172507. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés távolság és elmozdulás érintésmentes mérésére és/vagy impedancia transzformálás céljára
5 172507 6 A 3- ábra lényegében az 1. ábra módosított kivitele, amelynél a visszacsatoló Cv kondenzátort egy Rv ellenállással helyettesítettük. Az előzőekhez hasonlóan igazolható, hogy a kapcsolás T táp-pontja és a földpont között mérhető Gkj vezetés 5 az alábbi módon fejezhető ki: Gki =C m ív. Ez esetben az I. összefüggésből származtatható módon a betartandó feltétel: 1 Rv > ej • C0 10 15 Ez utóbbi egyenlőtlenség a Gki értékének mérésére felhasznált villamos jel frekvenciájának megválasztásakor is irányadó. A 3. ábra szerinti kapcsolás így a Cm kondenzátor kapacitását 20 vezetéssé transzformálja át. Előnyösen alkalmazható olyan helyeken, ahol a Cm kondenzátor kapacitásának meghatározására vezetés (ellenállás) mérő műszer alkalmazása kívánatos. 25 Megjegyezzük, hogy az 1. és 3. ábra szerinti kapcsolási elrendezés nem tünteti fel a nagy bemeneti impedanciájú közel egységnyi erősítésű E erősítő árnyékoló rendszerét, amelynek segítségével ezen erősítő bemeneti kapacitása közel zérusra 30 csökkenthető. A 4. ábra a találmány szerinti komplett kapcsolási elrendezést ábrázolja, ahol az 1. és 2. ábra jelölésein túlmenően feltüntettük a kapcso- 35 lási elrendezést tápláló G generátort, amely célszerűen áramgenerátor, az E erősítő Cbe bemeneti kapacitását és Gbe bemeneti vezetését, a kimeneti Uki feszültséget, a visszacsatoló Rv ellenállást (l.ábra Cv kondenzátort, illetve 3. ábra 40 Rv ellenállás helyett) a Cm kondenzátort mintegy kapacitív mérőátalakítót, (amelynek b fegyverzete az érzékelő elektróda, a c fegyverzete pedig a földeknek tekinthető vezető testet jelképező elektróda) és a teljes mérőrendszer árnyékolását, 45 amely az E erősítő S utánhúzási pontjára csatlakozik. A kapcsolási elrendezés kimeneti Uk; feszültsége és a kapacitív mérő átalakító fegyverzetei közötti d távolság egymással lineáris kapcsolatban van, amely 50 az 5. ábrán látható grafikus formában. Matematikailag igazolható, hogy a következő feltételek érvényessége esetén a) Gbe > w • (Cm + Cbe) ahol V. u a G áramgenerátor körfrekvenciája és ha b) a nagy bemeneti impedanciájú egységnyinél 60 kissé nagyobb erősítésű E erősítő B bemenete és K kimenete között mérhető A erősítés C0 + cbe Co VI. 65 a teljes kapcsolási elrendezés kimeneti Uki feszültsége és a kapacitív mérőátalakító fegyverzetei közötti d távolság között az alábbi összefüggés nyerhető: Gki — ig ' Co + Cbe------------- d e Am VII. ahol: ig az áramgenerátor forrásárama (váltakozó áram) e a kapacitív mérőátalakító fegyverzetei közötti dielektromos állandó Am a kapacitív mérőátalakító b fegyverzetének felülete. Ha a Rv ellenállás helyére egy Cv kondenzátort kötünk melyre igaz, hogy CV>C0 VIII. akkor a kimenő Ukj feszültség és a d távolság között az áramgenerátor körfrekvenciájától is függő összefüggést nyerünk Gki *g . j coCv C0 + Cbe ^ A m IX. A fentiek alapján működő villamos feszültség kimenetű lineáris karakterisztikájú távolság vagy elmozdulás érzékelővel néhány tized jum-es felbontóképességű érintésmentes elmozdulásmérő készíthető. Szabadalmi igénypontok: 1. Kapcsolási elrendezés mérőföldhöz kötött vezető test árnyékolt érzékelő elektródától való távolságának (d) az elmozdulással arányos villamos feszültséggé (Uki) való átalakítására a vezető test megérintése nélkül és/vagy kapacitásnak több nagyságrenddel nagyobb kapacitássá vagy vezetéssé való transzformálására, generátorhoz (G) csatlakozó kapacitív mérőhíddal, azzal jellemezve, hogy a mérőhídja háromtagú hiányos mérőhíd, mely mérőhíd keresztágában egy erősítő (E) helyezkedik el úgy, hogy a teljes félhíd alsó tagját a mérőföld és az erősítő (E) bemenete (B) közé kötött kapacitív mérőátalakító vagy transzformálandó kondenzátor (Cm), a felső tagját ennél legalább egy nagyságrenddel nagyobb kapacitású kondenzátor (C0), a hiányos félhidat pedig a híd táp-pontja (T) és az erősítő (E) kimenete (K) közé kötött, az előbbi kondenzátoroknál (Cm, C0), több nagyságrenddel kisebb impedanciájú kondenzátor (Cv vagy ellenállás (Rv) alkotja, míg az elrendezés kimenete az erősítő (E) kimenete (K) vagy a hiányos mérőhíd táp-pontja (T). 2. Az 1. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a hiányos mérőhíd táp-pontjára (T) csatlakozó generátor (G) egy váltakozóáramú áramgenerátor, a teljes félhíd 3
