184364. lajstromszámú szabadalom • Elektronikus relatív nedvességmérő és/vagy távadó készülék
1 184 364 2 A találmány tárgya relatív nedvesség mérésére és/vagy távadására alkalmas kisfogyasztású elektronikus készülék, amely előnyösen kapacitív érzékelővel működik és az érzékelő hőmérsékletfüggését valamint érzékenységének nemlinearitását elektronikusan kompenzálja. A relatív nedvességet mérő, villamos kimenőjelet szolgáltató ismert műszerek különböző érzékelőket használnak: száraz-nedves ellenálláshőmérő, lithium cloridos érzékelő, nedvesség hatására mechanikai tulajdonságaikat (pl. nyúlás) változataié érzékelők és nedvesség hatására villamos tulajdonságaikat (kapacitás, vezetőképesség) változtató érzékelők. Valamennyi érzékelő közös jellemzője, hogy egy fizikai mennyiség nedvesség hatására történő megváltozását használja a rel. nedvesség értékének meghatározására. E megváltozás mértéke azonban a nedvesség mellett függ a hőmérséklettől és a mérendő közeg (gáz) telítettségétől. Annak érdekében tehát, hogy a műszerek hőmérsékletfüggését és nemlineáris érzékenység változását kompenzálni tudják, költséges áramköröket alkalmaznak. Ilyenek találhatók pl. a 2219075 sz. NSZK; 3, 886,797 és 3,890,828 sz. USA szabadalmi leírásban. Ezek egyfelől a műszer bonyolultságát növelik, másfelől pedig érzékelőcsere esetén hosszadalmas újrahitelesítő eljárásokat igényelnek. Célkitűzésünk, hogy olyan kisméretű, kisfogyasztású rel. nedvességmérő készüléket szerkesszünk, amely közvetlen digitális kijelzésű és/vagy távmérésre, ill. automatikus adatfeldolgozásra közvetlenül alkalmas kimenőjelet szolgáltat. A készülék a hőmérsékleti effektus és az érzékenység nemlinearitásának kompenzálását a méréshez feltétlen szükséges inherens tulajdonságainak kihasználásával oldja meg. További célunk, hogy azonos típusú érzékelőcsere esetén a hitelesítés a helyszínen, egyszerű eszközökkel gyorsan elvégezhető legyen. Célkitűzésünket a kövekezőképpen oldottuk meg: érzékelőként egy kereskedelmi forgalomban levő kétoldalán porózus aranyelektródokkal ellátott műanyagfóliát (kondenzátort) használunk. Ez egy „nedvesség” oszcillátor frekvenciájának meghatározó eleme. (Elvben használhatnák az R-C oszcillátor ohomos elemét is érzékelőként. ) Mivel a rel. nedvesség hatására változik a kapacitás, változik a,.nedvesség” oszcillátor frekvenciája is. A rel. nedvesség kiértékelése egy referencia oszcillátor segítségével történik olymódon, hogy mindkét oszcillátorhoz egy-egy azonos felépítésű jelátalakító áramkör csatlakozik. Ezek kimenetén meghatározott periódusszám eltelte után szintváltozás (pl. alacsonyról magas) következik be. A referenciaoszcillátor állandó frekvenciáját úgy állítjuk be, hogy 0% rel. nedvességnél azonos legyen a , .nedvesség” oszcillátoréval. Nagyobb rel. nedvességnél így mindig a referencia oszcillátor rezeg nagyobb frekencián és a hozzá csatlakozó jelátalakító kimenetéről indíthatunk egy mérőjel oszcillátort, amelynek jele egy számlálóra jut. A „nedvesség” oszcillátor ágban bekövetkező szintváltozás, amelynek időpontja a rel. nedvesség értékével arányos frekvenciától függ, leállítja a számlálót (és kikapcsolja a nem tároló áramkörök tápfeszültségét). így a számláló kimenetén a rel. nedvesség értékével arányos impulzuskód jelenik meg. Annak érdekében, hogy ez a kód a rel. nedvességet