183931. lajstromszámú szabadalom • Frekvenciaváltozással fordított arányosan változó szintű kimenő jelet szolgáltató generátor, valamint nagypontosságú induktivitásnmérő berendezés generátorral kialakítva
1 183 931 2 A találmány tárgya frekvenciaváltozással fordított arányosan változó szintű kimenő jelet szolgáltató generátor valamint nagypontosságú induktivitásmérő berendezés a generátorral kialakítva. A találmány szerinti generátor frekvenciafüggő passzív elemek, így induktív jellegű elemek soros, kapacitív jellegű elemek párhuzamos mérési móddal való méréséhez mérőjelet szolgáltató generátorként, ill. a vele kialakított induktivitásmérőberendezés pedig széles mérési tartományban ezrelék nagyságrend pontosságú induktivitásméréshez olcsó mérőberendezésként alkalmazható. A találmány szerinti generátornak változtatható erősítési tényezőjű erősítője, az erősítő kimenete és erősítésvezérlő bemenete között egyenirányítót és az egyenirányító kimenetére kötött, referenciafeszültség forráshoz kapcsolt hibajel képzőt tartalmazó negatív visszacsatoló ága van, és az erősítő vagy önmagába pozitívan visszacsatolva változtatható frekvenciájú oszcillátornak van kialakítva, vagy változtatható frekvenciájú oszcillátor kimenetéről van vezérelve. Az induktivitás-mérőberendezésnek a generátor kimenetére kapcsolt U/I átalakítója van, az U/I átalakító kimenete első fázisérzékeny egyenirányító mérőbemenetére van csatlakoztatva, továbbá fázistoló áramköre van, amely bemenetével a generátor kimenetére csatlakozik. Afázistoló áramkör kimenete első szinuszhullám/négyszögjel átalakítón keresztül az első fázisérzékeny egyenirányító fázisreferencia bemenetére van kötve. Mérőkapcsot az U/I átalakító kimenete és közösített potenciálú kapocs képez. Ismert, hogy induktivitások nagyságának soros mérési móddal, vagy kapacitások nagyságának párhuzamos mérési móddal való meghatározásánál meghatározott amplitúdója és frekvenciájú mérőjellel terhelik a mérendő elemet, és mérik induktivitás esetén az elemen eső feszültséget, ill. kapacitás esetén az elemen átfolyó áramot. A mért mennyiség egyenesen arányos a mérendő értékkel, a mérőjel amplitúdójával és frekvenciájával. így a mérés pontosságát döntően a mérőjel amplitúdójának és frekvenciájának stabilitása határozza meg. Nagyobb pontosságú induktivitás-, mind kapacitásmérő berendezéseknél szokásos megoldás a mérőjel frekvenciájának nagypontosságú elemekkel való stabilizálása, mint például a General Radio cég (Amerikai Egyesült Államok) 1687 típusú induktivitásmérőberendezésénél, ahol kvarcoszcillátort alkalmaznak, vagy más berendezésnél, például a Wayne Kerr cég (Anglia) B 905 típusú automatikus precíziós induktivitásmérő berendezésénél a mérőjel amplitúdóját és frekvenciáját külön is mérik, és mikroprocesszor alkalmazásával határozzák meg a mért induktivitás értékét. Az ilyen mérőberendezések igen bonyolultak és költségesek. A 2.045.813 ljsz. NSZK-beli közzétételi irat olyan soros mérési elv szerint működő, kapacitás és veszteségi tényező mérésére alkalmas mérőberendezést ajánl, amelynek a mindenkori mérendő kapacitás értékéhez igazodó optimális frekvenciatartományon belül megválasztható frekvenciájú mérőjelet szolgálató feszültséggenerátora van, és a feszültséggenerátor kimenetére integrátor van kapcsolva, továbbá áram/feszültség átalakítója van, amelynek kimenete egyrészt négyszögjellé alakító jelformálón keresztül első fázisérzékeny egyenirányító, másrészt második fázisérzékeny egyenirányító mérőbemenetére van kapcsolva. Az első fázisérzékeny egyenirányító fázisreferencia bemenetére a feszültséggenerátor mérőjelhez képest 90°-kal eltolt fázisú kimeneti jelet