oeuvre du principe bien connu de la "double pesée" L'addition d'une donnée numérique directe avec une donnée numérique inverse permet d'éliminer la composante représentant la valeur de la grandeur à mesurer Si l'on suppose par ailleurs que l'erreur systématique ne varie pas sensiblement pendant la durée de calcul d'une série de sommes différentes, il est possible à partir de cette série, de health representing the systematic error introduced by the measurement circuits (drift) and a component representing the random error (noise, external influence,) The difference between a direct digital data and a reverse digital data makes it possible to eliminate the component representing l 'systematic error @ is the implementation of the well known principle of "double weighing" The addition of direct digital data with reverse digital data eliminates the component representing the value of the quantity to be measured If it is also supposed that the systematic error does not vary appreciably during the calculation time of a series of different sums, it is possible from this series, to
caractériser l'erreur aléatoire entachant le résultat à afficher. characterize the random error tainting the result to be displayed.
Lorsque la grandeur à mesurer est continue ou varie lentement dans le temps, les données numériques directes et inverses peuvent être engendrées alternativement, ce qui permet d'utiliser un seul convertisseur Le résultat est déterminé par le calcul de la demi- différence entre une donnée numérique directe et When the quantity to be measured is continuous or varies slowly over time, direct and inverse digital data can be generated alternately, which allows the use of a single converter The result is determined by calculating the half difference between a digital data direct and
une donnée numérique inverse engendrées successivement Parallèle- inverse digital data generated successively Parallel-
ment, des sommes consécutives formées chacune par addition d'une donnée numérique directe et d'une donnée numérique inverse engendrées successivement sont mémorisées et la grandeur représentant l'erreur ment, consecutive sums each formed by adding a direct digital data and a reverse digital data generated successively are memorized and the quantity representing the error
sur le résultat est élaborée à partir d'un-ensemble de valeurs mémo- on the result is developed from a set of memo values
risées, par exemple en calculant l'écart type. laughs, for example by calculating the standard deviation.
Lomsque la grandeur à mesurer varie de façon sensible pendant l'intervalle de temps séparant deux conversions successives, il est alors nécessaire d'utiliser deux convertisseurs, et le procédé comprend les étapes qui consistent à: engendrer simultanément à un premier instant une première et une seconde donnée numériques directes (ND 1, ND 2) par conversions distinctes de la grandeur a mesurer, puis engendrer simultanément à un deuxième instant une troisième donnée numérique directe (ND 3) et une donnée numerique inverse (N Il) par conversions distinctes de la grandeur a mesurer (v) et de l'inverse (-9) de cette grandeur, calculer la différence entre la troisième donnée numérique directe (ND 3) et la donnée numérique inverse (N Il) et y ajouter la différence entre la deuxième et la première donnée numériques directes (ND 2, ND 1) pour élaborer la grandeur représentant le résultat de la mesure au deuxièmeinstant, et calculer des sommes algébriques comprenant chacune, d'une part, l'addition de la troisième donnée numérique directe (ND 3) et de la donnée numérique inverse (N Il) et, d'autre When the quantity to be measured varies significantly during the time interval separating two successive conversions, it is then necessary to use two converters, and the method comprises the steps which consist in: simultaneously generating at a first instant a first and a second direct digital data (ND 1, ND 2) by separate conversions of the quantity to be measured, then simultaneously generate at a second instant a third direct digital data (ND 3) and an inverse digital data (N II) by conversions separate from the quantity to be measured (v) and the inverse (-9) of this quantity, calculate the difference between the third direct digital data (ND 3) and the inverse digital data (N Il) and add the difference between the second and the first direct digital data (ND 2, ND 1) to develop the quantity representing the result of the measurement at the second instant, and calculate algebraic sums each comprising, on the one hand, the additi one of the third direct digital data (ND 3) and of the reverse digital data (N II) and, on the other
part, la différence entre la première et la seconde donnée nume- share, the difference between the first and second data nume-
riques directes (ND 1, ND 2), pour élaborer la grandeur représentant l'erreur sur le resultato Dans un cas comme dans l'autre, l'inversion de direct risks (ND 1, ND 2), to work out the quantity representing the error on the resultato In one case as in the other, the inversion of
la grandeur à mesurer peut être réalisée au moyen d'un inverseur rece- the quantity to be measured can be achieved by means of an inverter received
vant cette grandeur Toutefois, pour la mesure d'une grandeur fournie par un capteur alimente par une tension continue, tel qu'un pont ou un potentiomètre, il est avantageux d'inverser la grandeur à mesurer en inversant la tension d'alimentation car les erreurs systématiques susceptibles d'intervenir au niveau du capteur sont alors prises en Before this quantity However, for the measurement of a quantity supplied by a sensor supplied by a direct voltage, such as a bridge or a potentiometer, it is advantageous to invert the quantity to be measured by reversing the supply voltage because the systematic errors likely to occur at the sensor are then taken into account
compte.account.
