180837. lajstromszámú szabadalom • Kisfeszültségű generátor
3 180837 4 téré megfelelő leosztást kapcsolva előállíthatok 10 4— 10 í0 V nagyságrendű feszültségek. Az ilyen megoldás rendkívül drága, az osztó forrasztási pontjai, a kapcsolók jelentős termikus hibát okoznak, továbbá a teljes rendszer nagy kapacitást jelent a földpotenciál felé, így a védőámyékolás impedanciája kiváló szigetelési ellenállás mellett is leromlik. Ezért eddig ilyen korrekciós eljárás nem volt használatos. A találmány azon a felismerésen alapul, hogy igen kicsiny, előnyösen 10 4—10 'l0 V nagyságrendű lebegő feszültség előállítható oly módon, hogy egy megvilágított fényelemet egy vezetékdarabbal rövidre zárunk, és a vezetékdarabon létrejövő kicsiny feszültségesíést hasznosítjuk. A fényelemet megvilágító fényforrás megfelelő vezérlésével tetszőleges egyén-váltakozó-vagy akár impulzus kisfeszültséget állíthatnak elő. A találmány tehát kisfeszültségű generátor, előnyösen földfuggetlen villamos feszültség előállítására és az jellemzi, hogy villamosán vezető anyagú vezeték egy vagy több szakaszára egy vagy több fényelem van kapcsolva, az egy vagy több fényelem optikailag legalább egy fényforráshoz van csatlakoztatva, és a generátor kimenő kapcsai a vezetéknek az említett legalább egy szakaszt közrefogó pontjaihoz vannak csatlakoztatva. A találmány szerinti megoldásnál az optikai csatolás következtében biztosítható, hogy a generátor földfüggetlen és a földhöz képest igen nagy impedanciájú feszültséget adjon. Több fényelem megfelelő elhelyezésével kétpolaritású generátor alakítható ki. A találmány szerinti kisfeszültségű generátor alkalmazásával nagypontosságú mérésadatgyűjtő berendezés készíthető, melyben a méréspontváltónak a hőmérsékletkülönbségekből eredő hibafeszültségei kompenzálhatok. A találmányt a továbbiakban a rajzokon ábrázolt kiviteli alakok alapján ismertetjük, ahol az 1. ábra a találmány szerinti kisfeszültségű generátor egy kiviteli alakját, és a 2—4. ábrák a kisfeszültségű generátor további kiviteli alakjait mutatják.A találmány szerinti kisfeszültségű generátor egy előnyös megvalósítása szerint (1. ábra) a kicsiny lebegő feszültséget úgy állítjuk elő, hogy az 1 vezeték R ellenállású 1A szakaszára a megvilágított 2 és 3 fényelemeket kapcsoljuk. így a 2,3 fényelemeket igen kicsiny (10 ^—10 A ohm) ellenállású szakasz záija le. A két 2,3 fényelem célszerűen ugyanazon vezetékszakaszra csatlakozik, igy automatikusan biztosított a lezárás egyformasága. Ez azonban nem szükségszerű, amint azt alább a 3. és 4. ábrák kapcsán ismertetjük. Ismeretes, hogy a fényelemek rövidzárási árama lineárisan függ a megvilágítástól. Amennyiben az R ellenállás nagyságrendekkel kisebb, mint a pl. Si fényelem belső ellenállása (1 kohm — 1 Mohm), akkor a rövidzár feltétele biztosított. Ez triviálisan teljesül az adott elrendezésnél. A 4 és 5 fényforrások által létrehozott megvilágítás mértékét a 9 meghajtóegységen és 10 D/A átalakítón keresztül a 17 kapcsoló állásától függően vagy a 14 tárolóban lévő, vagy a 12 tárolóban lévő, vagy a 11 memóriában elhelyezett tetszőleges adatok határozzák meg. A 14 tárolót a 22 kapcson lévő analóg jelre csatlakoztatott 15 A/D átalakítóból vett minta, a 12 tárolót a 22A kapcson lévő digitális jelből vett minta tölti meg. A mintavétel időpontját 13 vezérlőegység határozza meg, ezért azt szinkronizálni kell a 15 A/D átalakítóval, amely a 22 kapcson lévő analóg jel digitalizálását végzi. A felsorolt 12, 14 tárolók, illetve 11 memória tartalmazzák az előjel