175434. lajstromszámú szabadalom • Határérték felügyelő áramköri elrendezés túlterhelésvédelmi alkalmazásokra
5 175434 6 Találmányunkat részletesebben kiviteli példák kapcsán ismertetjük. Az 1. ábra a mérőcella áramkörének vázlatos elrendezési rajza olyan esetben, amikor igénytelenebb építőelemeket alkalmazunk. A 2. ábra a túlterhelésvédő rendszer mérőcellára csatlakozó (dobozon kívüli) részének kiviteli példáját mutatja, a beavatkozási mechanizmust is szemléltetve. A 3. ábra az 1. ábrán mutatott mérőcellától eltérő kialakítású mérőcella vázlata, ahol is a nullkomparátort egyetlen — hosszú ideig stabil - műveleti erősítővel alakítjuk ki. Az 1 mérőcella áramkörének érzékelőszervét az erőmérő vagy nyomásmérő deformációs elemére ragasztott nyúlásmérőbélyegekből álló 4 mérőhíd alkotja. A 4 mérőhíd terheletlen állapotban kiegyenlítetlen, előírt mértékben terhelve kiegyenlített, tehát előfeszített mérőhíd. Az előfeszítés történhet egymástól eltérő ellenállású nyúlásmérőbélyegek összeválogatásával, vagy úgy, hogy egyforma ellenállásértékű nyúlásmérőbélyegeket a deformációs elemre annak előírt mértékű terhelt állapotában ragasztunk fel. A mérőcellának összesen két 2, 3 táp-vezetéke van, amelyek egyenáramú tápforrásra csatlakoznak (lásd 2. ábra) és amelyek egyúttal az áramjelként megjelenő határértékjel kivezetései is. A 4 mérőhíd egyik átlója a 2, 3 tápvezetékek közé van kapcsolva. A 4 mérőhíd másik átlójára két 5, 6 műveleti erősítőből álló nullkomparátor csatlakozik, ahol az első 5 műveleti erősítő egyik bemenete a 4 mérőhíd átlójának egyik 7 pontjára, a második 6 műveleti erősítő egyik bemenete a mérőhíd átlójának másik 8 pontjára, az első és második 5, 6 műveleti erősítő másik bemenete pedig a második 6 műveleti erősítő kimenetére van csatlakoztatva. A két integrált 5, 6 műveleti erősítőből álló nullkomparátor 9 kimenetére Tl, T2 tranzisztorokból és áramkorlátozó RÍ ellenállásból álló Á erősítő áramkör vezérlő bemenete csatlakozik. Az Á erősítő áramkör ugyancsak a 2, 3 tápvezetékekről kap tápfeszültséget és állapotától függően i3 árammal terheli vagy nem terheli a tápforrást. A Ti, T2 tranzisztorok Darlington-kapcsolást alkotnak, az RÍ ellenállás a T2 tranzisztor emitterkörében van elrendezve. A 4 mérőhíd a tápforrást állandó értékű i, árammal terheli, a komparátor i2 árammal. A mérőcella működését az alábbiakban ismertetjük: Az 1 mérőcella 2, 3 tápvezetékeire állandó (stabilizált) feszültség jut, a mérőcella 4 mérőhídjának első átlóján át tehát állandó Í! egyenáram folyik. Ugyancsak a 2, 3 tápvezetékekről kap tápfeszültséget a kettős integrált 5, 6 műveleti erősítő és a Tl, T2 tranzisztorokból álló áramgenerátoros kimenő fokozat is. A mérőcella határértéknek megfelelő előírt terhelésénél kisebb terhelése esetén a 4 mérőhíd kiegyenlítetlen, tehát második átlójának 7, 8 pontjai között néhány mV értékű, a terheléssel egyenesen arányos egyenfeszültség jelenik meg. A második átló egyik 7 pontjának potenciálja az első 5 műveleti erősítő nem invertáló bemenetére, az átló másik 8 pontjának potenciálja a második 6 műveleti erősítő nem invertáló bemenetére jut. Az 5, 6 műveleti erősítők invertáló bemenetének potenciálja a második 6 műveleti erősítő kimenetének potenciáljával egyezik meg. A második 6 műveleti erősítő tehát impedanciaváltást és az első 5 műveleti erősítő offsetfeszültségének kompenzálását végzi, míg az első 5 műveleti erősítő — a nullkomparátor átmeneti állapotában - erősíti a híd kimenetén fellépő mérőjelet. Az alkalmazott erősítők nyílthurkú erősítése nagyobb, mint 200 000, tehát az első 5 műveleti erősítő kimenő feszültsége néhány pV bemeneti feszültségváltozás hatására egyik szélső állapotból a másik szélső állapotba billen. A néhány pV-nyi lineáris szakasz a műveleti erősítő bemenetéinek nulla pontenciálkülönbségénél van. Amikor a 4 mérőhíd 7, 8 pontjainak potenciálkülönbsége a terhelés előírt értékének túllépése hatására előjelet vált, az első 5 műveleti erősítő kimenő feszültsége közel nullára esik, így az áramgenerátoros kimenő fokozaton túlterhelésmentes üzemállapotban folyó i3 áram megszűnik. Ha a mérőcella terhelése a határérték alá csökken, a határérték átlépésekor visszabillen a nullkomparátor kimenő feszültsége és a kimenő fokozat i3 árama ismét terheli a külső tápforrást. A túlterhelésvédő berendezés (2. ábra) a fent ismertetett 1 mérőcellából, a mérőcellára csatlakoztatott, a határértékáramjelet érzékelő áramkörből, ennek kimenetére csatlakoztatott ismert beavatkozó szervből és a mérőcellát tápláló stabilizált kimenőfeszültségű tápforrásból áll. A határértékáramjelet érzékelő áramkör integrátort is tartalmaz a tranziens jellegű túlterhelések okozta szükségtelen beavatkozások reteszelése érdekében. A stabilizált feszültségű tápforrás zener-diódával stabilizált, áteresztő T3 tranzisztorral megvalósított soros stabilizátor. Az áteresztő tranzisztor és a stabilizátort tápláló egyenfeszültségforrás között áramérzékelő R2 ellenállás van elrendezve, amelyre 10 műveleti erősítő bemenetei csatlakoznak. Ez az elrendezés „sönt áramváltóként” is ismert É áramérzékelő szervet alkot. A 10 műveleti erősítő bemenetei úgy vannak előfeszítve, hogy kimenőfeszültsége közelítőleg a tápfeszültséggel egyenlő akkor, ha a mérőcella i3 árammal nem terheli a tápfonást, a 10 műveleti erősítő kimenőfeszültsége OV, ha i3 áram is folyik. A műveleti erősítő 11 relét működtet, amelynek záró érintkezőpáija van. Ez az érintkezőpár 12 műveleti erősítővel és annak visszacsatoló ágában elrendezett C kondenzátorral megvalósított integrátor visszacsatoló körében van elrendezve és zárt állapotában ellenálláson át kisüti a C kondenzátort. Az érintkezőpár túlterhelésmentes üzem esetén zárt állapotban van. Az integrálás időállandója R3.C, az integrálandó feszültség a 12 műveleti erősítő bemenetei között elrendezett D diódán eső nyitóirányú feszültség. A 12 műveleti erősítő kimenetére további 13 műveleti erősítő egyik bemenete van kötve, a 13 műveleti erősítő és a 12 műveleti erősítő ellentétes polaritású bemenetei közé Z zener-dióda van kapcsolva. A 13 műveleti erősítő komparátorként működik és kime5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