La présente invention a aussi pour objet de fournir un appareil permettant de mettre en oeuvre le procédé défini ci-avant. Ce but est atteint au moyen d'un appareil The object of the present invention is also to provide an apparatus making it possible to implement the method defined above. This goal is achieved by means of a device
comprenant au moins une chatne de mesure avec convertisseur analo- comprising at least one measuring rod with analog converter
gique-numérique et dans lequel sont prévus en outre: un dispositif d'inversion pour inverser la grandeur à mesurer appliquée à l'entrée de la chaine de mesure, un dispositif de traitement recevant les données numériques délivrées par le ou chaque convertisseur en réponse à la conversion, de la grandeur à mesurer et de l'inverse de celle-ci, le dispositif de traitement comportant des moyens pour calculer notamment des différences chacune entre une donnée numérique directe et une donnée numérique inverse, afin d'élaborer les valeurs des résultats de mesure, des moyens pour calculer des sommeschacune formée notamment par l'addition d'une-donnée numérique directe et d'une donnée numérique inverse, des moyens pour mémoriser un ensemble de sommes calculées et des moyens pour calculer à partir des sommes mémorisées des grandeurs représentatives des erreurs affectant les résultats élaborés, et un circuit de commande délivrant des signaux digital and in which there are further provided: an inversion device for inverting the quantity to be measured applied to the input of the measurement chain, a processing device receiving the digital data delivered by the or each converter in response to the conversion of the quantity to be measured and the inverse thereof, the processing device comprising means for calculating in particular differences each between a direct digital datum and a reverse digital datum, in order to develop the values of the results of measurement, means for calculating sums each formed in particular by the addition of a direct digital data and a reverse digital data, means for memorizing a set of calculated sums and means for calculating from the stored sums of quantities representative of the errors affecting the results produced, and a control circuit delivering signals
de commande du dispositif d'inversion et du ou de chaque convertis- of the reversing device and of or each convertor
seur. D'autres particularités et avantages du procédé et de l'appareil selon l'invention ressortiront à la sister. Other particularities and advantages of the method and of the apparatus according to the invention will become apparent from the
description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, description given below, for information but not limitation,
en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma d'un premier mode de réalisation d'un appareil conforme à l'invention pour la mesure d'une grandeur continue ou variant lentement dans le temps; la figure 2 est un schéma d'une variante de l'appareil de la figure 1 destinée à la mesure d'une tension fournie par un capteur en pont; la figure 3 est un schéma d'une autre variante de l'appareil de la figure 1 avec compensation de dérive; et la figure 4 est un schéma d'un deuxième mode de réalisation d'un appareil conforme à l'invention pour la mesure de with reference to the appended drawings in which: FIG. 1 is a diagram of a first embodiment of an apparatus in accordance with the invention for the measurement of a quantity continuous or varying slowly over time; Figure 2 is a diagram of a variant of the apparatus of Figure 1 for measuring a voltage supplied by a bridge sensor; Figure 3 is a diagram of another variant of the apparatus of Figure 1 with drift compensation; and FIG. 4 is a diagram of a second embodiment of an apparatus according to the invention for measuring
grandeurs variant relativement rapidement dans le temps. quantities varying relatively rapidly over time.
L'appareil représenté sur la figure 1 comprend The apparatus shown in Figure 1 includes
une chaîne de mesure formée classiquement d'un convertisseur analo- a measurement chain conventionally formed by an analog converter
gique-numérique Il dont l'entrée reçoit le signal à convertir par l'intermédiaire d'un circuit d'amplification éventuel 12 formé d'un amplificateur ou de plusieurs amplificateurs en cascade Dans l'exemple illustré, la grandeur à convertir est une tension v, mais l'invention s'applique également au cas o cette grandeur digital-digital II whose input receives the signal to be converted via an optional amplification circuit 12 formed by an amplifier or several amplifiers in cascade In the example illustrated, the quantity to be converted is a voltage v, but the invention also applies to the case where this quantity
est une intensité.is an intensity.
