Détection de résistance

[PhaseLog]

Bonjour à toutes et à tous,

Je souhaite réaliser un système de mesure de résistance. On l'alimente en 24V DC environ et on a deux fils : si on y branche une résistance inferieure à 10 ohms, une sortie TOR s'active. Si la résistance est supérieure à 1 Mohms (circuit ouvert compris), une deuxième sortie TOR s'active. Et si la résistance se situe entre 10 ohms et 1 Mohms, une troisième sortie TOR s'active. Jamais 2 sorties à la fois.

Dans l'idéal, il serait intéressant de ressortir une tension proportionnelle à la valeur de la résistance si celle-ci est située entre 0 et 10 ohms.

Quelle serait la meilleure méthode à utiliser ? Générateur de courant ? Pont ?

Merci de m'avoir lu !
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[penthode]

hello

un géné de courant est à envisager , avec des comparateurs à fenêtres...

quel est le contexte ?

[Antoane]

Bonjour,

Quelle est la précision requise sur la valeur des seuil ?
En clair : tu demandes "si on y branche une résistance inferieure à 10 ohms, une sortie TOR s'active.", amsi est-ce que c'est ok si la valeur du seuil est quelque part entre 5 et 50 Ohm, ou est-ce qu'il est important que ce soit entre 9.99 et 10.01 Ohm ?

Il faudra, de plus utiliser plusieurs générateurs de courant celon la valeur de la résistance car pour un montage basique comparateur à fenetre + générateur de courant, il faudrait des tensions de référence ayant un ratio 100 000... soit, par exemple, 100 uV et 10 V.

[penthode]

cette fonction peut être assurée par un automate simple genre PICAXE

évidemment , y faut affiner le CdC

[A voir en vidéo sur Futura]

[PhaseLog]

Quelle est la précision requise sur la valeur des seuil ?
En clair : tu demandes "si on y branche une résistance inferieure à 10 ohms, une sortie TOR s'active.", amsi est-ce que c'est ok si la valeur du seuil est quelque part entre 5 et 50 Ohm, ou est-ce qu'il est important que ce soit entre 9.99 et 10.01 Ohm ?

Cette sortie TOR s'active si et seulement si la résistance présentée et comprise entre 0 ohm (court-circuit ) et 10 ohms (disons +- 1 ohm).
La deuxième sortie TOR s'active si et seulement si la résistance présentée est supérieure à environ 1 Mohms (jusqu'à circuit ouvert).
La troisième sortie TOR s'active si aucune des 2 conditions n'est remplie (sortie déduite par simple logique).

[Antoane]

Bonjour,

Le principe de base pourrait être le suivant, supposant une alimentation sous 12 V (n'importe quelle autre valeur pourrait convenir) :
- une source de courant de 10 uA délivre continuellement du courant dans la résistance inconnue (DUT)
- une source de courant de 100 mA délivre du courant dans la résistance inconnue (DUT) lorsque celle-ci est < 10 Ohm, ie tant que la tension à ses bornes est < 1 V.
- en comparant la tension aux bornes de la résistance à 1 V on peut dire si le DUT est < 10Ohm ou non.
- en comparant la tension aux bornes de la résistance à 10 V on peut dire si le DUT est > 1 MOhm ou non.
- en mesurant la tension aux bornes du DUT lorsque celle-ci est <1 V, on a une image linéaire de sa résistance.

Un schéma de principe serait :

(en abscice la valeur de la résistance DUT = Rld)


Des sources de courant à AOP feront l'affaire, utilisant de préférence des diodes idéales (montage à AOP) pour la commutation.

[PhaseLog]

Merci pour ta réponse ! Voilà un schéma que je viens de faire avec 2 géné de courant, qu'en pense tu ?

[Antoane]

Le schéma de la source de courant ne convient pas :

[PhaseLog]

Merci, qu'est-ce qui n'allait pas dans mon schéma ?
Le courant est fixé à l'aide de la tension DZ et la résistance R2 c'est bien ca ?

[Antoane]

Bonjour,

Avec la source de 10 uA :
- le potentiel sur la cathode de la diode est de 1.2 V
- pour 10 uA, le potententiomètre sera réglé pour avoir 1 V entre ses bornes 2 et 3, donc le potentiel sur le curseur sera de 1.2-1 = 0.2 V
- le potentiel sur l'entrée inverseuse de l'AOP sera également de 200 mV.
- la tension de sortie de l'AOP devrait donc être d'environ 200 mv - V_gs,th, soit autour de -2 V => premier problème : il faut une alimentation négative.

