195374. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés analóg DC jelek átvitelére galvanikusan elválasztott áramkörök között
1 195 374 2 A jelen találmány tárgya kapcsolási elrendezés, amely alkalmas fizikai mennyiségeket villamos jellé alakító jelátalakítók egyenfeszültség-egyenáram jellegű kimenőjeleinek galvanikusan elválasztott áramkörökbe történő egyszerű, pontos átvitelére, anélkül, hogy a jelet az átvitel érdekében váltakozó áramú jellé alakítaná át. Irányítástechnikai feladatok megoldásánál alkalmazott jelátalakítók, amelyek egyes fizikai mennyiségeket villamos jellé alakítanak át, jelentős részükben 0—24 V egyenfeszültséget, vagy 0—5 mA, 0-20 mA, illetve 4—20 mA egyenáramot adnak le jelként, különösen akkor, ha működésük félvezető elemek alkalmazásán alapul. Ezeknek a kimenőjeleknek a forrásai általában galvanikusan csatlakoztathatók a (legtöbbször ugyancsak félvezető elemekkel felépített) jelfeldolgozó egységekhez. A probléma akkor jelentkezik, ha a körülmények jellege miatt galvanikus csatolás nem lehetséges, pl. azért, mert a jelátalakító robbanásveszélyes térben van elhelyezve, és közte, valamint a jelátalakító (jelfeldolgozó egység) között a biztonság érdekében az áramkörök teljes elválasztása mellőzhetetlen. Ilyen esetekben eddig általában azt a megoldást választották, hogy a jelátalakító villamos jelét valamilyen úton (pl. feszültségvezéreit oszcillátor alkalmazásával) a jeltől függő frekvenciájú váltakozó jellegű jellé alakították át, és ezt az AC jellegű jelet transzformátoros vagy optó-csatolós úton vitték át a galvanikusan elválasztott másik (pl. jelfeldolgozó) áramkörbe, és itt szükség esetén megfelelő egyenirányítóval újra DC jellegű jellé alakították, vagy eleve AC jelként dolgozták fel. Ilyen jellegű csatoló elemek - és az ezekkel felszerelt jelfeldolgozó egységek a kereskedelmi forgalomból ismertek. Opto-csatolóval felszerelt kapcsolóegységeket ismertetnek ezen felül a DE—OS 30 47 188, DE—OS 31 33 798 lajstromszámú szabadalmi leírások, optoelektromos tastatura céljára pedig a DE—OS 33 07 334 lajstromszámú szabadalmi leírás. Kapcsolási célokra alkalmas hasonló megoldások ismerhetők meg a DE-OS 29 24 698 és a DE-OS 29 10 898 lajstromszámú szabadalmi leírásokból, míg hangosító berendezés elemeinek galvanikus leválasztására szolgáló berendezést a HU 170.478 lajstromszámú szabadalmi leírás ismertet. Mindezek a megoldások vagy digitális jelek, kapcsoló jellegű jelek (egységugrás), vagy kifejezetten AC jellegű jelek átvitelére szolgálnak, míg a DC/AC átalakítóval felszerelt megoldások nagy hátránya az, hogy szükségszerű (esetleg kétszeri) jelátalakítás mellett az analóg jel karakterisztikája torzul, és ez vagy a jelfeldolgozás pontosságának a rovására megy, vagy pedig költséges és komplikált megoldásokat igényel a karakterisztika helyreállításának céljára. A jelen találmány olyan kapcsolási elrendezést ismertet, amely mellett szükségtelenné válik az eredeti DC analóg jelek váltakozó jellé történő átalakítása, hanem ezek a jelek közvetlenül'vihetők át a másik áramkörbe, mégis úgy, hogy a két áramkör között a teljes galvanikus elválasztás minden körülmények között biztosítva van. Ismeretes, hogy az opto-csatolók, amelyek alapjaiban váltakozó jelek átvitelére, illetve digitális jelek átvitelére készülnek, a jelek egy bizonyos tartományában rendelkeznek egy olyan karakterisztikával, amely a műveleti erősítők karakterisztikáját közelíti meg (alakjában), és amely karakterisztikának van egy olyan egyenes szakasza (bár ez az egyenes szakasz a dolog természeténél fogva rendkívül szűk), amelyen az opto-csatoló is a műveleti erősítő elemek működési elvei szerint működik. Ennek alapulvételével a találmány azon a felismerésen alapszik, hogy ez a tény, megfelelő körülmények között, lehetővé teszi azt, hogy negatív visszacsatolás alkalmazásával az átviendő jelek egész tartományát a karakterisztika ezen szakaszán vigyük át, és ekkor az opto-csatoló bemenő- és kimenőjele között biztosítani tudjuk a bemenőjel és a kimenőjel között az értékarányos átvitelt. Társult ehhez a felismeréshez az a további felismerés is, hogy — különösen adott áramértékű jelgenerátorok esetében — a visszacsatolásnak a bemenőjelet söntölő mellékzár áramkörében kell lennie, így a visszacsatolás nem zavarja az áramgenerátorként működő jelátalakító áramkörének konstrukció szerinti működését. A találmány egyik lehetséges kiviteli alakját az ábrák tüntetik fel, ahol az 1. ábra a kapcsolási elrendezés egyik lehetséges megoldásának kapcsolási vázlatát, 2. ábra az opto-csatolók említett karakterisztikáját alakhelyesen ábrázoló görbét, 3. ábra A találmány szerinti kapcsolás egyik példa szerinti alkalmazási területét (egy torlótárcsás áramlásmérőn való alkalmazását) tünteti fel. Az 1. ábrán feltüntetett kapcsolási vázlat szerint az 1 jelgenerátor kapcsaival párhuzamosan a 2 ellenállás van kapcsolva, majd a 3 soros ellenálláson keresztül a 7 szabályzó ellenállásból és a 6 opto-csatoló tranzisztorágából álló mellékzárág van kialakítva. Ez után van kapcsolva a 4 opto-csatoló LED-ágából és az 5 szabályzó ellenállásból kialakított ág, amelyen keresztül az 1 jelgenerátor áramköre záródik. A 4 opto-csatoló tranzisztorága a 8 erősítő bemenetére van kapcsolva. A 8 erősítő kimeneti áramkörében soros 9 ellenállás található, amelynek két sarkára van kapcsolva a 6 opto-csatoló diódaága. A 8 erősítő kimenete a 10 kimeneti kapcsokra van kapcsolva a 9 ellenálláson keresztül. A 2. ábrán feltüntetett jelleggörbe alakhelyesen a tényleges viszonyokat mutatja úgy, hogy a 11 tengelyen a diódaágra kapcsolt jel, a 12 tengelyen a tranzisztorágról levehető jel van feltüntetve. A 3. ábrán az 1. ábra kapcsolási elrendezésének alkalmazására mutatunk be példát, egy torlótárcsás áramlásmérőn történő alkalmazással. A 14 mérő csőszakaszon — amelyet példaszerűen a 15 karimákkal lehet a csővezetékhez kapcsolni -, a 19 mérőház található, amelyet a 20 állvány csavaros rögzítésével leerősített rugalmas 21 membrán zár le. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