Conformément à l'invention, un inverseur 13 est branché entre des bornes d'entrée 14, 15 entre lesquelles est According to the invention, an inverter 13 is connected between input terminals 14, 15 between which is
appliquée la tension v à mesurer, et l'entrée du circuit d'amplifi- applied the voltage v to be measured, and the input of the amplifier circuit
cation 12 La tension v est une tension continue ou une tension dont l'amplitude varie dans le temps à une vitesse négligeable par rapport à la fréquence d'échantillonnage à laquelle est commandé cation 12 Voltage v is a direct voltage or a voltage whose amplitude varies over time at a negligible speed compared to the sampling frequency to which is controlled
le convertisseur 11 Les données numériques fournies par le conver- the converter 11 The digital data provided by the converter
tisseur sont transmises à un dispositif de traitement 16 qui élabore une grandeur représentant le résultat de la mesure et une grandeur représentant l'erreur dont est entaché le résultat Les résultats élaborés sont transmis à un dispositif d'affichage numérique 170 Les valeurs numériques affichées peuvent être limitées à leurs parties significatives déterminées en fonction de l'erreur calculée Cette dernière pourrait également être affichée sur une partie 17 a de l'afficheur 17 Un circuit de commande 18 fournit des signaux pour synchroniser le fonctionnement de l'inverseur 13, du convertisseur Il weaver are transmitted to a processing device 16 which develops a quantity representing the result of the measurement and a quantity representing the error which is vitiated by the result The results produced are transmitted to a digital display device 170 The displayed digital values can be limited to their significant parts determined as a function of the calculated error The latter could also be displayed on a part 17 a of the display 17 A control circuit 18 supplies signals to synchronize the operation of the inverter 13, of the converter Il
et du dispositif de traitement 16.and the processing device 16.
Le circuit de commande 18 comprend une base de temps 19 qui fournit un signal d'horloge H de fréquence F Une bascule 20 formant diviseur de fréquence par 2 reçoit le signal H et délivre des impulsions HI dont les fronts montants et descendants commandent le basculement de l'inverseur 13 entre ses deux positions de la sorte, le circuit d'amplification 12 reçoit sur son entrée alternativement et pendant des mêmes intervalles de temps 1/Fla tension v et son inverse -v Un signal H 2 convenablement retardé par rapport au signal Hen vue d'éviter un fonctionnement incertain, commande l'échantillonnage de la tension analogique à l'entrée du The control circuit 18 comprises a time base 19 which supplies a clock signal H of frequency F A flip-flop 20 forming a frequency divider by 2 receives the signal H and delivers pulses HI whose rising and falling edges control the tilting of the inverter 13 between its two positions in this way, the amplification circuit 12 receives alternately at its input and for the same time intervals 1 / Fla voltage v and its inverse -v A signal H 2 suitably delayed with respect to the signal In order to avoid uncertain operation, controls the sampling of the analog voltage at the input of the
convertisseur 11.converter 11.
Le circuit de traitement 16 reçoit alternati- The processing circuit 16 receives alternati-
vement des données numériques directes ND lorsque la tension v est appliquée au circuit 12 et des données numériques inverses NI lorsque la tension -v est appliquée au circuit 12 Puisque la tension à mesurer est une tension continue ou variant lentement dans le temps directly digital data ND when voltage v is applied to circuit 12 and inverse digital data NI when voltage -v is applied to circuit 12 Since the voltage to be measured is a DC voltage or one that varies slowly over time
au regard de la fréquence F, deux données ND et NI élaborées succes- with regard to the frequency F, two data ND and NI elaborated successively
sivement par le convertisseur 11 peuvent être exprimées de la façon suivante: ( 1) ND = V + sl + al et ( 2) NI = -V + 452 + ca 2 V étant la valeur numérique vraie de la tension v, ksl et 452 étant les erreurs systématiques entachant les mesures aux instants tl et t 2 de formation des données ND et NI et,al et a 2 étant les erreurs The converter 11 can be expressed as follows: (1) ND = V + sl + al and (2) NI = -V + 452 + ca 2 V being the true numerical value of the voltage v, ksl and 452 being the systematic errors tainting the measurements at the instants tl and t 2 of formation of the data ND and NI and, al and a 2 being the errors
aleatoires entachant les mesures aux instants tl et t 2. random tainting the measurements at times tl and t 2.
Les erreurs 4 sl et 452 proviennent notamment des dérives d'origine thermique du circuit d'amplification Dans la mesure o la fréquence d'échantillonnage F a une valeur suffisamment The errors 4 sl and 452 come in particular from thermal drifts of the amplification circuit. Insofar as the sampling frequency F has a value sufficiently
élevee, on peut tenir pour négligeable la variation de l'erreur sys- high, the variation of the sys-
tematique entre les instants tl et t 2 o Des relations ( 1) et ( 2), il vient alors: ( 3) ND NI = 2 V + Cal a 2 et ( 4) ND + NI = 2 sl + Cal + a 2 La différence ND NI est indépendante de l'erreur systématique; la moitié de cette différence est utilisée pour fournir le résultat numérique Vr de la mesure: ( 5)Vr = = + tematic between instants tl and t 2 o From relations (1) and (2), it then comes: (3) ND NI = 2 V + Cal a 2 and (4) ND + NI = 2 sl + Cal + a 2 The ND NI difference is independent of the systematic error; half of this difference is used to provide the numerical result Vr of the measurement: (5) Vr = = +
2 22 2
Si l'on considère une série de N valeurs successives de ND + NI (par exemple huit ou seize valeurs), on peut admettre que la composante 2 sl d'erreur systématique ne varie pratiquement pas En supposant par ailleurs que la population des valeurs des erreurs aléatoires est de distribution gaussienne, la variance (ND + NI), ou écart type au carré, de la somme ND + NI peut s'écrire: If we consider a series of N successive values of ND + NI (for example eight or sixteen values), we can admit that the component 2 sl of systematic error practically does not vary By supposing besides that the population of the values of random errors is of Gaussian distribution, the variance (ND + NI), or standard deviation squared, of the sum ND + NI can be written:
2 22 2
( 6) a 2 (ND +NI) = 2 (gal + a 2) puisque Cr 2 ( = O Or, on a aussi ( 7) Cr 2 ( al + ta 2) = 2 Mal %a 2) d'o l'on peut caractériser aisément l'erreur aleatoire entachant Vr, (6) a 2 (ND + NI) = 2 (gal + a 2) since Cr 2 (= O Or, we also have (7) Cr 2 (al + ta 2) = 2 Mal% a 2) o we can easily characterize the random error tainting Vr,
en prenant la moitié de l'écart type des sommes ND + NI. taking half the standard deviation of the ND + NI sums.