Avec la source de 100 mA :
- même problème qu'avec la source 10 uA
- le potentiel sur le drain du PMOS doit être inférieur d'au moins R_dson*100 mA à celui sur la source. La tension disponible pour alimenter R5 est encore réduite par la tension de seuil de D1... Au total, la disponible en sortie de D1 est inférireue à 200 mV - Vf ~ -500 mV. Cependant, à cause de D1 et de la connection de R5 à la masse, le courant ne peut qu'etre positif dans R5. En conclusion, aucun courant ne peut donc circuler dans R5 => 2e problème.
- le courant de 100 mA supposé circuler dans R3 dit également circuler dans R4... Il faudrait donc significativement en diminuer la valeur R4 ~ (12-1.2) / 0.1 ~ 100 Ohm. Or lorsque la résistance de test est grande, plus aucun courant ne circule dans R3, donc tout le courant circulant dans R4 doit être absorbé par DZ2... ces 100 mA sont a priori trop pour la diode, sans parler le l'energie perdue inutilement. => 3e problème.

Le mieux est donc de complétement symétriser le montage, comme dans mon schéma.


Il serait très probablement possible de commuter la résistance de mesure du courant (à partir de la sortie du comparateur "is>10Ohm") pour n'utiliser qu'une unique source de courant... je regarderai plus tard, te laisse y réfléchir
Quoi qu'il en soit, il est possible d'utiliser une unique référence de tension, éventuellement partagée entre les sources de courant.

[PhaseLog]

Merci pour toutes ses explications (bon je t'avoue que j'ai du relire au moins 12 fois).

Pour la commutation de la résistance de mesure, tu parles de commuter la résistance R2 ? On peut faire ca avec 2 petits mosfets ? Cela revient en fait à faire une sorte de fonction "auto range "c'est ca ?

[Antoane]

Quelque chose dans ce genre oui.

[PhaseLog]

Qu'en penses tu ?
Je pense qu"on peut négliger la valeur de 56 ohms contre celle de 560K.

[Antoane]

Hum...
Sur le principe ca ne fonctionne pas : imagine que la résitance passe de 8 à 12 Ohm :
- le courant valait 100 mA, donc la tension aux bornes de R6 passe de 800 mV à 1200 mV
- cela fait passer la sortie ">10Ohm" à 1,
- cela fait chuter le courant de test à 10 uA
- cela fait passer la tension aux bornes de R6 à 120 uV
- cela fait passer la sortie ">10Ohm" à 0,
- cela fait monter le courant de test à 100 mA
- donc la tension aux bornes de R6 passe à 1200 mV
- cela fait passer la sortie ">10Ohm" à 1,
- etc.... ca oscille.
C'est le point à résoudre avant d'avancer

Outre ce problème de fond :
- la tension aux bornes de R3 doit toujours être de 5.6 V, or, il faut que la tension aux bornes de R6 puisse atteindre 10 V. Il faut donc une alimentation > 15.6 V pour que ce circuit fonctionne.
- Supposant une tension d'alimentation suffisante et que les comparateurs sont à sortie rail-to-rail, la tension de commande de Q2 est ici Vgs =+ 5.6 V ou Vgs = -(Vcc-5.6). C'est donc fonctionnel car la tension de référence de DZ1 est "grande".

[PhaseLog]

Effectivement... Je me doutais que cela allait osciller.
Tension d'alim prévue : 24V, mais je suppose qu'il faudra qu'elle soit très stable donc je vais devoir la réguler à une tension plus basse.
Si c'est trop compliqué, je reviens sur le schéma du début, avec 2 génés de courants et des diodes parfaites. Je ne suis pas assez calé en analogique.

[PhaseLog]

Je viens de retrouver mon Fluke avec le calibre de mesure "µA" ! Cela me facilitera les essais ^^

[Antoane]

Bon

Tension d'alim prévue : 24V, mais je suppose qu'il faudra qu'elle soit très stable donc je vais devoir la réguler à une tension plus basse.

Mouaif... Il faudrait mieux un montage bien concu pour ne pouvoir s'accomoder d'une alim "non-idéale" .

Si c'est trop compliqué, je reviens sur le schéma du début, avec 2 génés de courants et des diodes parfaites. Je ne suis pas assez calé en analogique.

A ce niveau, ce n'est pas encore vraiment de l'électronique : il faudrait déjà conceptualiser un principe de circuit fonctionnel.
Faut que je regarde...

Je viens de retrouver mon Fluke avec le calibre de mesure "µA" ! Cela me facilitera les essais ^^

Pense que sur le calibre 20 uA, ton fluke est probablement équivalent à une résistance de 10 kOhm.

[Antoane]

Bonjour,

ce schéma devrait faire l'affaire :

La simulation motre la tension de sortie en fonction de la résitance de charge Rld :
- à gauche avec un zoom autour de R<100Ohm
- à droite sur toute la plage de mesure (avec échelle log.)

