190933. lajstromszámú szabadalom • Automatikus nullázású berendezés felületi potenciál mérésére
1 190.933 2 A találmány tárgya egy automatikus nullázású berendezés felületi potenciál mérésére. A felületi elektrosztatikus töltés (felületi potenciál) kontaktus nélküli mérésénél két fő mérési elv ismeretes. Az egyik elv szerint a mérendő felület és a mérő elektróda közötti elektrosztatikus teret egy árnyékoló lemez forgatásával vagy rezegtetésével megszaggatjuk, és így állítunk elő a mérendő felületi potenciállal arányos nagyságú váltakozó áramú jelet. Ezt a jelet már könnyű tovább erősíteni és szinkrondemodulátorral való detektálás után a jelet integráljuk és a megfelelő egyenáramú jel arányos lesz a felületi potenciál értékével. Ilyen megoldásra mutat példát a 4 267 511 lajstromszámú US szabadalom (1981.05.12.). A megoldás előnye, hogy nem lépnek fel az egyenáramú erősítőknél lévő drift-problémák, hátránya viszont a rendszer bonyolultsága és legfőképpen az, hogy a gyors felületi potenciálváltozásokat a fenti megoldás nem tudja követni a mechanikus szaggató véges szaggatási frekvenciája miatt. Emellett a mechanikus szaggató miatt a megoldás igen terjedelmes is. A másik elv a közvetlen DC-mérés. Problémái: az alkalmazott félvezető eszközök driftje és a rendszer véges bemeneti ellenállása. A 3 935 531 lajstromszámú és a 3 935 532 lajstromszámú US szabadalom mutat be egy szellemes megoldást a fenti hátrányok kiküszöbölésére, ahol is az egyenáramú rendszer driftje és a rendszer véges bemenetei ellenállásának problémáit időközönkénti automatikus nullázás közbeiktatásával küszöböli ki. A rendszer ugyanakkor gyors jelek követésére is alkalmas, mivel a jel semmiféle közbenső átalakítást nem szenved, csak az alkalmazott erősítő elemek szabják meg az átvitelt. Emellett ez a rendszer igen egyszerű felépítésű, kivéve a fenti szabadalomban leírt rotációs kapcsolót, amely a megoldás mechanikus kivitelezését lebonyolítja. Az automatikus nullázást egy kompenzáló kondenzátor időközönkénti újratöltésével végzi el. A megoldás egyik nagy hátránya viszont az, hogy mivel ezen kondenzátor a rendszer földpotenciálja és a tápegység egyik pontja közé van kapcsolva, ezért földfüggetlen tápegység alkalmazása szükséges. Természetesen ennek következtében az egész áramkör a mérendő rendszer földjétől független felépítésű kell hogy legyen, azaz a földtől jól elszigetelve kell kialakítani, amely ugyancsak az egyszerű felépítés rovására megy. További probléma az, hogy a felületi potenciálmérő kimenete is független a rendszer földjétől, így a kimenő jel további feldolgozása is körülményes. Földfüggetlen táplálás viszonylag egyszerűen, telepek vagy akkumulátorok alkalmazásával érhető el. Ezt teszi a fenti US szabadalom is, ami miatt szükségessé válik a telepek vagy akkumulátorok időközönkénti vagy állandó ellenőrzése. Az említett szabadalomban a telepek kimerülését a készülék ugyan automatikusan jelzi, de nem küszöböli ki azt, hogy időnként az alacsony tápfeszültség miatt a készüléket le kell állítani és a telepeket vagy akkumulátorokat cserélni vagy feltölteni szükséges. A találmánnyal célunk a fentiekben vázolt valamennyi nehézség egyidejű kiküszöbölése. A találmánnyal megoldandó feladat ennek megfelelően egy olyan berendezés kidolgozása, mely a célkitűzéseken túlmenően az automatikus nullázás előnyeit is megtartja. A találmány alapja az a felismerés, hogy a kitűzött feladat egyszerűen megoldódik, ha a kompenzáló kondenzátort nem a tápegység egyik pontja és a mérendő rendszer földje közé kötjük be, hanem a leválasztó egység és egy további, úgynevezett leválasztó erősítő közé. A találmány szerinti berendezés egy olyan ismert berendezés továbbfejlesztése, melynek mérendő felület és érzékelő elektród között elhelyezkedő blendéje, leválasztó egység bemenetére kapcsolódó mérőkondenzátora, visszacsatoló egysége és kompenzáló kondenzátora van. A továbbfejlesztés, vagyis a találmány abban van, hogy a berendezésnek leválasztó erősítője, elektronikus kapcsoló egysége és földelt tápegysége is van. Az elektronikus kapcsoló egység bemenetei a berendezés bemenetét képező vezérlő vezetékkötegre, valamint visszacsatoló vezetéken át a visszacsatoló egység kimenetére, továbbá földelő és tápellátó vezetékeken keresztül a földelt tápegység kimeneteire, valamint a leválasztó egység, visszacsatoló egység és leválasztó erősítő bemeneteire, ki/bemenete az érzékelő vezetéken keresztül az érzékelő elektróda kimenetére, a leválasztó egység bemenetére és a mérőkondenzátorra, kimenete pedig kompenzáló vezetéken keresztül a leválasztó erősítő további bemenetére, valamint a kompenzáló kondenzátorra van kötve. A mérő kondenzátor másik fegyverzete a földelő vezetékre van csatlakoztatva. A kompenzáló kondenzátor másik fegyverzete átmenő vezetéken át a leválasztó egység kimenetére van kötve. A leválasztó erősítő kimenete a berendezés kimenetét képező, földfüggetlen kimenő vezetéken keresztül a visszacsatoló egység további bemenetére van csatlakoztatva. A találmány értelmében célszerű, ha a leválasztó erősítőnek láncba kapcsolt nagy bemenő-ellenállású erősítője és műveleti erősítője van. Nevezetesen célszerű, ha a leválasztó erősítőnek első és második visszacsatoló ellenállása, valamint első és második földelő ellenállása is van. A nagy bemenő-ellenállású erősítő egyik bemenete a kompenzáló vezetékre, másik bemenete az első visszacsatoló ellenálláson és meghajtó vezetéken keresztül saját kimenetére, tápfeszültség-bemenete a tápellátó vezetékre, kimenete pedig a meghajtó vezetéken keresztül a műveleti erősítő bemenetére, valamint első földelő ellenálláson keresztül a földelő vezetékre van csatlakoztatva. A műveleti erősítő további bemenete második földelő ellenálláson át a földelő vezetékre, második visszacsatoló ellenálláson és a földfüggetlen kimenő vezetéken keresztül saját kimenetére, tápfeszültség-bemenete pedig a tápellátó vezetékre van kötve. Célszerű továbbá, ha a visszacsatoló egység egy integráló erősítő. A találmány értelmében célszerű még az is, ha az integráló erősítőnek műveleti erősítője, leválasztó ellenállása, földelő ellenállása, korlátozó ellenállása és visszacsatoló kondenzátora van. A műveleti erősítő bemenetei tápellátó vezetékre, földelő ellenálláson keresztül a földelő vezetékre, továbbá bemenete 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
