186453. lajstromszámú szabadalom • Áramköri elrendezés hőelem hidegpontjának széles hőrméséklettartományban való automatikus kompenzálására, előnyösen digitális hőmérsékletmérő készülékhez
3. 186453 4 A találmány tárgya áramköri elrendezés höelem hidegpontjának széles hőmérséklettartományban való automatikus kompenzálására, előnyösen digitális hőmérsékletmérő készülékekhez. Az általános laboratóriumi gyakorlatban hőelemes méréseknél a hóelemek hidegpontját állandó hőmérsékleten lermosztálják. Erre a célra a leggyakrabban olvadó jeget, ritkábban a víz három fázisát tartalmazó, úgynevezett „hármas-pontot" használnak. Szokás a hidegpontot a szobahőmérséklet fölötti hőmérsékleten stabilizált hőmérsékletű térbe is helyezni. Ipari körülmények között ezek a klaszszikus eljárások nehézkesnek bizonyultak. Ehelyett a hidegpontot kompenzálják, azaz az egyik höelemvezetékbe olyan hidáramkört iktatnak, amelynek egyik ága erősen hőmérsékletfüggő ellenállást tartalmaz, míg a többi gyakorlatilag hőmérsékletfüggetlen. A mérő ellenállás a hőelem hidegpontjával szoros termikus csatolásban van. Az áramkör alkalmas méretezésével elérhető, hogy a tényleges termoelektromotoros erőnek és a hídfeszüllségnek az összege a melegpont hőmérsékletének hű megfelelője lesz. A hagyományos eljárások hátrányai jól ismertek. A Wheatstone hidas kompenzátor csak néhány fokos környezeti hőmérsékletingadozás esetén biztosítja a tizedfokos felbontású hómérsékletméréBhez szükséges pontosságot. Ennek oka abban van, hogy a hőelem karakterisztikája és a hídáramkör kimenele egyaránt nem lineáris, és csak szűk tartományban illeszthetők egymáshoz. Ezt a problémát 164.288 lajslromszámú magyar szabadalmi leírásban oly módon küszöbölték ki, hogy hőmérsékletérzékelő gyanánt célszerűen megválasztott több fémhömérő kombinációját alkalmazták, amelyek eredő karakterisztikája már nagyságrenddel nagyobb környezeti hőmérsékletingadozás mellett is néhány tizedfok pontossággal illeszthető a hőelemhez. A fenti eljárások közös hátránya, hogy hídáramkör táplálásához külön földfüggetlen, nagystabilitású tápegységre van szükség, amely azon kívül, hogy költséges, potenciálisan a zajérzékenységet is növeli. A félvezető technika térhódítása a hőmérsékletméréB metodikájában is éreztette a hatását. így például a 4.120.201 lajstromszámú amerikai szabadalmi leírás olyan analóg hőmérsékletmérő áramköri elrendezést ismertet, amelyben a hőelem hidegponljának hőmérsékletét félvezető eszközzel mérik, amelynek jelét erősítés után önálló műveleti erősítő összegzi a már felerősített kompenzálallan hóelem jellel és egy beállítható egyenfeszültséggel, azaz a kompenzáló jel meredeksége és nullaszintje egymástól függetlenül szabályozható. A részletesebb analizis azt mulatja, hogy a nagyfelbontású hőelemes méréseknél a hagyományos hibaforrásokéval összemérhető hibákat okoznak a mérőkor aktív elemeivel kapcsolatos hőmérsékletfüggő parazita jelenségek (áram és feszültség drift, stb.). A jelenlegi áramköri gyakorlatban ezeknek a hibáknak a csökkentésére általában két utal követnek. A parametrikus megoldásokban egyre jobb minőségű - ennek megfelelően jóval költségesebb - alkatrészeket alkalmaznak. Az ún. korrekciós eljárásokban kiegészítő áramkörök segítségével érik el a kívánt hatást. Említésre méltó, hogy ezek működése rendszerint szakaszos, ezért főleg a digitális méréstechnikában alkalmazzák szívesen. Az elmondottak értelmében az önálló mérő-, kompenzáló és Bzintloló csatornák alkalmazása összegzés előtt parametrikus eljárások esetén igen költséges, a hibakorrekciós módszerek alkalmazása pedig strukturális okokból nehézkes. Hátrányos továbbá, hogy több különböző típusú hőelem egyidejű használata esetén több hóelemerÖBÍtőre van szükség. Célunk a fenti hátrányok kiküszöbölése mellett több különböző típusú hőelemhidegpontjának automatikus kompenzálásához olyan gazdaságos áramköri elrendezés létesítése, amely földelt forrásról táplálható, a kompenzáló jel nagyszinten továbbítható, felépítése pedig lehetővé teszi az automatikus hibakorrekciós eljárások alkalmazását. A találmánnyal megoldandó feladatot ennek megfelelően egy olyan áramköri elrendezés kialakításában jelölhetjük meg, mely a fenti célkitűzéseknek elegei lesz. A találmány szerinti megoldás olyan ismert hőmérsékletmérő készülékeknél alkalmazott hóelem hidegpontjának széles hőmérséklettartományban való automatikus kompenzáláséra szolgáló megoldás továbbfejlesztése, amelynek során a hidegponttal közös, termikusán elválasztott izotermikus térbe egy hőmérsékletérzékelő elemet helyezünk, melynek jelével a hóelem jelét kompenzáljuk olymódon, hogy a hőmérsékletérzékelő elemen állandó áramot folyatunk keresztül és az így nyert jelet a hóelem jelével összegezzük, majd erősítjük. A találmány szerinti áramköri elrendezés egy olyan ismert áramköri elrendezés továbbfejlesztése, amelynek hőmérBéklelérzékelő elemmel összekötött melegpontja és a környezettől termikusán elválasztott izotermikus tere, továbbá tápegysége és erősítője van. A továbbfejlesztés, vagyis a találmány abban van, hogy a melegpont és a termikusán izolált térben elhelyezkedő hidegpont között van elhelyezve legalább egy hóelem. A hidegpont kimenetel részben földvezetéken át földpotenciálra, részben pedig első jel vezetéken keresztül az összegző típusú erc>s'tö bemenetére van kötve. Az összegző erősítő további bemenetel, részben második jel 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