- la source de courant de 10 uA est remplacée par une simple résistance (R7) puisqu'il n'est ici (lorsque R >> 10 Ohm) pas nécessaire d'avoir linéarité entre résistance et tension de sortie. Sa valeur est choisie égale à la résistance du seuil haut (1 MOhm).
- Le fonctionnement est le suivant :

* lorsque R4 est "faible", la tension à ses bornes est faible, et M1 est bloqué. Le courant dans R5 et R6 est alors nul et la tension renvoyée sur l'entrée "-" de l'aop est égale à celle mesurée sur le shunt R3. La différence de tension entre le Vcc et l'entrée "-" vaut alors R₃*I_R3. Le circuit est alors équivalent à une simple source de courant à AOP comme discutée dans les posts précédents [edit : la valeur de R3 devrait être abaissée à 25 Ohm pour délivrer 100 mA si une TL431 est utilisée comme référence de tension].
* Lorsquie R4 augmente et que la tension à ses bornes atteind la tension de seuil de M1 (environ 1 à 3 V), M1 commence à conduire, ce qui dévie un peu de courant au travers de R5+R6. Par conséquent, la tension sur l'entrée "-" de l'AOP n'est plus strictement égale à R₃*I_R3. La différence de tension entre le Vcc et l'entrée "-" vaut alors R₃*I_R3 + R₅*I_{d, M1}. Puisque cette tension est renduee égale à la tension de référence (délivrée par la TL431) par l'AOP, le courant de sortie diminue :

R₃*I_R3 + R₅*I_{d, M1} = V_ref
=> I_R3 = V_ref/R₃ - R₅*I_{d, M1}/R₃

* Cela se traduit par une stabilisation de la tension de sortie aux alentours du V_gs,th de M1.
* Le courant dans R4 n'est pas strictement égal à I_R3 : il y a également une contribution venant de R7, mais cette contribution est relativement faible : de l'ordre de 10 ou 20 uA au maximum (Vcc/R7)... elle a donc pu être négligée pour l'instant.
* Cependant, lorsque R4 continue d'augmenter, arrive un moment où le courant dans R7 n'est plus négligeable vs celui délivré par la source batie autour de l'AOP. En effet, arrive un moment où R4 est tellement grande qu'il est possible d'atteindre à ses bornes la tension V_gs,th de M1 sans aucune contribution de la source de courant.
* Le courant au travers de R3 est alors nul, la sortie de U1 est saturée, et M1 est complètement passant.
* Le circuit équivalent du montage contient alors uniquement R4 et R7 et la tension de sortie est simplement définie par la formule du pont diviseur de tension : V_out=V_cc*R4 /(R4+R7)

- Il serait préférable d'utiliser une alimentation de moins de 20 V pour ce montage, cette valeur étant le max généralement tolérable pour le Vgs des MOSFET. Il serait autrement nécessaire d'ajouter des protections.
- Ce circuit est rebouclé, il peut poser des problèmes de stabilité, suivant l'AOP utilisé. Il n'y a pas de problème en simulation avec les composants indiqués.

[lutshur]

Bonjour,
J'étais parti sur une interface logarithmique avec U5 et une diode à la place de R4, à cause du rapport Rmax/Rmin. J'ai utilisé le LT6015 pour une autre config, j'ai eu la flemme de changer.
Finalement, ce montage convient aussi. Par contre, ce sont les références de tension qui seront à chiader. Je ne sais pas non plus ce que ça donnera avec la dérive en température.

[lutshur]

En donnant un peu de gain à U5, c'est mieux

[Antoane]

Bonjour,

J'aime bien l'idée de détection log ! Cependant, vu les contraintes sur la précision du seuil (+/- 10 % sur le seuil 10Ohm), je doute qu'on arrive sans compensation thermique.

Ceci dit, je ne vois pas comment fonctionne ton circuit : lorsque R1 est entre 1 Ohm et 1 MOhm, on récupère une tension de 1 mV à 1 kV à ses bornes, soit entre -5.605 kV et -5.605 mV en sortie de U5, qui sont comparés aux deiux tensions de références par U1 et U3... Tandis que U2 indique la saturation de U5 ?