D'autres modes de calcul statistique peuvent atre utilisés, par exemple en déterminant l'etendue des sommes Other statistical calculation methods can be used, for example by determining the extent of the sums
ND + NI.ND + NI.
Le dispositif de traitement 16 est, par exemple, du type à microprocesseur Chaque front montant du signal Hi commande, d'une part, le basculement de l'inverseur 13 pour appliquer la tension v au circuit 12 et, d'autre part, déclenche un monostable The processing device 16 is, for example, of the microprocessor type. Each rising edge of the signal Hi controls, on the one hand, the tilting of the inverter 13 to apply the voltage v to the circuit 12 and, on the other hand, triggers a monostable
21 qui produit-un signal Hll commandant l'acquisition par le dis- 21 which produces an Hll signal controlling the acquisition by the
positif de traitement de la valeur correspondante ND disponible en sortie du convertisseur ainsi que l'exécution d'un cycle de mémorisation et calcul décrit plus loin De façon similaire, chaque front descendant du signal H 1 commande, d'une part, le basculement de l'inverseur 13 pour appliquer la tension -v au circuit 12 et, d'autre part, déclenche un monostable 22 qui produit un signal H 12 commandant l'acquisition de la valeur correspondante NI ainsi que positive processing of the corresponding value ND available at the converter output as well as the execution of a storage and calculation cycle described below Similarly, each falling edge of the signal H 1 controls, on the one hand, the tilting of the inverter 13 to apply the voltage -v to the circuit 12 and, on the other hand, triggers a monostable 22 which produces a signal H 12 controlling the acquisition of the corresponding value NI as well as
l'exécution d'un cycle de mémorisation et calcul. the execution of a memorization and calculation cycle.
Le cycle déclenche par le signal Hll est le suivant The cycle triggered by the Hll signal is as follows
acquisition de la nouvelle valeur ND dis- acquisition of the new ND value available
ponible; mémorisation de ND dans un registre RND; calcul de Vr = 2 (ND lRNIl), lRNIl étant ponible; storage of ND in an RND register; calculation of Vr = 2 (ND lRNIl), lRNIl being
la valeur de NI précédemment acquise et enregistrée dans un re- the value of NI previously acquired and recorded in a re-
gistre RNI; calcul de S (ND + RNI) mémorisation de S dans un registre R 51; calcul de la variance Cr des N dernières valeurs calculées 51 a Sn de la somme S (n = 8 ou 16 par exemple), ces valeurs étant disponibles dans des registres R 51 à R Sn; calcul-de l'erreur entachant la valeur Vr, par exemple l'intervalle de confiance er = + 25; calcul et affichage de la partie significative tive S (Vr) de Vr avec affichage éventuel de er; et RNI registrar; calculation of S (ND + RNI) storage of S in a register R 51; calculating the variance Cr of the last N calculated values 51 a Sn of the sum S (n = 8 or 16 for example), these values being available in registers R 51 to R Sn; calculation of the error tainting the value Vr, for example the confidence interval er = + 25; calculation and display of the significant part S (Vr) of Vr with possible display of er; and
transfert des contenus des registres R 51 - transfer of contents of registers R 51 -
R Snl respectivement dans les registres R 52 a R Sn. R Snl respectively in the registers R 52 a R Sn.
Un cycle similaire est déclenche par le A similar cycle is triggered by the
signal H 12.signal H 12.