közvetlenül (korrekciós táblázat használata nélkül) százalékban szolgáltassa, kihasználtuk a mérőjel oszcillátor frekvenciájának tápfeszültség-függését. Magasabb hőmérsékleten az érzékelő ugyanazon relatív nedvesség értékéhez nagyobb kapacitás értéket rendel, mint alacsonyabb hőmérsékleten és így kisebb frekvencián rezeg a „nedvesség” oszcillátor és később állítja le a számlálást. Hogy a számláló kimenetén megjelenő impulzuskód a rel. nedvességet a hőmérséklet torzító hatása nélkül jellemezze, azt azáltal érjük el, hogy a mérőjel oszcillátort a hőmérséklettől fordítva függő tápfeszültséggel járatjuk. Ilymódon magasabb hőmérsékleten kisebb frekvenciával fog rezegni és így a magasabb hőméréklet miatt hosszabb ideig nyitott kapuáramkörön át változatlan számú impulzus jut a számlálóra. Az érzékelő tulajdonsága, hogy kapacitása nem lineárisan nő a relatív nedvesség növekedésével, hanem egységnyi rel. nedvességnövekedéshez nagyobb kapacitás növekedés tartozik. Cél, hogy a mérőjel oszcillátor frekvenciaváltozása egységnyi rel. nedvesség változásra az egész méréstartományban azonos mértékű legyen. Ezt előnyösen úgy valósítjuk meg, hogy a kapacitásváltozás növekedésével azonos mértékben csökkentjük a mérőjel oszcillátor frekvenciáját. Gyakorlati kivitel során elengedő a folyamatos kompenzálást törtvonalas közelítéssel megvalósítani olymódon, hogy a számláló kimenetéről vezérelt elektronikus kapcsolók növekvő kapacitásértéknél csökkenő tápfeszültséggel látják el a mérőjel oszcillátort. Ezzel elérjük, hogy pl. minden rel. nedvesség százalékhoz egy impulzus tartozzék az egész mérési tartományban. Első üzembehelyezéskor csakúgy, mint érzékelőcsere esetén a műszer hitelesítése úgy történik, hogy nullához közeli rel. nedvesség érzékelése közben azonos frekvenciára kell hangolni a nedvesség oszcillátort a referenciaoszcillátorral. Gyakorlati kivitelezése egy potenciométer állításával történik, míg a műszer az ismert rel. nedvességet jelzi ki. Egy másik potenciométer segítségével közel telített rel. nedvesség érzékelése mellett a mérőjel oszcillátor frekvenciáját kell addig hangolni, míg a kijelzett érték közel 100 %. Ezután meg kell ismételni a fenti beállításokat. A hitelesítéshez szükséges két ismert rel. nedvességet szolgáltató, érzékelőre húzható segédeszköz (telített sóoldat). A műszer minimális villamos teljesítményfelvételét a kisfogyasztású elemek alkalmazása mellett szakaszos üzemmel biztosítjuk. A találmány tárgyát rajzok alapján ismertetjük, ahol az 1. ábra a készülék egy lehetséges kiviteli alakjának tömbvázlatát mutatja, 2. ábra a készülék mérőjel frekvencia szabályozójának áramköri felépítését mutatja, a 3. ábra a készülék egy további előnyös kiviteli alakjának tombvázlatát mutatja, a Az 1. ábrán a kapacitív 1 érzékelő a 2 nedvességoszcillátor része, amely a 3 jelformáló áramkörhöz csatlakozik. Az 5 referencia oszcillátor a 6 jelformáló áramkörön keresztül a 7 mérőjel oszcillátorhoz csatlakozik. A 4 számláló áramkör számláló bemenetére a 7 mérőjel oszcillátor, a 4 számláló áramkör engedélyező bemenetére a 3 jelformáló áramkör kapcsolódik. A 4 számláló áramkör kimenete egyfelől a 9 kijelzőhöz, másfelől a 8 mérőjel frekvenciaszabályozóhoz csatlakozik. Ennek kimenete a 7 mérőjel oszcillátor-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
