175434. lajstromszámú szabadalom • Határérték felügyelő áramköri elrendezés túlterhelésvédelmi alkalmazásokra
3 175434 4 ságot és a megbízhatóságot egyaránt lerontja, ugyanakkor a határértékjelképzés a dobozon kívüli, tehát hozzáférhető és nem kielégítően védett áramkörben történik, mód van annak szándékos vagy véletlen elállítására, a rendszer megrongálására. A találmány alapja az a felismerés, hogy az egyébként előnyös nyúlásméró'bélyeges érzékelés megtartása mellett az érzékelő rendszerben alapvetően más módon kell képezni a beavatkozást előidéző kimenőjelet, hordozóként nem a mérőhíd feszültségszintjét, hanem a híd kiegyenlítésekor fellépő ugrásszerű áramváltozást kell alkalmazni és magát a beavatkozást előidéző jelet még a mérőcellát magában foglaló dobozon belül kell generálni, így az árnyékolt mérődobozon belül pl. mintegy 100 mA-nyi áramváltozást idézünk elő, melyre a zavaró feszültségek semmiféle hatással nincsenek, szemben az ismert megoldással, ahol a 10 mV nagyságrendű - hasonló nagyságrendű referenciaszinttel összehasonlítandó — kimenő feszültségjelet a zavaró tér nagyon is befolyásolhatja. Ennek megfelelően a nyúlásmérőbélyeges mérőhidat nem a mechanikai feszültség nélküli alapállapotra kell kiegyenlíteni, mint eddig szokásos, hanem a feszültségmentes állapotban kiegyenlítetlen hidat kell alkalmazni, melynek impedanciaviszonyai úgy vannak beállítva, hogy éppen annál a mechanikai feszültségértéknél, mely a megengedett tartomány felső határértéke, legyen a mérőhíd kiegyenlítve. Ha most - ugyancsak az árnyékolt dobozon belül - a mérőhíd másik átlójára nullkomparátort kapcsolunk és a nullkomparátor kimenetére - ugyancsak a dobozon belül elrendezett, - elektronikus erősítő áramkör csatlakozik, akkor az erősítő áramkör alkalmas méretezése mellett elérhető, hogy terheletlen állapotban a már említett példa szerint mintegy 100 mA nagyságú (más példákén ti kialakításnál pl. 20 mA nagyságú) áram folyjék benne és ez az áram a híd kiegyenlítésekor ugrásszerűen megszűnjön. Ha most a dobozon belüli elektronikus áramkörök közös tápvezetékére a dobozon kívül áramérzékelő szervet kapcsolunk, akkor az elektronikus erősítő áramkör áramvezetése idején a tápegységből az áramfelvétel pl. mintegy 200 mA (a másik példánál mintegy 40 mA), míg a határérték túllépése után, amikor az erősítő lezár és nem vesz fel áramot, az áramfelvétel hirtelen mintegy 100 mA-ra (megfelelően 20 mA-re) csökken, vagyis kb. 1 :2 arányú áramváltozás lép fel, amely ugrásszerű változás igen könnyen érzékelhető. A mérőcella 6—lOmV-os kimenőjele tehát ki sincs vezetve az árnyékolt dobozból — mint az ismert megoldásoknál —, hanem a dobozon belül alakítjuk azt pl. 200 mA nagyságú áramjellé és az átbillenés pillanatában ez az áramjel üzemi értékének mintegy felére esik vissza. Az átbillenési munkapontot a mérőhíd impedanciaviszonyainak alkalmas megválasztásával állítjuk be, a határértéket tehát a mérőhíd sztatikus kiegyenlítettségének mértékeként úgyszólván a gyártáskor „beépítjük” a mérőcellába, ez az érték a készüléknek - a pillanatnyi üzemi viszonyoktól lényegében független, a passzív áramköri elemek állandó arányai által képviselt — „szerkezeti” jellemzője. Ez akkor is így van, ha pl. nem fix határértékre készítjük el a mérőcellát, hanem határérték-tartományra, amenynyiben a mérőhíd „állandó értékű” elemeit előirt tartományon belül változtathatóként választjuk, mikoris a már legyártott mérőcella az üzemi helyzetbe való beszerelése előtt állítható a kívánt értékre, de üzemi helyzetében ekkor sem férhető hozzá és illetéktelenek által a határérték már nem módosítható, az mintegy „benszülött” szerkezeti paraméter. Végeredményben tehát a találmány szerinti áramköri elrendezés alapvető mechanizmusa rendelkezik az ismert mérőcellás megoldások előnyeivel, de a külső zavaró hatásokra érzékelten, a határértéknél az ipari elektronikában és a logikai rendszereknél általában megkívánt legalább 1 :2 arányú jelszintváltozás elérhető, de úgy, hogy a mérési pontosság, a munkaponti stabilitás az ismert megoldáséhez képest jóval nagyobb, ugyanakkor a beavatkozó szervre jutó működtető jel viszonylag nagyenergiájú és így nagyteljesítőképességű beavatkozó szervek választhatók. Az árnyékolt mérőcellából a jel mintegy 100 mA nagyságrendű áramváltozásként érkezik, így további erősítés vagy jelátalakítás nélkül közvetlenül alkalmas pl. hagyományos jelfogó működtetésére, ugyanakkor a figyelendő energia becsatolásán kívül az árnyékolt dobozon csak a két tápvezetéket kell átvezetni (még az is elképzelhető, hogy az egyik tápvezeték a test, s akkor csak egy tápvezeték köti össze villamosán a dobozon belüli rendszert a beavatkozó rendszerrel). A működési mechanizmus szempontjából az alapvető eltérés abban áll, hogy az ismert ilyen mérőcelláknál az erőmérőcella kimenőjele analóg feszültségjel, melynek adott szintje vált ki beavatkozást, míg a kiegyenlített mérőhíd, mint „eltolt nullapontú” áramkör a határértéknél a feszültség előjelváltását eredményezi (ezért áll le az áramnyelő erősítő), s az előjelváltást kísérő nagyszintű áramváltozás (az áramnyelés elmaradása) a kimenőjel. Az előjelváltás független a tápfeszültség változásaitól, érzékeléséhez a nagy pontossági igényű, beállítóelemeket igénylő analóg erősítők helyett a jóval egyszerűbb nullkomparátort lehet alkalmazni. Az elektronikus alkatrészek ebből folyó csökkenése a megbízhatóság növekedését is jelenti. A találmány szerinti megoldás pontosságát tehát döntően a nullkomparátor határozza meg. Mivel az az erőmérőcella lezárt házába véglegesen van beépítve, nincs lehetőség az offset feszültség állítására. Különös jelentősége van ezért a komparátor hosszidejű stabilitásának (pl. pV/hónap dimenzió). Ezt el lehet érni a szokásos építőelemekkel is, valamivel bonyolultabb felépítésben, de még egyszerűbb a felépítés a legújabban kialakított, hoszszantartó stabilitást biztosító építőelemekkel. Az alábbiakban kiviteli példaként az igénytelenebb építőelemekkel felépített, a stabilitás érdekében összetettebb (két műveleti erősítős) nullkomparátort mutatjuk be, annak bizonyítására, hogy a találmány szerinti áramköri elrendezés speciális építőelemek igénye nélkül is megvalósítható. Legújabban már kaphatók olyan műveleti erősítők is, melyeknél a gyártó (pl. Fairchild) garanciát vállal a hoszszúidejű stabilitásra is. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