Selon une variante du processus décrit cil dessus, un test peut être effectué sur la valeur calculée de ta pour inhiber l'affichage et déclencher un indicateur lumineux ét/ou sonore incorpore au dispositif d'affichage 17 lorsque er dépasse une limite prédéterminée Le fonctionnement de l'indicateur peut traduire l'existence d'un bruit important, ou un mauvais fonctionnement du convertisseur ou encore une variation trop rapide de l'amplitude de la tension mesurée A propos de ce dernier point, on rappelle que les variations éventuelles de la tension mesurée doivent rester à une fréquence bien inférieure à la fréquence F d'échantillonnage, par exemple inférieure à 10 4 F et, de préférence, à 10 5 F. Bien que l'on ait décrit ci-avant un mode According to a variant of the process described above, a test can be carried out on the calculated value of ta to inhibit the display and trigger a light and / or sound indicator incorporated in the display device 17 when er exceeds a predetermined limit. the indicator can reflect the existence of a significant noise, or a malfunction of the converter or even a too rapid variation of the amplitude of the measured voltage. Regarding this last point, it is recalled that the possible variations of the measured must remain at a frequency much lower than the sampling frequency F, for example less than 10 4 F and preferably at 10 5 F. Although a mode has been described above
particulier de réalisation du circuit de traitement 16 avec un micro- particular embodiment of the processing circuit 16 with a micro-
processeur, ce circuit de traitement peut tre d'un autre type, par processor, this processing circuit can be of another type, for example
exemple en logique câblée.example in wired logic.
Le convertisseur analogique-numerique 11 peut également être de tout type, par exemple convertisseur à rampe ou The analog-digital converter 11 can also be of any type, for example ramp converter or
convertisseur tension-fréquence.voltage-frequency converter.
Quant à l'inverseur, selon les vitesses de commutation désirées et le niveau de bruit admissible, il peut être constitue par un relais, un commutateur à transistors, ou même encore As for the inverter, depending on the desired switching speeds and the admissible noise level, it can be constituted by a relay, a transistor switch, or even
un inverseur mécanique.a mechanical inverter.
Dans l'appareil illustré par la figure la la montage utilisé permet d'éliminer toutes les erreurs systématiques se produisant en aval de l'inverseur Dans certains cas, il est possible d'éliminer des erreurs systématiques intervenant au niveau d'un capteur fournissant-la tension v Il en est ainsi lorsque cette tension v est produite par un capteur utilisant un montage en pont ou un potentiomètre et que l'inversion porte non pas sur la sortie du capteur, mais sur la tension d'alimentation continue de celui-ci Par exemple, dans le cas de la figure 2, la tension v est fournie par un capteur formé par un pont de jauges 30 dont les bornes de sortie 34, 35 sont reliées à un convertisseur enalogique- numérique 31 par l'intermédiaire d'un amplificateur 32 à grand gain Un circuit de traitement 36 analogue au circuit 16 décrit plus haut reçoit les données numériques fournies par le convertisseur 31 pour calculer le résultat de la mesure et commander le dispositif d'affichage 37 Un inverseur 33 est branché entre les bornes d'alimentation du pont 30 et un circuit 39 délivrant à celui-ci une tension d'alimentation continue Les fonctionnements de l'inverseur 33, du convertisseur 31 et du circuit de traitement 36 sont synchronisés par un circuit In the device illustrated in the figure, the assembly used makes it possible to eliminate all the systematic errors occurring downstream of the inverter. In certain cases, it is possible to eliminate systematic errors occurring at the level of a sensor supplying the voltage v This is so when this voltage v is produced by a sensor using a bridge mounting or a potentiometer and the inversion relates not to the output of the sensor, but to the DC supply voltage of the latter For example, in the case of FIG. 2, the voltage v is supplied by a sensor formed by a gauge bridge 30 whose output terminals 34, 35 are connected to an analog-digital converter 31 via a amplifier 32 with high gain A processing circuit 36 analogous to the circuit 16 described above receives the digital data supplied by the converter 31 to calculate the measurement result and control the display device 37 An inverter 33 es t connected between the power supply terminals of the bridge 30 and a circuit 39 delivering to the latter a continuous supply voltage The operations of the inverter 33, the converter 31 and the processing circuit 36 are synchronized by a circuit
de commande 38.38.
Grâce au montage de la figure 2, il est possible d'éliminer aussi des erreurs systématiques trouvant leur origine dans le capteur, par exemple des erreurs dues à des tensions Thanks to the arrangement of FIG. 2, it is also possible to eliminate systematic errors originating from the sensor, for example errors due to voltages
parasites produites par effet thermocouple au niveau de soudures. parasites produced by thermocouple effect at welds.
Un des avantages principaux du procédé et du dispositif conformes à l'invention consiste dans la possibilité de mesurer de très faibles tensions sans imposer des tolérances très strictes sur la dérive des circuits utilisés Toutefois, dans le cas o la tension à mesurer v doit subir une amplification au moyen d'une chaîne à très grand grain formée, par exemple, d'au moins deux amplificateurs 42 a, 42 b (figure 3), il est possible, même avec une dérive en température raisonnablement basse, que la pleine échelle à l'entrée de la chaîne d'amplification soit parcourue One of the main advantages of the method and of the device in accordance with the invention consists in the possibility of measuring very low voltages without imposing very strict tolerances on the drift of the circuits used. However, in the case where the voltage to be measured v must be subjected to a amplification by means of a very large grain chain formed, for example, of at least two amplifiers 42 a, 42 b (FIG. 3), it is possible, even with a reasonably low temperature drift, that the full scale at the input of the amplification chain is traversed
simplement pour une variation de quelques dizaines de degrés UC. simply for a variation of a few tens of degrees UC.
