183318. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés kapacitás-feszültség vagy induktivitás-feszültség átalakítására előnyösen távadók és mérőrendszerek számára
1 183 318 2 A találmány tárgya olyan kapcsolási elrendezés, mely kapacitás-feszültség vagy induktivitás feszültség átalakítására szolgál. A kitűzött feladatot az ismert, hasonló rendeltetésű áramköröktől alapvetően eltérő áramkörrel oldjuk meg, melyben lineáris feszültségű generátort alkalmazunk, továbbá a javasolt áramkörben nem alkalmazunk kapcsolókat és etalon kondenzátorokat. Az átalakító objektumban, a hatás kiegyenlítésére, ezáltal annak fő jellemzőjének meghatározására konstans egyenáramot használunk. Az objektumban mérés közben felhalmozott energia kiiktatására nem kapcsolókat, hanem közvetlenül a generátort használjuk, és az ilyenkor szükséges óramutatót ellenparalell kötött diódákkal biztosítjuk. Napjaink műszaki életében a kapacitás és induktivitás mint jellemző mérésére elteijedten két fő megoldási mód ismert. Az első megoldásban, mikor a hídban kiegyenlítés segítségével etalonnal hasonlítjuk össze a mérendő, ellenőrizendő objektumot. Az objektum alatt olyan áramköri rész-, vagy komplett egységet értünk, amelynek mérendő vagy ellenőrizendő paramétere kapacitás vagy induktivitás. A mérési módszerre jellemző a kiegyenlítés, mely a híd valamelyik tagjánál egymás utáni lépésekben történik, és ez a kiegyenlítés tükröződik az analóg digitál átalakítón. Másik elterjedt mérési módszer az, amikor a mérendő objektum relaxációs oszcillátornak része, frekvencia meghatározó eleme. Ezért az oszcillátor kimeneti frekvenciája a mérendő paraméter értékével fordítottan arányos, ekkor elég az oszcillátor frekvencia-feszültség átalakítóra kapcsolni. Az elsőnek vázolt mérési módszerek közül egyik korszerű megoldását javasolja a 4 163 221 lajstromszámú USA szabadalom. A szabadalom által ajánlott megoldás felépítése a következő: Egy, szintjében szabályozott szinuszos oszcillátor két azonos felépítésű hídágat táplál. Az egyik hídágban etalon kondenzátor, a másik hídágban a mérendő objektum foglal helyet. Alternáló kapcsolók demultiplexeren keresztül azonos felépítésű AC/DC átalakítókon át csatlakoztatják a computer fokozathoz a mért értéket. A computerfokozat a két hídágból származó feszültség alapján számítással határozza meg az etalon kondenzátor és mérendő objektum kapacitásai közötti viszony alapján a mért értéket. Az itt ismertetett találmány nem egyenlíti ki a hidat, így a kiegyenlítési időt nem veszi igénybe a mérés számára. E mérési módszer legfőbb előnye, hogy a lépésenkénti kiegyenlítést nem alkalmazza, hanem közvetlenül a hídfeszültségekből számítja ki az eredményt. Ebből az előnyből fakad, ha az etalon kondenzátor és a mérendő objektum között jelentős — legalább 1 nagyságrendű — az eltérés, akkor a számítási hiba számottevően növekszik. A kapcsolási elrendezésre jellemző, hogy rendkívül bonyolult. A másik mérési módszer tipikus alkalmazási példája a relaxációs módszer egy korszerű változata. E korszerű változatot a 4 145 619 lajstromszámú USA szabadalom ajánlja. Ez az áramkör az átalakítást töltési idő kiegyenlítéssel végzi. Egyik hídág magában foglalja az etalon kondenzátort, a másik hídág pedig a mérendő objektumot. Az összehasonlítást végző műveleti erősítő a mérendő objektum töltő áramát úgy korrigálja, hogy az azonos idő alatt az etalon kondenzátorral azonos szintre