177001. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés villamos mérőjelváltozás sebességének digitális mérésére
3 177001 4 Minden digitális mérésnél, de -különösen egy érzékelő szolgáltatta villamos mérőjel és ezen keresztül egy jellemző változási sebességnek digitális mérésénél két probléma vetődik fel, nevezetesen a felbontás és a pontosság kérdése. Egy digitális mérőrendszer felbontásának finomítását egyéb tényezők mellett elsősorban a rendszer pontatlansága korlátozza. A felbontás finomításával csak a mintavételi értékeket tekintve nem nyerhető hasznos többletinformáció, hiszen az adott digitális mérőrendszerrel jellemző arányos hibatagok arányai ezzel nem változnak. Viszont a mintavételek finomabb felbontása két egymást követő mintavétel különbségében már behatárolható hibával rendelkező többletinformációt jelent. Ugyanis egy érzékelő és egy analóg-digitális átalakító szolgátatta információn alapuló különbségképzés hibája szélső esetben a konverziós görbe meredekségének az elméleti meredekségtől való maximális eltéréséből mint egy arányos hibatagból, és a mintavételek kvantálási hibájának kétszereséből mint egy nem arányos hibatagból tevődik össze, ami a különbség felbontásának adott illetve ismert konverziós görbétől függő finomítását teszi lehetővé, sőt a kvantálási hibától eredő nem arányos hibatag relatív csökkentése céljából szükségessé is. A fenti hibatényezők mellett a karakterisztikát önmagával párhuzamosan eltoló — és sok esetben jelentős - konverziós hibák (pl nullponthiba) a különbségképzés folyamán kiesnek, így azok a felbontás finomítását nem korlátozzák. A két hibatényezőn kívül a változási sebesség mérésénél a mintavételezések periódusidejének bizonytalansága is okoz hibát, ami azonban az egyéb hibák mellett közepes pontossági időalap esetén már figyelmen kívül hagyható. A fenti megállapítások értelmében a különbség arányos hibatagja és ezen keresztül a célként kitűzhető felbontás a konverziós görbéből egyszerű geometriai úton meghatározható, míg a nem arányos hibatagra vonatkozó megállapítás azzal a feltételezéssel tehető általános érvényűvé, hogy a finomabb felbontású mintavételek értékei a konverziós görbe megfelelő értékeiből csak egy kvantumegységgel (digittel) térnek el. Üzemi és főként nehézüzemi körülmények között működő digitális mérőrendszerekben a dinamikus zavarokra kevésbé érzékeny integráló jellegű analóg-digitális átalakítókat alkalmazzák. Ezek az átalakítók a bemenőjel mintavételezés alatti átlagértékét képezik, amit többnyire egy Nx/Nt pulzussorozat arányossággal fejeznek ki, ahol Nt a konverziós idővel equivalens pulzussorozat. Ezen arányosságból adódóan a mintavételek felbontásának finomítása az Nt pulzussorozatok hosszának vagyis a konverziós idő növelésével történhet. Továbbá az olyan analóg-digitális átalakítóknál, ahol az Nx és az Nt pulzussorozatok egy közös fD referencia frekvenciájú jelből vannak előállítva, az fQ referencia frekvencia emelésével is finomítható a felbontás. Megjegyzendő, hogy a nehézüzemi alkalmazásra szánt digitális mérőműszerek — ott ahol ezt a mérési idő megengedi - a minél nagyobb dinamikus zavarérzéketlenség biztosítása céljából nagy konverziós időkkel dolgoznak és az így nyert nagyobb impulzussorozatot a kijelzés előtt megfelelően leosztják. Ilyen esetekben a felbontás finomítása igen egyszerű, a különbségképzéshez szükséges pulzussorozatokat az osztó előtt lehet levenni. A felbontás finomításának fentebb felsorolt egyszerű lehetőségei egy igen jelentős, a gyakorlati alkalmazást szinte teljesen kizáró hátránnyal rendelkeznek. Nevezetesen azzal, hogy az ily módon megnövelt tartalmú mintavételezésekben jelentős dinamikus zavarok lépnek fel, amelyek a különbségeket erősen eltorzíthatják. Ugyanis a hibatényezőknél tett azon feltételezés, miszerint a finomított felbontású mintavételek értékei a konverziós görbe megfelelő értékeitől csak egy kvantumegységgel térnek el, nem teljesül. A dinamikus zavarérzéketlenség természetesen a konverziós idő további növelésével javítható, aminek azonban az egyéb gyakorlati követelmények például a .teljes jelváltozásra képezhető különbségek száma véges határt szabnak. A találmány célja az említett akadályozó tényezők megkerülése és a jelváltozási sebesség mérésére egy olyan mérési elrendezés kialakítása, amely a változási sebesség mérésével kapcsolatos többoldalú követelményeket a gyakorlati alkalmazások egy igen széles körében kielégíti, meglevő digitális mérőrendszerekhez illeszthető, és mindazonáltal, hogy elvében a statisztikus mérési adatkiértékelés jegyei ismerhetők fel, valamint felépítéséhez komplex integrált áramkörök alkalmazása különösen előnyös, feltétlenül az ipari elektronikus berendezések pillanatnyi fejlődési irányában mutat. A fenti célt villamos mérőjelváltozás sebességének digitális méréshez olyan kapcsolási elrendezéssel étjük el, amelyben egy analóg-digitális átalakító, esetleg egy frekvenciaosztó, egy vezérlőáramkör, 'választott számú mintavevőszámláló, egy adatkiválasztóáramkör és egy adattároló, egy különbségképző áramkör, egy eredménytároló, valamint egy kijelző egység van megfelelően elrendezve és vezérelve. A feladat találmány szerinti megoldásában a különbségképzés égymást részben átfedő mintavételek útján történik, amiáltal a különbségek finomabb felbontásban kisebb időközönként kisebb relatív hibákkal képződnek. A találmány szerinti elrendezést az alábbiakban egy konkrét példaképpeni alak kapcsán a mellékelt rajzok alapján ismertetjük, ahol az 1. ábra a találmány szerinti kapcsolási elrendezés példaképpeni kiviteli alakjának blokkvázlata, a 2. ábra a mintavételezések idődiagramja, a 3. ábra az 1. ábra szerinti elrendezés összegező áramkörrel való kiegészítésének blokkvázlata, és a 4. ábra a kapcsolási elrendezés beállási karakterisztikája. Az 1. ábra szerinti elrendezésben az érzékelőről jövő X analóg mérőjel az integráló jellegű 1 analóg-digitális átalakító bemenetére kerül. Előnyösen az olyan úgynevezett szabadonfutó integráló jellegű átalakítók alkalmazhatók, amelyek 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
