183472. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés valamely paramétertől függő kapacitás karakterisztikájának virtuális linearizálására
1 183472 2 A találmány tárgya kapcsolási elrendezés valamely paramétertől függő kapacitás karakterisztikájának virtuális linearizálására, különösen kapacitív légnedvesség érzékelő karakterisztikájának virtuális linearizálására. Valamely paraméterrel együtt változó kapacitásokat a méréstechnikában gyakran használnak, mert ily módon a megfelelő paraméter közvetlen mérése helyett a paraméter meghatározása kapacitás méréssel végezhető, amely sok esetben pontosabb, illetve egyszerűbben végrehajtható. A meghatározni kívánt paraméter és a kapacitás közötti összefüggés általában nem lineáris. Amennyiben a független változónak tekintett paraméter és a függő változónak tekintett kapacitás közötti összefüggés a mérési tartományban lineáris, a kapacitás mérés eredményéből viszonylag könnyen meghatározható a paraméter értéke, mert kétszeres paraméter értéknél a kapacitás értéke is kétszeres (feltételezve, hogy az összefüggést kifejező egyenes átmegy a koordináta rendszer origóján). Ebben az esetben a kapacitás értékét meghatározva lineáris skálázású műszeren a megfelelő paraméter értéke meghatározható. Amennyiben az összefüggést kifejező egyenes a koordináta rendszer középpontján nem halad át, fentiek a relativ értékekre igazak, illetve megfelelő transzformációval biztosítani kell az összefüggést kifejező egyenes eltolását. A gyakorlati esetek óriási többségében azonban az a helyzet, hogy a kapacitás értékét befolyásoló paraméter (relatív légnedvesség, nyomás, koncentráció, stb.) és a befolyásolt kapacitás értéke közötti összefüggés nem lineáris és a mérési tartományon belül általában legalább részben monoton nő, vagy csökken. Ez azt jelenti, hogy a paraméter kétszeres megváltozásához nem kétszeres kapacitás változás, hanem annál kisebb, vagy nagyobb érték tartozik. A mért kapacitás értékből így tehát nem lehet egyszerűen visszakövetkeztetni a paraméter értékére, a lineárisan skálázott analóg, illetve digitális műszerek csak külön táblázat alkalmazásával használhatók. A táblázatok használatának elkerülésére kialakítottak különféle virtuális linearizáló kapcsolási elrendezéseket, amelyek biztosítják, hogy a kapacitív érzékelőből és a kapcsolási elrendezésből kialakított áramkör kimeneti jele és a megfelelő paraméter közötti összefüggés közelítőleg lineáris legyen. Ezen ismert kapcsolási elrendezések egy részénél az érzékelő karakterisztikáját lineáris szakaszokkal (úgynevezett töréspontos közelítés) közelítik, vagy a mért értékhez a karakterisztika inverz függvényét adják hozzá. Más esetekben a karakterisztikát digitális módszerekkel linearizálják. Az ismert linearizálási módszerekre általában jellemző a bonyolult felépítés és a viszonylag nagy alkatrészigény. Az alkalmazott kapacitív érzékelő kapacitása a független változónak tekintett paraméter nulla értékével nem szükségszerűen azonos, így a linearizáló kapcsolási elrendezésnek célszerűen biztosítani kell azt is, hogy kimeneti jele nulla legyen a vizsgált paraméter nulla értékénél, a műszer egyszerű kezelhetősége érdekében. Tekintettel arra, hogy az érzékelő kapacitása nem csupán a független változónak tekintett, vizsgált paramétertől, hanem egyéb környezeti hatásoktól, különösen a környezeti hőmérséklettől is függ, a virtuális linearizálásra kialakított kapcsolási elrendezéssel célszerű a lehetséges mértékű hőfokfüggetlenséget is biztosítani. A jelen találmány célja olyan kapcsolási elrendezés kialakítása valamely paramétertől függő kapacitás karakterisztikájának virtuális linearizálására, amelynek felépítéséhez kevés alkatrész szükséges, a biztosított linearitás nagymértékű, a kapacitás nulla paraméter értékhez tartozó kapacitás értéke eliminálható, továbbá előnyösen a kapacitás érzékelő hőfokfüggése nagymértékben kiküszöbölhető. A találmány szerinti kapcsolási elrendezéssel biztosítható, amennyiben a kapcsolási elrendezés a levegő relatív nedvességtartalmát érzékelő kapacitás érzékelőhöz van csatlakoztatva, hogy a levegő relatív nedvességtartalma és a műszeresen mért érték különbsége egy százaléknál kisebb legyen a nulla...95 százalék relatív légnedvesség tartalom tartományban, illetve 1,5 százaléknál kisebb legyen a 95—100 százalék relatív légnedveség tartalom tartományban. A találmány feladata olyan kapcsolási elrendezés kialakítása, amely biztosítja, hogy a kimenő jel a független változónak tekintett, vizsgált paraméterrel az előírt hibahatáron belül lineárisan változzon együtt, továbbá, lehetővé tegye a kapacitív érzékelő úgynevezett alapkapacitásának kompenzálását, valamint előnyösen a kimenő jel hőfokftiggetlenítését. A fenti feladatot olyan kapcsolási elrendezéssel oldjuk meg, amely kapacitív érzékelőt, háromszöggenerátort, első, második, harmadik és negyedik ellenállás soros kapcsolásából álló ellenállásláncot, első és második egyenirányítót, leválasztó erősítőt, hányadosképzőt és előnyösen hőfokfüggő ellenállást tartalmaz, a háromszöggenerátor kimenete a kapacitív érzékelő egyik végpontjával, a kapacitív érzékelő másik végpontja az ellenálláslánc első ellenállásával és az első egyenirányító bemenetével van összekötve, az első egyenirányító kíinenete a hányadosképző számláló bemenetének egyik pontjára van csatlakoztatva, a számláló bemenet másik pontja földre van kötve, az első és második ellenállás közös pontja a második egyenirányító bemenetének egyik kapcsára, a harmadik és negyedik ellenállás közös pontja a második egyenirányító bemenetének másik pontjára van kapcsolva, a második egyenirányító kimenete a hányadosképző nevező bemenetére van kötve, az ellenálláslánc negyedik ellenállásának másik végpontja földre van kötve, az ellenálláslánc második és harmadik ellenállása csatlakozási pontjához a leválasztó erősítő kimenete van kapcsolva, a leválasztó erősítő bemeneté a háromszöggenerátor további kimeneti pontjával van összekapcsolva, mimellett a háromszöggenerátor és a leválasztó erősítő bemenetére hőfokfüggő ellenállás is csatlakoztatva van. A találmány szerinti kapcsolási elrendezés előnyös kiviteli alakjánál a háromszöggenerátor műveleti erősítővel felépített integrátorból és ennek kimenetéhez csatlakoztatott komparátorból áll, ahol is a komparátor kimenete az integrátor bemenetére a hőfokfüggő ellenálláson, valamint további illesztő ellenálláson keresztül van csatlakoztatva, a komparátor kimenete pedig a leválasztó erősítő bemenetére közvetlenül van csatlakoztatva. A fenti kiviteli alak előnye, hogy a háromszöggene-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
