155306. lajstromszámú szabadalom • Villamos töltésmennyiségek mérésére alkalmas elektronikus áramkör

3 155306 4 Az általánosan alkalmazott elektronikus berendezések az átfolyó árammal arányos frekvenciát állítanak elő. Ezt úgy valósítják meg, hogy a mérendő árammal kondenzátort töltenek, és ha a kondenzátor adott feszültséget elér, megfelelő áramkörrel, a felhalmozódott töltést kisütik. A kisütési periódusokat megszámolva az összes átfolyt töltést megkapjuk, miután az egyszeri alkalommal kisütött töltésmennyiség : Qe = CU ahol C a kondenzátor kapacitása, U a kondenzátor maximális feszültsége. A módszer hibája, hogy a bemeneten a kondenzátor változó feszültsége jelenik meg, ezáltal a mérendő áramkörbe a műszer fűrészfeszültséget ad be; a kondenzátor idő és hőmérséklet függvényében változtatja kapacitását, ez mérési hibát okoz; a kisütési feszültséget igen nehéz stabil értéken tartani, ez is fokozza a mérési hibát; a kisülés ideje alatt a műszer nem mér, így a mérés szempontjából minden kisütésnél korrigálíhatatlian töltésmennyiségeket vesztünk el. A műszer csak nagy belső ellenállású áramforrások mérésére alkalmas, mivel a feltöltött kondenzátor a mérendő rendszer belső ellenállásán gyorsan kisülne. Szokásos még két rádiófrekvenciás oszcillátor jelét keverni és a mérendő árammal az egyik oszcillátor frekvenciáját elhúzni. A keverés után a két oszcillátor frekvenciájának különbsége a mérendő árammal lesz arányos. A periódusokat megszámolva, az adott idő alatt átfolyt töltéssel arányos számértéket olvashatunk le a számlálóról. A műszer hátránya, hogy a méréstartomány az oszcillátorok frekvenciastabilitása miatt korlátozóit, beállítása, nullázása nehézkes. Összefoglalva az eddigieket, látható, hogy az elektrokémiai mérésekhez univerzálisan felhasználható coulométer megvalósításához az ismert módszerek kevéssé alkalmasaik. A találmány tárgya olyan elektronikus coulométer áramkör, amely igen kis bemenő impedanciájú, kis és nagy elektromos áramok időbeni integrálját, azaz az áramkörön adott mérési idő alatt átfolyt villamos töltést méri, és mérési pontossága nem függ a mérendő áramforrás belső ellenállásától. Mindezeket a célkitűzéseket a találmány szerint oly módon valósítjuk meg, hogy az, áramkör bemeneti pontjára változó sebességgel érkező töltésmennyiséget kondenzátorba gyűjtjük, és állandó áramerősséggel szakaszosan elvezetjük. Ily módon a töltésmennyiség elvezetéséhez szükséges idő arányos a bevezetett mérendő töltésmennyiséggel, azaz a töltésmennyiség mérését időmérésre vezettük vissza. A fentiekből látható, hogy az említett kondenzátor kizárólag tárolóelemként szolgál, így paramétereinek esetleges változásai a mérés eredményét nem befolyásolják. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 A találmány szerinti áramkör működését az 1. ábra jelzéseivel és ezen elvi ábrára való hivatkozással az alábbiakban ismertetjük: a bemenet 1 pontjára tetszőleges értékű jó szigetelésű C kondenzátor egyik fegyverzete, a DE differenciál erősítő egyik bemenete, valamint az állandó áramot előállító ÁG áramgenerátor van kapcsolva. A DE differenciál erősítő második bemenete zérus potenciálú 2 pontra, míg kimenete a 3 pontra és a C kondenzátor másik fegyverzetére kapcsolódik. A 3 pontra van kapcsolva a monostabil MV multivibrator bemenete. Az MV multivibrator kimenete az ÁG áramgenerátor kapuzható bemenetére csatlakozik. Ha az 1 pontra áram nem érkezik, a C kondenzátor feszültsége nem változik, az 1 pont és a 2 pont feszültsége egyaránt zérus; az MV multivibrator olyan állapotban van, hogy az ÁG áramgenerátor kikapcsolt állapotban tartja. Ha az 1 pontra áram érkezik, ez a C kondenzátort tölti, mivel a DE differenciálerősítő bemenő-ellenállása, valamint az ÁG áramgenerátor kimenőellenállása igen nagy, erre árom elfolyni nem tud, a jó minőségű C kondenzátor fegyverzetei között a nagy szigetelési ellenállás miatt az átvezetési áriam szintén figyelmen kívül hagyható. A C kondenzátor feltöltődése ellenére az 1 pont potenciálja továbbra is zérus marad, mivel a DE differenciál erősítő kimeneti feszültsége addig változik, imíg a 3 pont feszültsége a C kondenzátoron keletkezett feszültséggel nem lesz azonos. Az áram hatására a C kondenzátor feszültsége egyre növekszik, míg el nem éri az MV multivibrator előre beállított feszültségszintjét. Ekkor az MV multivibrator átbillen, és bekapcsolja az ÁG áramgenerátor I áramát, amely I áram nagyobb, mint a mérési időtartama alatt fellépő maximális mérendő áram. Az ÁG áramgenerátor bekapcsolódása után a mérendő áram és az I áram különbsége elkezdi kisütni a C kondenzátort. A kisütés t ideig tart, amíg a C kondenzátor feszültsége ismét zérussá nem válik, ekkor a MV multivibrator visszabillen, az I áram megszakad, és a folyamat elölről kezdődik. A mérési idő végén a C kondenzátort az ÁG áramgenerátor segítségével teljesen ki kell sütni; mivel azonban nem valószínű, hogy a 3 pont feszültsége eléri az MV multivibrator billenési szintjét, a kisütés indítását a mérés leállító jele végzi. A mérési idő végén tehát a C kondenzátorban töltés nem marad, így teljesül a QtöUő —Qkisüiő — O összefüggés. 60 Mivel Qtöttő lmérendö'Ot 65 2