Par exemple, si l'on considère une chaîne d'amplification ayant un gain de 105, une pleine échelle à l'entrée de + 102 p V avec une résolution de 0,01 u V et une tension de saturation en sortie de For example, if we consider an amplification chain with a gain of 105, a full scale at the input of + 102 p V with a resolution of 0.01 u V and a saturation voltage at the output of
10 V, la pleine échelle est parcourue pour une excursion en tempé- 10 V, the full scale is covered for a temperature excursion
rature de 20 'C si la dérive est de 10 p V/ C. erasure of 20 'C if the drift is 10 p V / C.
Dans un tel cas, il est nécessaire de corriger la dérive, A cet effet, on prend la valeur d'erreur systématique,s obtenue après une double mesure en effectuant l'opération Ès = 2 La valeur numérique % 6 calculée est traitée puis convertie sous forme analogique au moyen d'un convertisseur 49 pour être introduite en tant que tension de correction dans la chatne d'amplification, par exemple entre les amplificateurs 42 a et 42 b Le calcul de s est effectué par le dispositif de traitement 46 qui reçoit les données In such a case, it is necessary to correct the drift, For this purpose, we take the systematic error value, s obtained after a double measurement by performing the operation Ès = 2 The numerical value% 6 calculated is processed and then converted in analog form by means of a converter 49 to be introduced as a correction voltage in the amplification chain, for example between amplifiers 42 a and 42 b The calculation of s is carried out by the processing device 46 which receives the data
numériques ND et NI provenant du convertisseur analogique-numérique 41. ND and NI digital signals from analog-to-digital converter 41.
On notera qu'il ne s'agit pas ici de faire une correction fine de la dérive, puisque l'erreur systématique est de toute façon supprimée par la double mesure Il suffit d'une Note that it is not a question here of making a fine correction of the drift, since the systematic error is in any case eliminated by the double measurement.
correction grossière ne nécessitant qu'un convertisseur 49 de réso- coarse correction requiring only a 49 converter
lution limitée La correction de dérive ne suppose donc pas l'uti- limited lution Drift correction therefore does not require the use
lisation de circuits coûteux.expensive circuits.
On notera encore que, pendant une série de mesures avec calcul de l'erreur aléatoire, la valeur fis réinjectée dans la chatne d'amplification doit âtre maintenue constante pour ne pas fausser ce calcul, ou doit être en permanence connue pour It will also be noted that, during a series of measurements with calculation of the random error, the value fis reinjected into the amplification chain must be kept constant in order not to distort this calculation, or must be permanently known for
être prise en compte dans le calcul. be taken into account in the calculation.
On a envisagé ci-avant le cas o la grandeur à mesurer est continue ou varie à une fréquence très faible par rapport à la fréquence d'échantillonnage Le procédé conforme à l'invention peut aussi être appliqué à la mesure d'une grandeur qui varie de façon significative entre deux instants d'échantillonnage, moyennant l'utilisation de deux convertisseurs Un tel montage est We have considered above the case where the quantity to be measured is continuous or varies at a very low frequency compared to the sampling frequency. The method according to the invention can also be applied to the measurement of a quantity which varies significantly between two sampling instants, using two converters Such an arrangement is
illustré par la figure 4.illustrated by figure 4.
La grandeur à mesurer, par exemple une ten- The quantity to be measured, for example a voltage
sion v est appliquée en parallèle sur les entrées de deux chaînes de mesure La première chaîne de mesure comprend, en série, un sion v is applied in parallel to the inputs of two measuring chains The first measuring chain includes, in series, a
inverseur 53, un circuit d'amplification 52 et un convertisseur ana- inverter 53, an amplification circuit 52 and an analog converter
logique-numérique 51 La seconde comprend un circuit d'amplifica- logic-numerique 51 The second includes an amplifier circuit
tion 54 et un convertisseur analogique-numérique 55 Les données numériques fournies par les convertisseurs sont transmises à un dispositif de traitement 56 qui élabore une grandeur représentant le résultat Vr de la mesure et une grandeur représentant l'erreur e dont est entaché ce résultat Un circuit de commande 58 fournit les signaux de commande de l'inverseur 53, des convertisseurs 51 et 55 et du dispositif de traitement 56 On pourra utiliser un circuit de commande analogue à celui décrit en référence à la figure 1, les tion 54 and an analog-digital converter 55 The digital data supplied by the converters is transmitted to a processing device 56 which develops a quantity representing the result Vr of the measurement and a quantity representing the error e with which this result is vitiated A circuit 58 provides the control signals for the inverter 53, the converters 51 and 55 and the processing device 56 A control circuit similar to that described with reference to FIG. 1 may be used, the
convertisseurs 51 et 55 étant commandés en synchronisme. converters 51 and 55 being controlled synchronously.