[lutshur]

lorsque R1 est entre 1 Ohm et 1 MOhm, on récupère une tension de 1 mV à 1 kV à ses bornes

Pas du tout. Plus R1 est grande, plus le courant est consommé par R2
Au final, en absence de R1, le milliampère passe entièrement dans R2

[lutshur]

La référence pour U5 est la masse. L'entrée inverseuse est donc au même potentiel. R2 ne verra au maximum qu'1 volt à ses bornes. La sortie de U5 donnera -5,605V au maximum.
Les U1, U2 et U3 sont de simples comparateurs.
U3 s'active pour une entrée inférieure à -56mV
U2 fait de même pour une entrée supérieure à -56mV
U1 s'active seulement qu'au dessus de -5,6V et remet U2 en inactif

[Antoane]

Ok, j'avais rate ça.
Effectivement, ce n'est pas un log, à base de diode, donc la température n'est pas un si gros problème ; je pense beaucoup moins que le bruit.

[lutshur]

Cette simulation n'est que le schéma de principe.
Il y a des détails à peaufiner. Du genre cabler U1 et U3 en trigger pour éviter qu'une résistance à la limite de faire basculer ne fasse hésiter ces AOP. J'ai aussi trouvé un peu mou le basculement. U1 et U3 gagneraient à être suivis par un autre comparateur.
Et me suis aperçu que U2 pouvait être piloté par U3.
Voici un montage plus proche de la réalisation. Je n'ai toujours pas échangé les LT6015 par d'autres

[Antoane]

Bonjour,

@PhaseLog: quelle est la précision requise pour le seuil 1 MOhm ? En clair : si on commute à 2 MOhm, c'est bon ?

Car 1 % de variation du DUT autour de 1 MOhm, c'est environ 20 ppm de variation de la résistance équivalente DUT//R2... En pratique, il va être difficile de faire mieux que 0.1 %, voire 1 % de précision sur la détection de variation de la résistance équivalente DUT//R2... Or, 0.1 % de sensibilité sur la résistance équivalente (ce qui serait déjà un beau travail de conception), ca correspond à un déclenchement n'importe o'u entre 1 MOhm et 2 MOhm, ou entre 670 kOhm et 1 MOhm.

[PhaseLog]

Bonjour à vous ! Que de réponses Merci ! J'ai imprimé les schémas histoire de potasser tout ca car j'ai vraiment envie de comprendre le fonctionnement, cela me change des µC !

@Antoane : Le but étant de détecter une résistance supérieure à 1MOhm. Maintenant si mon système commute à 2MOhm, il faut que je m'y tienne et que je précise à mon ami qu'en dessous de ces 2MOhm, il ne déclenchera pas... Pour le coup, si on doit ajouter des références de tensions précises ou d'autres AOP, on y va. Il m'a fait ma salle de bain, je lui doit bien ca ^^

Je pensais également à une chose, mon système va s'alimenter en 24V, c'est une chose. Mais rien ne m'empêche d'y intégrer un circuit élévateur de tension et de la passer à 48V par exemple, si cela permet de simplifier la partie gêné de courant pour avoir plus de pêche...

@Lutshur : Merci ! Très belle simulation !

[Antoane]

Bonjour,

Le but étant de détecter une résistance supérieure à 1MOhm. Maintenant si mon système commute à 2MOhm, il faut que je m'y tienne et que je précise à mon ami qu'en dessous de ces 2MOhm, il ne déclenchera pas... Pour le coup, si on doit ajouter des références de tensions précises ou d'autres AOP, on y va. Il m'a fait ma salle de bain, je lui doit bien ca ^^

Le truc, c'est qu'avec ce design, on n'est pas capable d'être précis, ni stable sur le seuil de déclenchement. Tu ne lui diras donc pas "ca déclenche à 1 MOhm" ou "ca déclenche à 2 MOhm" mais "suivant la température, suivant les conditions... ca déclenche entre 1 et 2 MOhm".

Quel est le courant max admissible dans les résistances de test ?
Quel est le contexte de l'étude ?

[PhaseLog]

Les fils font 0,34mm². Le contexte, je ne voudrais pas dévoiler son projet, d'ailleurs je n'ai pas tout compris mais en gros, il enroule en couches successives 4 fils nus chauffants dans des petits tubes en cuivres. Le tout étant coulé dans une résine souple spéciale. Il arrive que des fils se touchent, ou touchent le tube de cuivre. Le but est de vérifier la continuité des fils (qui varie entre 0.8 et 2 Ohms / mètre) et l'isolation entre les fils. Tout est fait au multi. Je lui avait fait un petit automate qui gère les combinaisons et les envoient au multi mais c'es assez fastidieux. Il lui est arrivé d'avoir une résistance de 550K entre 2 fils..

[Antoane]

Donc :
- les fils tiennent sans problème un "fort courant" (probablement >1 A)
- le seuil haut n'a pas besoin d'être précis, il faut juste détecter un défault d'isolation.

J'utiliserais donc une source de "fort" courant (100 mA - 1 A) pour faire la mesure de résistance < 10 Ohm avec un bon niveau de signal, sans trop de contrainte de bruit.