179538. lajstromszámú szabadalom • Önkalibráló digitális ellenállásmérő, ill. hőmérsékletmérő
7 179538 8 c) Nem szükséges pontos Rref referenciaellenállás, csupán stabilitást követelünk meg. d) A készülék előre, az Rref referenciaellenállás behelyezése nélkül is beállítható. e) Az Rref referenciaellenállás esetleges öregedése digitálisan kompenzálható (nref impulzusszám változtatásával). f) A készülék ellenállásarány mérésére is alkalmas, ekkor az Rref referenciaellenállás helyébe a viszonyító ellenállást tesszük. g) A módszer valódi négyvezetékes mérést tesz lehetővé, tehát az ellenállások vezetékei az eredményt nem befolyásolják. h) A módszer alapján digitális hőmérő is készíthető. Mint a konkrét példa kapcsán látni fogjuk, mind a nullpont eltolás, mind a linearizálás tisztán digitális úton történik. A találmány alkalmazását kiviteli példán egy digitális hőmérő kapcsán mutatjuk be. A hőmérő Pt 100 mérőellenállás segítségével működik. Egy adott érzékelőnél az ellenállás és a hőmérséklet között egyértelmű összefüggés van. Mint ahogy a fentiekben leírtuk, az ellenállás mérésénél a nullpont eltolását és a linearizálást is el kell végezni. A hőmérő 0-300 °C tartományban működik, 0,01 °C felbontással. Felépítése a 3. ábrát követi, kiegészítve a nullponteltoló és linearizáló áramkörrel. A 3. ábrán látható 26, 27, 28, 29 kapcsolók térvezérlésű tranzisztorok, amelyek a mérésbe nem visznek be hibát. A Pt 100 mérőellenállást 1 mA áram mellett működtetjük. A 30 erősítő igen jó linearitással rendelkezik. A 31 feszültség/frekvencia átalakító linearitási hibája ± 0,01%, azonban sem nullpontja, sem K átviteli tényezője nem stabil hosszú időre (nem is szükséges!). A 34 programvezérlő és a 38 számláló TTL rendszerben készül, de elvileg alkalmazható lenne más digitális rendszer is. A 37 óragenerátor frekvenciája mintegy 64 KHz, a mérés ideje 1 sec, 1 így a felbontás----------(~16 bit). 64.000 A 4. ábra figyelembevételével a nullpont eltolása és a linearizálás a következőképpen történik: A Pt 100 mérőellenállás mérését két szakaszra bontjuk. A 35 számláló állását a 40,41 komparátorok figyelik: adott n0 impulzusszám elérése után 35 számláló nullázódik, és ismét elindul. így tehát a begyűjtött impulzusszám n0 impulzusszámmal kisebb, mint null ponteltolás nélkül lett volna. Az nref impulzusszám értelmezése ugyanaz, mint az ellenállásmérőnél: az Rref referenciaellenállás mérése nref impulzusszám elérése után fejeződik be. A linearizálás a programozható 39 frekvenciaosztó segítségével történik. A 39 frekvenciaosztó a 31 feszültség/frekvencia átalakító kimenetén jelentkező mérőfrekvenciát kapja a bemenetén, fkj Icimeneti frekvenciája arányos egyrészt az fm bemenő frekvenciával, másrészt a programbemenetén beállított nj szorzófaktor digitális számértékével: fki = fm Hj, A 35 számláló összegező-számlálónak van kiképezve, számolja egyrészt fm bemenőfrekvenciát, másrészt a fki kimenő frekvenciát. így számolási sebessége: fm fki ~ fm (1 4 nj) Ezzel a módszerrel a Pt 100 mérőellenállás nemlinearitását kompenzálni tudjuk. Amennyiben ugyanis a jelleggörbét M szakaszra bontjuk (i = 1 ... M), és a Pt 100 mérőellenállásnak ai az átlagos meredeksége az Ro/Vi fi linearitása akkor jó, ha a 35 számláló meredeksége éppen reciproka a Pt 100 mérőellenállásának: úo 1+ nj=—, ahol a jelleggörbe az első szakaszának <*i a„ a meredeksége. Az n* szorzófaktor értékeit digitális fixértéktárolóban (ROM) tároljuk. A szegmensekre bontás úgy történik, hogy 39 frekvenciaosztó figyeli a 35 számláló állását és meghatározott szám elérése után lépteti a memóriamátrix sorait. A megvalósított esetben a 0-300 °C szakaszt tíz szegmensre bontottuk, de a felbontás elvileg tetszőlegesen finomítható. Mint látható, a linearizálás kizárólag a digitálisan beállított nf szorzófaktor számoktól függ, tehát időben nem változik. összefoglalva, a bemutatott kiviteli példa megvalósítja a találmány célkitűzéseit: a kijelzetí hőmérsékletérték az ellenállásérzékelőn kívül kizárólag egyetlen Rref referenciaellenállástól függ, mind a nullpont eltolás, mind a linearizálás digitális úton történik. Megjegyezzük, hogy nem említettük a 30 erősítő véges közös módusú elnyomásából származó hibát, ez azonban mindenképpen elhanyagolható, ha nagy (> 110 dB) közös módusú elnyomású 30 erősítőt választunk, Ugyanis a mért feszültségeket (U4-U3, U2-Ui) közelítőleg föld potenciálhoz képest mérjük. Szabadalmi igénypontok: 1. önkalibráló digitális ellenállásmérő illetve hőmérsékletmérő mérendő ellenállás és referenciaellenállás alkalmazásával, azzal jellemezve, hogy áramforrásra (21) kapcsolók (22, 23) közbeiktatásával párhuzamosan csatlakozik a mérendő ellenállás (Rm ) és a referenciaellenállás (Rref) és ezekhez kapcsolók (26, 27, 28, 29) útján - célszerűen erősítő (30) közbeiktatásával - feszültség/frekvencia átalakító (31) bemenete van kötve, amelynek kimenetére legalább egy első számlálón (35) keresztül kijelző (36) van kapcsolva, továbbá a számlálóhoz (35) legalább egy digitális komparátor (40, 41) van csatlakoztatva, míg a feszültség/frekvencia átalakító (31) kimenetére nullkomparátorból (32) és tartó-követő erősítőből (33) álló hurok (31-32-33-31) csatlakozik, úgy, hogy a tartó-követő erősítő (33) kimenete a feszültség/frekvencia átalakító (31) másik bemenetére van 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