Le fonctionnement du montage de la figure 4 est le suivant The operation of the assembly of Figure 4 is as follows
Au rythme du signal de commande de l'inver- At the rate of the reverse command signal
seur 13, le circuit de traitement reçoit alternativement un couple sor 13, the processing circuit alternately receives a torque
formé par une donnée numérique directe N Dl fournie par le conver- formed by direct digital data N Dl supplied by the conver-
tisseur 51 (tension v non inversée à l'entrée du circuit 52) et une donnée numérique directe ND 2 fournie par le convertisseur 55, puis un couple formé par une donnée numérique inverse N Il fournie par le convertisseur 51 (tension v inversée à l'entrée du circuit 52) weaver 51 (voltage v not inverted at the input of circuit 52) and direct digital data ND 2 supplied by the converter 55, then a couple formed by inverse digital data N Il supplied by the converter 51 (voltage v inverted at l circuit 52)
S et une donnée numérique directe ND 3 fournie par le convertisseur 55. S and direct digital data ND 3 supplied by the converter 55.
Les données ND 1 et ND 2 fournies a l'instant tl peuvent s'écrire: ( 8)ND = Vl + sl+ %al et ( 9) ND 2 = VI + S 2 + % a 2 VI étant la valeur numérique vraie de la tension v à l'instant tl, The data ND 1 and ND 2 provided at time tl can be written: (8) ND = Vl + sl +% al and (9) ND 2 = VI + S 2 +% a 2 VI being the true numerical value of the voltage v at time tl,
sl et al étant les erreurs systématique et aléatoire de la pre- sl et al being the systematic and random errors of the first
mière chaîne de mesure à ce même instant, et sl et% a 2 étant les erreurs systématique et aléatoire de la deuxième chaîne de mesure first measurement chain at this time, and sl and% a 2 being the systematic and random errors of the second measurement chain
également a l'instant tl.also at the moment tl.
Les données N Il et ND 3 fournies à l'instant t 2 suivant peuvent s'écrire ( 10) NI = -V 2 + 'sl + 'al et ( 11) ND 3 = V 2 + 's 2 + a 2 V 2 étant la valeur numérique vraie de la tension v à l'instant t 2, The data N Il and ND 3 provided at the following time t 2 can be written (10) NI = -V 2 + 'sl +' al and (11) ND 3 = V 2 + 's 2 + a 2 V 2 being the true numerical value of the voltage v at time t 2,
tandis que %'sl, %'s 2 et k'al, %'a 2 sont les erreurs systématique. while% 'sl,%' s 2 and k'al,% 'a 2 are systematic errors.
et aléatoire des deux chaînes à ce même instant. and random of the two chains at the same time.
Les erreurs systématiques proviennent essentiel- Systematic errors are essential
lement des dérives d'origine thermique dans les circuits d'amplifi- drifts of thermal origin in the amplifier circuits
cation des chaînes de mesure Aux fréquences d'échantillonnage qui cation of measurement chains At sampling frequencies which
peuvent être couramment utilisées, la variation de l'erreur systé- can be commonly used, the variation of the system error
matique pendant une période d'échantillonnage (intervalle entre tl et material during a sampling period (interval between tl and
t 2) est négligeable On a donc %sl = 'sl et %s 2 = %'s 2. t 2) is negligible We therefore have% sl = 'sl and% s 2 =%' s 2.
Des égalités ( 8) a ( 11), on peut alors tirer: ( 12) 2 Vr = -NDI+ND 2 + ND 3-N Il = 2 V 2-%al+a 2 +%'al-'a 2 ( 13) Si = N Dl ND 2 +ND 3 +N Il = 2 %'sl+ial-%a 2 +%al+a 2 ( 14) 52 =-N Dl+ND 2 *ID 3 +N Il ' 2 %'s 2-%al+%a 2 +%'al+'a 2 Dans la relation ( 12), l'erreur systématique est éliminée Le dispositif de traitement 56 calcule la moitié de la quantité -N Dl + ND 2 + ND 3 NI 2 et fournit la valeur calculée en tant que résultat de la mesure de la tension v à l'instant t 2 o Un nouveau couple de données numériques directes est enregistré à l'instant d'échantillonnage t 3 qui suit l'instant t 2 et un nouveau résultat de mesure est calcule après l'échantillonnage suivant à l'instant t 4, ce résultat représentant la tension v à ce dernier instant. From equalities (8) to (11), we can then draw: (12) 2 Vr = -NDI + ND 2 + ND 3-N Il = 2 V 2-% al + a 2 +% 'al-'a 2 (13) Si = N Dl ND 2 + ND 3 + N Il = 2% 'sl + ial-% a 2 +% al + a 2 (14) 52 = -N Dl + ND 2 * ID 3 + N Il' 2% 's 2-% al +% a 2 +%' al + 'a 2 In relation (12), the systematic error is eliminated The processing device 56 calculates half of the quantity -N Dl + ND 2 + ND 3 NI 2 and provides the calculated value as a result of the measurement of the voltage v at the instant t 2 o A new pair of direct digital data is recorded at the sampling instant t 3 which follows the instant t 2 and a new measurement result is calculated after the next sampling at time t 4, this result representing the voltage v at this last time.
