178403. lajstromszámú szabadalom • Kettős hídáramkör két határérték szerinti komparálás elvégzésére
3 178403 4 állapota. A linearitási követelmények miatt a híd elhangolása a nyúlásmérőbélyegekkel kialakított hidaknál például az ezrelék nagyságrendjében van, így a szokásos tápfeszültségértékek mellett néhányszor tíz millivolt kimenőfeszültséggel lehet számolni. E feszültség erősítésére műveleti erősítők szolgálhatnak. Különösen az üzemi méréstechnika üzemellenőrzési és szabályozási feladatai kapcsán szükség lehet arra, hogy a tényértéket két különböző küszöbértékkel hasonlítsuk össze (alsó és felső küszöbértékkel), ami különféle jelzési és beavatkozási feladatok megoldását teszi lehetővé. Különösen előnyös ugyanazon mért jellemző összehasonlítása az alsó és felső határértékkel, ami lehetővé teszi akár az előjelzést és vészjelzést, akár hárompontszabályozó vezérlését. A már említett VI—1148 alapszámú szabadalmi bejelentésben már utalás történt ilyen kivitelre is oly módon, hogy az előbbiekben leírt hidas elrendezést javasolták további mérőhíddal kiegészíteni, melynek érzékelő eleme(i) ugyanezen a deformációs elemen vannak elrendezve. Az alsó és felső ún. határértékjel előállítása a gyakorlatban általában referens feszültségekkel való összehasonlítás útján történik. A mérés és a jelképzés helye általában eltérő. A mérőérzékelő vagy csak a mérőhidat tartalmazza, vagy ezenkívül a mérőhíd kimenőjelét feldolgozó és távadásra alkalmas jeleket szolgáltató áramkört is. Az ún. határértékjel előállítása ezután a mérés helyétől távol — külön áramköri egységben — történik. Ilyen megoldásoknál az ún. kettős határértékjel képzés mindezen részek multiplikálását igényli, ami költséges, helyigényes, rosszabb P-faktort eredményez. Felvetődött ezért, indokolt-e ezen az úton tovább haladni. Találmányunknál abból indultunk ki, hogy az üzemellenőrzési és szabályozási célból való ún. határértékjel képzésnél tulajdonképpen nincs feltétlenül szükség analógjel előállítására, hiszen csak a küszöbérték túllépésének vagy túl nem lépésének tényét kívánjuk figyelemmel kísérni. A referensjel ezért magában a hídáramkörben is képezhető. így elmarad az analóg jelképzéshez szükséges áramkör és a határértékjel képzéséhez szükséges referens áramkör is. Egyazon fizikai jellemzőnek két küszöbértékkel való összehasonlítása természetesen két független híddal is végezhető, amint arról az idézett szabadalmi bejelentésben már említés történt. Találmányunk alapja az a felismerés, hogy a fenti megfontolások figyelembe vételével nem szükséges két független hídáramkör ugyanazon tényértéknek két küszöbértékkel való összehasonlítására. Végeredményben egy tényértéket össze kell hasonlítanunk két referens értékkel. A találmány szerint ezt úgy oldjuk meg, hogy az egyik (pl. tápfeszültségre kapcsolható) hídátlót képező két csomópont közé harmadik soros áramköri ágat is kapcsolunk, melyben ötödik és hatodik áramköri elem van elrendezve és a kapcsolási elrendezés tartalmaz egy további komparátor áramkört, melynek egyik bemenetére az első soros ág leágazása, másik bemenetére a harmadik soros áramköri ág leágazása csatlakozik. Ebben az esetben ugyanis az első soros áramköri ágban — mely az első áramköri elem révén mindenképpen érzékeny a mérendő mennyiségre — az áram pillanatértéke a mérendő mennyiség pillanatértékének a függvénye, míg a második áramköri ágban folyó áram az egyik küszöbérték által, s a harmadik ágban folyó áram a második küszöbérték