185127. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és kapcsolási elrendezés tetszőleges lefolyású változó elektromos jel energiájának, teljesítményének, illetve átlagának tetszőleges időtartam alatti nagypontosságú mérésére
1 185 127 2 A 2. ábra az integrál Q kvantum előállítási eljárását szemlélteti. A 2. ábrán az időtengely az 1. ábráéhoz képest erősen nyújtott. Az integrálás kezdeti tt időpontjában az u(t) feszültség növekedni kezd. A növekedés meredeksége attól függ, hogy mekkora az y(t) jel pillanatnyi értéke. Az y(t) jel nagyobb szintjéhez meredekebb növekedés tartozik, és viszont. Ha az u(t) feszültség egy meghatározott Ukomp szintet elér, akkor az integrálásnak végeszakad. Ez azt jelenti, hogy egy integrál Q kvantumnak megfelelő elem volt az átlagolandó y(t) jelben, illetve egy integrált Q kvantumnak megfelelő energia volt a vizsgált x(t) jelben. A t( és ti + 1 időpontok között az integrálás analóg, annak minden finomságával és pontosságával rendelkezik, és mivel helyes méretezéssel elérhető, hogy t, és ti+l között rövid idő teljen el, az eljárás mentes az analóg integrálás felejtéssel, kisüléssel kapcsolatos hátrányaitól. A találmány szerinti eljárás során valahányszor az u(t) feszültség eléri az Ükomp szintet, egy P impulzust állítunk elő, amint az a 3. ábrán látható. Abban az illusztratív esetben tehát, ha a vizsgáit y(t) jel szintje tartósan nagy, az u(í) feszültség rövid idő alatt éri el az Ukümp szintet, és ennek megfelelően az egyes P impulzusok rövid időközönként követik egymást, vagyis frekvenciájuk nagy lesz. Az y(t) jel tartósan kisebb szintjénél az u(t) feszültség növekedési meredeksége kisebb, és ezért az lassabban éri el az Ukomp szintet és a P impulzusok közötti idő hosszabb lesz, vagyis frekvenciájuk kisebb lesz. Az elv akkor is érvényesül - amint azt az 1. ábra jobboldali része is mutatja - , ha az y(t) jel bármilyen sebességgel - akár a (tm-t;) időn belül is jelentős ingadozásokkal - változik; egy integrál Q kvantumot képviselő P impulzus képződik, valahányszor az y(t) jel időben értelmezett integrálja Q kvantumnyit növekszik, ami az integrál növekményérzékelő elnevezést magyarázza. Lassú y(t) jel esetén az integrál növekmény érzékelő működése hasonlít a feszültség-frekvencia átalakítók működéséhez, de azzal nem azonos, mert működésének lényeges eleme, hogy a tj+1 és ti+1 időpontok egymáshoz nagyon közel legyenek. Gyors y(t) jel esetén az integrál növekmény érzékelő nem hasonlít a feszültség-frekvencia átalakítók működéséhez annál is inkább, mert az ilyen jelekből nyert impulzussorozatokra a frekvencia nem is értelmezhető. Az integrál növekmény érzékelő által keltett P impulzusokat meghatározott mérési idő alatt számláljuk. Az összeszámolt impulzusok száma átlagolás és energiamérés során közvetlenül, teljesítménymérés során a mérési idő T értékével való osztás után arányos a mérendő mennyiséggel. A merendő mennyiséggel ily módon kapott arányos értéket megjelenítjük. A T értékével való osztás legtöbbször a tizedes pont áthelyezésével megoldható. Tekintettel arra, hogy a P impulzusok száma egy számlálón digitális alakban jelentkezik, kézenfekvő annak digitális megjelenítése. A találmány szerinti eljárás foganatosítására szolgáló kapcsolási elrendezés a 4. ábrán látható. Az energia- illetve teljesítménymérésnél mérendő x(t) jel egy 1 négyzetre emelő áramkörbejut, amelynek kimenetén az x2(t) = y(t) jel jelenik meg. Ez a jel vagy átlagolásnál az átlagolandó jel közvetlenül egy 5 integrál növekmény érzékelő bemenetére kerül, amelynek kimenetén az y(t) jel integráljával arányos darabszámú P impulzus jelenik meg. Az 5 integrál növekmény érzékelő kimenete - szükség esetén egy közbeiktatott 6 impulzusformáló áramkörön keresztül - 7 kapuáramkör bemenetére csatlakozik. A 7 kapuáramkör kapuzó bemenetére 9 időzítő áramkör kimenete csatlakozik. A 9 időzítő áramkörön állítható be a mérés időtartama. A 7 kapuáramkörön csak addig jutnak át a P impulzusok, amíg annak időzítő bemenetére a 9 időzítő áramkör engedélyező jelet ad. A 7 kapuáramkör kimenete egy 8 számlálóra jut. A megszámlált P impulzusokat a 8 számláló kimenetére csatlakozó 10 kijelzőn jelenítjük meg. A 10 kijelző célszerűen egy önmagában ismert digitális kijelző, amely szükség esetén a T értékkel való osztást és méréshatár beállítást is elvégzi. Az 5 integrál növekmény érzékelő egy 2 integráló fokozatot, valamint egy ennek kimenetére csatlakozó 3 komparátort tartalmaz. Az 5 integrál növekmény érzékelő állítja elő a 2. ábrán bemutatott jelalakot. Az y(t) jel az R5 ellenálláson keresztül rájit a 2 integráló fokozat műveleti erősítőjére, amelynek C kondenzátora az y(t) jel szintjétől függő meredekséggel töltődik. Ha a C kondenzátoron az u(t) feszültség eléri a komparátor komparálási szintjét, akkor annak kimenetén jel jelenik meg. Ez a jel részben a P impulzust alkotja, részben egy 4 kisütő áramkör vezérlésére szolgál. A 4 kisütő áramkör kisüti a 2 integráló fokozat C kondenzátorát. A 2. ábrán látható, hogy a kisülés az Ukomp szint elérése pillanata és a tJ +, időpont között megy végbe. A kisülés ideje holtidő, amely alatt átlagolás, illetve az azon keresztül megvalósuló energia- és teljesítménymérés nem jön létre, ezért a kisütő áramkört úgy kell méretezni, hogy a kisülés gyorsan menjen végbe, és így a holtidő rövid legyen. Az egyes P impulzusok szélességét a bemutatott kiviteli példánál a 3 komparátor oda-vissza billenési ideje, vagyis részben a kisülés sebessége, részben a 3 komparátor hiszterézise határozza meg. Lehetséges azonban a 3 komparátor kimenetére egy monostabd billenökört (az ábrán nincs feltüntetve) kapcsolni, amelynek kimenetén a monostabil billenőkor időállandója által meghatározott szélességű P impulzusok jelennek meg. Az 5 integrál növekmény érzékelőben levő 4 kisütő áramkör egy lehetséges kiviteli alakja az 5. ábrán látható, amelyben egy 11 kapcsoló áramkör van. Ez a 11 kapcsoló áramkör célszerűen elektronikus áramkör. A 11 kapcsoló áramkör kapcsolt szakasza egyrészről a C kondenzátor egyik pólusára csatlakozik, másrészről egy olyan feszültségforrásra, amelynek polaritása ellentétes az integrálás közben feltöltődött C kondenzátor polaritásával, és feszültsége viszonylag nagy. Ily módon a C kondenzátor kisülése egy ellenkező irányú nagy feszültségre történő áttöitődésse! megy végbe, ami a kisü-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