L'erreur entachant un résultat calculé Vr est déter- The error in a calculated result Vr is deter-
minée a partir d'une série de sommes Sr ou S'r obtenues par les relations ( 13) ou ( 14) L'ecart type ou l'étendue peut Ctre cal- culé sur une population de valeurs Sr ou S'r prélevée sur un intervalle de temps pendant lequel l'erreur systématique ne varie pratiquement pas Il est donc possible d'utiliser cet écart type ou cette étendue pour caractériser l'erreur aléatoire associée mined from a series of sr or S'r sums obtained by relations (13) or (14) The standard deviation or the extent can be calculated on a population of values Sr or S'r taken from a time interval during which the systematic error practically does not vary It is therefore possible to use this standard deviation or this extent to characterize the associated random error
au résultat Vr.to the result Vr.
Les relations ( 13) et ( 14) permettent également de calculer les erreurs systématiques %'sl et %'s 2 de chaque chaîne de mesure Comme dans le cas du montage de la figure 3, ces erreurs calculées après traitement et conversion au moyen de convertisseurs numeriques-analogiques 59 et 59 ' permettent d'élaborer des signaux The relations (13) and (14) also make it possible to calculate the systematic errors% 'sl and%' s 2 of each measurement chain As in the case of the assembly of figure 3, these errors calculated after treatment and conversion by means of digital-analog converters 59 and 59 'allow signals to be developed
qui, réinjectés dans les circuits d'amplification 52 et 54, auto- which, fed back into the amplification circuits 52 and 54, self-
risent une correction d'une grande partie de la dérive, la partie risk a correction of a large part of the drift, the part
restante étant éliminée par le dispositif de mesure. remaining being eliminated by the measuring device.
Par ailleurs, si besoin est, le résultat Vlr de la Furthermore, if necessary, the result Vlr of the
mesure de la tension v à l'instant t I peut être calculé, après l'ins- measurement of the voltage v at the instant t I can be calculated, after the ins
tant t 2, en combinant les relations ( 8) à ( 11) pour former ( 15) 2 Vlr = ND 1 +ND 2-ND 3-NI 1 = 2 V 1 +ga 1 +la 2-R'a 2-l'a 1 as t 2, by combining relations (8) to (11) to form (15) 2 Vlr = ND 1 + ND 2-ND 3-NI 1 = 2 V 1 + ga 1 + la 2-R'a 2- has 1
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8307172A FR2545222B1 (en) | 1983-04-29 | 1983-04-29 | METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING TENSION OR INTENSITY BY ANALOG-TO-DIGITAL CONVERSION |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR8307172A FR2545222B1 (en) | 1983-04-29 | 1983-04-29 | METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING TENSION OR INTENSITY BY ANALOG-TO-DIGITAL CONVERSION |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR2545222A1 true FR2545222A1 (en) | 1984-11-02 |
FR2545222B1 FR2545222B1 (en) | 1986-04-18 |
Family
ID=9288410
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR8307172A Expired FR2545222B1 (en) | 1983-04-29 | 1983-04-29 | METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING TENSION OR INTENSITY BY ANALOG-TO-DIGITAL CONVERSION |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR2545222B1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3516590A1 (en) * | 1985-05-08 | 1986-11-13 | Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo | VOLTAGE FREQUENCY CONVERTER |
EP0236538A1 (en) * | 1986-02-10 | 1987-09-16 | Landis & Gyr Betriebs AG | Circuit arrangement involving a four-pole connected to the input with one pole and an amplifier for the compensation of a reference potential |
-
1983
- 1983-04-29 FR FR8307172A patent/FR2545222B1/en not_active Expired
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3516590A1 (en) * | 1985-05-08 | 1986-11-13 | Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo | VOLTAGE FREQUENCY CONVERTER |
EP0236538A1 (en) * | 1986-02-10 | 1987-09-16 | Landis & Gyr Betriebs AG | Circuit arrangement involving a four-pole connected to the input with one pole and an amplifier for the compensation of a reference potential |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2545222B1 (en) | 1986-04-18 |
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---|---|---|---|
ST | Notification of lapse |