által meghatározott. Az első és a második soros áramköri ág leágazásai olyan hídátlót alkotnak, mely a rácsatlakozó komparátor révén az első küszöbérték túllépését vagy túl nem lépését jelzi, az első és a harmadik soros áramköri ág leágazásai olyan hídátlót alkotnak, mely a rácsatlakozó komparátor révén a második küszöbérték túllépését vagy túl nem lépését jelzi. Amint a továbbiakban látható lesz, ez a kialakítás a kiértékelés módját is messzemenően leegyszerűsíti, s kisebb a híd áramfelvétele is, amellett a hídimpedanciák számának 25%-os csökkentése a költséget is, a hibafaktort is csökkenti, anélkül, hogy a mérési pontosság csökkenne, sőt azonos tényérték-ág összehasonlítása két referenciajellel pontosabbá teszi a háromértékű kimenőjel karakterisztikáját is. Találmányunkat részletesebben ábrák kapcsán ismertetjük. Az 1. ábra a találmány szerinti kapcsolási elrendezés egy példakénti kiviteli alakjának kapcsolási vázlatát mutatja. A 2. ábra a példakénti kivitel működésmódját szemléltető jelalakokat mutat, mégpedig a 2.a ábra egy egyenárammal táplált híd kimenőfeszültségének változását szemlélteti a mért fizikai jellemző — pl. az erő — függvényében, a 2.b ábra a kapcsolási elrendezés áramfelvételének változását a mért jellemző függvényében. Az 1. ábrán látható, hogy az egyik hídátlót alkotó két A és B csomópont közé három soros áramköri ág van kapcsolva. Az első soros áramköri ág tartalmazza az első és második Z1 és Z2 áramköri elemeket. Ezek közül legalább az első Z1 áramköri elem a mérendő fizikai mennyiségre érzékeny áramköri elem, példánknál nyúlásmérő bélyeg. Ez a soros ág a tényértéket szolgáltató ág. A második soros ág tartalmazza a harmadik és negyedik Z3 és Z4 áramköri elemeket, a harmadik soros ág az ötödik és hatodik Z5 és Z6 áramköri elemeket. (Az ábrázolt példánál a hat Z1...Z6 áramköri elem mindegyike a fizikai mennyiségre érzékeny áramköri elem — nyúlásmérőbélyeg — de ez nem szükségszerű.) Az első soros áramköri ág C leágazása és a második soros áramköri ág D leágazása alkotják az első küszöbérték szerinti összehasonlítást végző híd másik hídátlójának csomópontjait, az első soros áramköri ág C leágazása és a harmadik soros áramköri ág E leágazása alkotják a második küszöbérték szerinti összehasonlítást végző híd másik hídátlójának csomópontjait. Az egyes hídágakba egy-egy R7, R8 és R9 hangolóellenállást célszerű iktatni. Az első és második soros áramköri ág C, illetve D leágazási komparátor ICI áramkör egyik, illetve másik (+), illetve (—) bemenetére csatlakoznak, az első és a harmadik soros áramköri ág C, illetve E leágazásai további komparátor IC2 áramkör egyik, illetve másik (+), illetve (—) bemenetére csatlakoznak. A példaként ábrázolt komparátor ICI és IC2 áramkörök műveleti erősítők, melyekre önmagában ismert — TI és T2, illetve T3 és T4 tranzisztorokkal kialakított — Darlington fokozatok csatlakoznak. A műveleti erősítők kiegészítő elemei a frekvenciakompenzálást célzó Cl, illetve C2 kondenzátorok és az offset feszültség kiegyenlítésére szolgáló R3, R4, R5 és R6 ellenállások. (Az RÍ, illetve R2 emitter-ellenállások a Darlington fokozatok ismert elemei.) Az egyik hídátlót áthidalva, a tápfeszültség két +UT, illetve 0 sarka közé van kapcsolva a C kondenzátor. Az ábrán feltüntettük a leágazásokon megjelenő U0, U1 és U2 feszültségeket, a hídon átfolyó eredő i03 áramot, a komparátor ICI és IC2 áramkörök által fel5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