szolgáltató kimenetét, a második fázisérzékeny egyenirányító fázisreferencia bemenetére 2 pedig a feszültséggenerátor mérőjellel fázisban lévő kimenetijelet szolgáltató kimenetét kapcsolják. A mérendő kapacitást sorosan az integrátor kimenete és az áram/feszültség átalakító bemenete közé kötik. Az integrátor kimenetén megjelenő mérőjel amplitúdója a mérőjel frekvenciájával fordítottan is arányos. így az első íazisérzékeny egyenirányító kimeneti jele a mérőjel amplitúdójával és a veszteségi szöggel, a második fázisérzékeny egyenirányító kimeneti jele pedig a mérőjel amplitúdójával és a kapacitás nagyságával arányos. A mérőberendezés alkalmazhatósági korlátja, hogy a párhuzamos mérési módjából következően csak nagy, általában 10 k értéket meghaladó impedanciájú elemek méréséhez alkalmazható kielégítő pontosság mellett. A mérési pontosságot az integrátor alkalmazásából adódóan a mérőjelet szolgáltató feszültséggenerátor frekvenciájának pontatlansága vagy ingadozása nem befolyásolja, de a mérőjel amplitúdójának pontatlansága vagy ingadozása közvetlen mérési hibát okoz. Ugyanakkor az integrátor egy 90° körüli, frekvenciafüggő fázístolást hoz létre, ami veszteségi szög, ill. veszteségi tényező vagy jósági tényező mérésénél számottevő hibát okozhat. Az integrátor alkalmazásából származó további hátrányosság, hogy a 90°-os fázistolása teszi szükségessé az első íazisérzékeny egyenirányítót vezérlő fázisreferenciajelnek a mérőjelhez képest 90° os eltolását, s kedvezőtlenebb esetben a fázistolások hibája számottevő mérési hibaként a veszteségi szög mérésénél jelentkezik összegződve. Az integrátor alkalmazásából származó mérési hibaforrás még az is, hogy annak mind aktív, mind passzív elemekből való kialakításánál, alacsonyabb frekvenciákon való méréshez nagyobb kapacitással rendelkező kondenzátorok alkalmazása szükséges. Az ilyen kondenzátorok hőmérsékleti tényezője nagy, ezáltal már kismértékű környezeti hőmérsékletváltozás esetén is az integrátor kimeneti jelének amplitúdója olymértékben megváltozhat, hogy az egyébként elérhető mérési pontosságot jelentősen rontja. A mérőberendezésnek kialakításából származó hátrányossága még, hogy a mérendő kapacitáson átfolyó áramot feszültséggé alakító átalakító, leginkább visszacsatolt műveleti erősítő véges nagyságú bemeneti impedanciával rendelkezik, amelynek reaktív összetevője alacsonyabb frekvenciákon is észrevehető mérési hibát előidéző fázistolást okoz. Ismert továbbá, hogy a nagyobb pontosságú, szélesebb méréstartományú induktivításmérő berendezéseknél a zavaró, főként rádiófrekvenciás zavaró jelek bizonytalan nagyságú mérési hibát okozó hatását a mérendő impedancia árnyékolt térben történő mérésével és/vagy a mérőberendezésnek átkapcsolható, a kisebb impedanciákat soros, a nagyobb impedanciákat párhuzamos mérési módban mérő kialakításával igyekeznek elkerülni. Az előbbi megoldású mérőberendezések csak áramkörbe beépítetlen impedanciák mérése esetén alkalmazhatók hatásosan, az árnyékolt tér kialakítása a mérőberendezések méretét növeli és a kezelhetőség szempontjából hátrányos. Az utóbbi megoldás a mérőberendezéseket bonyolulttá és költségesebbé teszi. Az induktivitásokkal kapcsolatosan fölmerült mérési feladatok kielégítéséhez igénnyé vált egy olyan mérőberendezés kialakítása, amellyel nagypontosságú mérés végezhető széles mérési tartományban, s ugyanakkor a mérőberendezés olcsón kivitelezhető. Ez elsősorban szükségessé tett egy olyan, mérőjelet szolgáltató generátor megalkotását, amelynél a mérési pontosságot elsődlegesen meghatározó amplitúdóstabilitás az ismertekhez képest olcsóbb 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