információt is, amely meghatározza a 13 vezérlőegységen keresztül 8 kapcsoló állását, azaz a generátor 23 és 24 kimenő kapcsain lévő U kimenőfeszültség előjelét. A 21 kapocsról közvetlenül analóg feszültséggel módosíthatjuk a megvilágítás mértékét. A 21 kapocsra adott szinuszos vagy impulzusjellegű feszültséggel a 23 és 24 kimenő kapcsokon levehető kimenőfeszültség modulációját realizálhatjuk. A 9 meghajtóegység átviteli tényezőjét 20 beállítószervvel változtatva a generátor kalibrálható. Látható, hogy tetszőleges analóg, digitális mennyiséggel, illetve a 11 memóriában tárolt programmal meghatározott mennyiséggel arányos, jól definiált U kimenőfeszültséget tudunk létrehozni. Ismeretes, hogy a fényforrások stabilitása legjobb esetben is 0,1% nagyságrendű. Ezért a találmány szerinti generátorban —a fokozott pontosság érdekében—a 4 és 5 fényforrásokkal optikai kapcsolatban lévő 18 és 19 segéd fényelemeket alkalmazunk, amely utóbbiak egy olyan követő 16 szabályozórendszer ellenőrző jelét képezik, amelynek alapjele a 10 D/A átalakító kimenete. így a 4 és 5 fényforrás hőmérsékletváltozás, öregedés, stb. hatására létrejövő minden instabilitása nagymértékben lecsökkenthető. Mindebből az a további előny is következik, hogy a feszültséggeneráló 2 ill. 3 fényelem kimenőjele is invariáns lesz a hőmérsékletváltozással szemben, amennyiben valamennyi 2,3 fényelem hasonló típusú. Látható, hogy a generátor földponthoz vett szigetelési ellenállása megegyezik a levegőével, és a pl. átlátszó ón-oxid villamos vezető réteggel létrehozott 6 és 7 árnyékolás kapacitíve is teljesen elválasztja a 4 és 5 fényforrástól, amely utóbbi célszerűen fényemittáló dióda lehet. így a kicsiny, 10 "3— 10-10 V nagyságrendű feszültség tetszőleges modulációja is relatíve tehetetlenségmentesen megvalósítható. A fényemittáló diódát célszerű úgy megválasztani, hogy spektruma illeszkedjen a 2, 3 fényelem spektrumához. Legcélszerűbb infravörös spektrumú fényemittáló diódák használata, azonban lehetséges piros fényű fényemittáló diódák alkalmazása is. A generátor mentes a termikus eredetű parazita feszültségektől is, hiszen az 1 vezeték egyetlen darabból készült, közel homogén, és mivel jó hővezető anyagból készül, a hőmérsékletgradiens is kicsiny, ez pedig már elegendő ahhoz, hogy ne lépjen fel termofeszültség. Adott probléma megoldásánál célszerű lehet a fényelemek soros, illetve párhuzamos kapcsolása is. A 2. ábrán a 25,26 fényelemek párhuzamosan kapcsolódnak, és egy közös 27 fényforráshoz vannak optikailag csatolva. Hasonlóan N számú fényelem párhuzamosan kapcsolható, így a 23,24 kimenő kapcsokon az eredeti forrásfeszültség N-szere$e jelenik meg. Ugyanezen eredménye elérhető a 3. ábra szerint úgy is, hogy N számú, azonos polaritású 28,29 fényelemet sorosan helyezünk el az 1 vezeték egymást követő 31 és 32 szakaszán, közös 30 fényforrással. A két megoldás, kombinálható is. Egy példakénti elrendezést mutat a 4. ábra, ahol a 31 és 32 szakaszra kapcsolt azonos polaritású fényelemek soros, a különböző polaritású fényelemek párhuzamos rendszert képeznek. Az azonos polaritású 34, 36 ill. 33, 35 fényelemeket közös 37 ill. 38 fényforrás világítja meg. A találmány szerinti generátor alkalmas kapcsolót, vágy kapcsolórendszert tartalmazó mérőrendszerben keletkező hibafeszültségek kompenzálására oly módon, hogy a kapcsolórendszer vezetékezésében egy vagy több generátorral a hibafeszültséggel ellentétes irányú kompenzáló feszültséget hozunk létre. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
