178054. lajstromszámú szabadalom • Frekvencia-egyenfeszültség jelátalakító változtatható görbe karakterisztikával
3 178054 4 A jelenlegi technikai szintet képviselő külföldi megoldások a bonyolultságuk és a realizálásukhoz szükséges terjedelmes áramkörük miatt többszörösen költségesebbek, mint a találmány szerinti megoldás amely pontosság tekintetében a hivatalos vizsgálatok szerint is egyenrangú a külföldi műszerekkel, hibája 0,1 kg/m. A találmány szerinti megoldás további előnye, hogy nincs szükség a sűrüségérzékelő inverz karakterisztikájának matematikai formulával történő közelítésére. A sűrűségérzékelő méréstartományának alsó és felső határának, valamint a közepének környezetéhez tartozó három karakterisztika pont ismeretében a frekvencia-egyenfeszültség jelátalakító karaktérisztikájának a beállítása három ponton a beállító potenciaméterekkel műszeres ellenőrzés mellett történik. Találmányunk lényegét ugyancsak az ipari sűrűségméréssel kapcsolatosan ismertetjük. Bár az ábrákra a vonatkozó helyeken hivatkozunk, emellett még összefoglalva is ismertetjük: 1. ábra Frekvencia kimenőjelű mérőérzékelők karakterisztikájának egyik változata. Jellemző, hogy az S mérendő paraméter növekvő értékéhez csökkenő meredekség tartozik. Az a és b karakterisztikák különböző mértékben görbültek. 2. ábra: Frekvencia kimenőjelű mérőérzékelők, karakterisztikájának egy másik változata. Jellemző, hogy az S mérendő paraméter növekedésével együtt nő a görbe meredeksége. Az a és b karakterisztikák különböző mértékben görbültek. 3. ábra: Rezgőrendszerű sűrüségérzékelő fs frekvencia jelének függése az S mérendő paraméter, azaz a sűrűség értéktől. Az fe frekvencia a sűrűségtől nem függő etalon frekvencia. 4 5 4. ábra: A 3. ábrán szereplő fe és fs frekvenciák fk különbségi frekvencia az S mérendő paraméter függvényében és egyben egy' olyan frekveneia-egyenfeszültség átalakító karakterisztikája, amelynek bemeneti jele az fk különbségi frekvencia, kimeneti jele pedig az S mérendő paraméter értékkel lineáris összefüggésben levő feszültségjel, 5. ábra: Ismert, diódás frekvencia-egyenfeszültség jelátalakító kapcsolása. 6. ábra: A találmány szerinti frekvencia-egyenfeszültség jelátalakító, kapcsolása, amely az 5. ábra szerinti ismert kapcsoláshoz képest új megoldást tartalmaz. A jelátalakító a 4. ábrával kapcsolatosan említett tulajdonsággal rendelkezik. A 3. ábra a hangvillás oszcillátor elve alapján működő folyadéksűrűség érzékelő karakterisztikáját mutatja. Növekvő S mérendő paraméterhez, azaz a sűrűséghez csökkenő frekvencia tartozik. Ha egy állandó értékű, a sűrűségtől nem függő etalon f„ frekvencia jele és az érzékelő sűrűségfüggő fs frekvencia jelének különbségét képezzük, és ezt az fk különbségi frekvencia jelet tekintjük az érzékelő kimeneti frekvencia jelének, a 4. ábra szerinti összefüggést kapjuk. Látható, hogy ez az összefüggés jellegében az 1. ábra szerinti karakterisztikának felel meg. Ha a sűrűséggel a 4. ábra szerinti összefüggést mutató fk különbségi frekvencia jelet egy olyan frekvencia-egyenfeszültség jelátalakítóra vezetjük, amelynek karakterisztikája azonos a 4. ábrán láthatóval, az S mérendő paraméter, azaz a sűrűségérték és jelátalakító U kimeneti feszültségjele között lineáris lesz az összefüggés. A vízszintes tengely ennek megfelelően kettős skálázású. A tengely alatt a sűrűségértékeket, a tengely fölött pedig a kimeneti feszültségjel értékeket tüntettük fel. A jelátalakító szempontjából az fk különbségi frekvencia jelet kell tekintenünk a független változónak. Pl. fkl frekvencia értékhez 900 kg/m3 sűrűségérték tartozik, de ugyanakkor 200 mV feszültségjel is. Ugyanúgy fk2 frekvenciához 800 kg/m3 sűrűségérték, de egyben 100 mV feszültségjel tartozik. Ha ezen feszültség értékekhez hozzáadunk 700 mV konstans értéket, (zárójeles értékek) arányos lesz az összefüggés a sűrűségérték és az U kimeneti feszültségjel értéke között. A példaképpeni esetben nem csak arányos, hanem számszerű egyezés áll fenn ezen értékek között. Természetesen arányosság akkor is fennáll, ha a feszültségértékeket egy konstans értékkel szorozzuk. Találmányunk lényege az a felismerés, hogy az ismert, ún. diódás, lineáris karakterisztikájú frekvencia-feszültség jelátalakító kapcsolásának megváltoztatásával és bővítésével karakterisztikája a kívánt jellegű és mértékű görbültséget vesz fel. Ezáltal alkalmassá váük mind az 1. mind a 2. ábra szerinti értékelő frekvencia jelének feszültségjellé alakítására olyan jelleggel, hogy a mért paraméter és a feszültségei közötti összefüggés gyakorlatilag lineáris legyen. Az 5. ábra az önmagában ismert diódás frekvencia-feszültség jelátalakító kapcsolását mutatja. A T kapcsoló tranzisztor kollektor-emitter pontjai szakadást képviselnek a négyszögimpulzussor szüneteiben, amikor is a bemeneti kapcsok között a feszültség zérus értékű. Ezen időszakokban az Ur tápfeszültségforrás az R2 R3 ellenállásokon és a Di töltő diódán át feltölti a Cj kondenzátort a jelölt polaritással közelítőleg UTk kapocsfeszültségének értékére. Az impulzusok idején az említett pontok gyakorlatilag rövidzárt képeznek és ezen, valamint 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