töltődjön fel. A kisülést segédáramkör kapcsolókkal válósítja meg, így az oszcilláció biztosított. Az ismertetett megoldások közös hátránya, hogy a mérendő objektum járulékos paramétereit a kapacitás hibájaként érzékeli. Járulékos paraméternek tekintjük kondenzátor esetén például a kontaktus ellenállást, fegyverzet ellenállást, szivárgást, öninduktivitást stb. Az előző két módszertől eltérő, de figyelemre méltóan korszerű megoldást ismertet a 4 149 231 lajstromszámú USA szabadalom. Ez a módszer az objektumban és az etalon kondenzátorban szigorúan meghatározott idő alatt felhalmozott töltés mennyiség összehasonlítására épül. Az etalon kondenzátor műveleti erősítővel kialakított integrátor integráló kondenzátora, míg a mérendő objektum a referencia feszültséghez viszonyított feszültségű áramösszegző pontról töltődik ezáltal ugyanaz a töltésmennyiség, mint ami a mérendő objektumban halmozódik fel az etalon kondenzátorban is. A két kapacitás közötti viszony azok potenciáljában tükröződik, amelyet egy elválasztó fokozattal juttat a kimenetre. A mérendő objektum kisülését egy négyszög oszcillátor által vezérelt alternatív kapcsoló végzi. A szabadalom egyszerű felépítésű gyors méréseket tesz lehetővé, de a mérési pontosság alapvetően a kapcsolókat vezérlő oszcillátor frekvenciájától, a referencia feszültségtől és az alkatrészek paramétereitől függ. A felsorolt áramköri példák kapacitás mérésre vonatkoztak. Ez elsősorban azért történt, mert a mérési igények kapacitás vonatkozásában jóval gyakoribbak mint az induktivitás mérés esetén. Szerkezeti felépítés tekintetében az induktivitás mérők csak annyiban különböznek a kapacitás mérőktől, hogy az etalon kondenzátor helyett etalon induktivitást alkalmaznak és a mérendő objektumnak ezen esetekben az induktivitását mérik. Az ismert megoldások közös sajátossága, hogy a mérendő objektum járulékos paramétereit a mért jellemző hibájaként érzékeli, ezáltal az objektum fő paramétereinek meghatározásában a járulékos paraméterektől függően korlátozott határok adódnak. Ez a sajátosság azonban a szabályozó rendszerekben, összehasonlító rendszerekben nem jelent problémát. Napjaink műszaki életében a mikroprocesszoros adatfeldolgozó és mérőrendszerek megkövetelik specifikusan csak a fő jellemző mérését. Vagyis ez azt jelenti, hogy olyan áramköri rendszert kell alkalmazni, amely a járulékos paramétereket nem veszi figyelembe. Ezen igény kielégítését célozza az általunk kidolgozott találmány. A találmány tárgya olyan kapcsolási elrendezés, mely kapacitás feszültség, vagy induktivitás feszültség átalakítására szolgál. A kitűzött feladatot az ismert, hasonló rendeltetésű áramköröktől alapvetően eltérő áramkörrel oldjuk meg. Az általunk javasolt áramkört az 1. ábrában mutatjuk be. A kapcsolás négy egymással közös tengelyen lévő 6, 7, 8 és 9 alternatív kapcsolókat tartalmaz. A vázolt kapcsolási elrendezésben az 1 lineáris feszültségű generátor kimenete sorrendben a közös tengelyen lévő 6 alternatív kapcsoló „a” záró érintkező pontjára és egy további közös tengelyen lévő 8 alternatív kapcsoló „b” bontó érintkezőjére van csatlakoztatva. A közös tengelyen lévő 6 alternatív kapcsoló „b” bontó érintkezője a közös tengelyen lévő 8 alternatív kapcsoló „a” záró érintkezőjére van bekötve. A két 6 és 7 közös tengelyen lévő alternatív kapcsoló „c” mozgó érintkezői közé a 2 mérendő ob5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
