172507. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés távolság és elmozdulás érintésmentes mérésére és/vagy impedancia transzformálás céljára
3 172507 4 linearizálása, ha azonban a sík kondenzátor kapacitása túlságosan kicsi (néhány század pikofarád) akkor már lehetetlen olyan áramgenerátort készíteni, amelyiknek a kimenő kapacitása a néhány század pikofarádhoz képest elhanyagolható. Ez a probléma azonban megoldhatóvá vált a találmány szerinti kapcsolási elrendezéssel. Ennek a kapcsolási elrendezésnek a hasonló célú érzékelőkkel szemben a biológiai alkalmazásoknál az is előnye, hogy csak néhány voltos váltakozó feszültség juthat a kapacitiv mérőátalakító érzékelő elektródájára. Felismertük, hogy az előzőekben felsorolt igen szigorú követelményeket lényegében egyetlen alapkapcsolás felhasználásával ki lehet elégíteni. Ez az alapkapcsolás úgy lett kialakítva, hogy impedancia transzformálási és távolság vagy elmozdulás mérési célra lényegi változtatás nélkül egyaránt felhasználható, igy indokolt mindezeknek a kérdéseknek a közös tárgyalása. A találmány tárgya kapcsolási elrendezés mérőföldhöz kötött vezető test árnyékolt érzékelő elektródától való távolságának az elmozdulással arányos villamos feszültséggé való alakítására a vezető test megérintése nélkül és/vagy kapacitásnak több nagyságrenddel nagyobb kapacitássá vagy vezetéssé való transzformálására. A találmány tárgyát kiviteli példa kapcsán rajz alapján ismertetjük részletesen. — Az 1. ábra és a hozzá kapcsolódó leírás a találmány szerinti kapcsolási elrendezést, mint kapacitás sokszorozót (impedancia transzformátort) ismerteti- A 2. ábra az 1. ábra helyettesítő képét mutatja. — A 3. ábra és a hozzá kapcsolódó leírás a találmány szerinti kapcsolási elrendezést mint kapacitást vezetéssé áttranszformáló jelátalakítót ismerteti. A 4. ábra és a hozzá kapcsolódó leírás a találmány szerinti komplett kapcsolási elrendezést ábrázolja és mint villamos feszültség kimenetű lineáris karakterisztikájú távolság és elmozdulás érzékelőt ismerteti.- Az 5. ábra a 4. ábra szerinti kapcsolási elrendezés kimeneti feszültségének és a kapacitiv mérőátalakító kapacitásának változását ábrázolja a kapacitiv mérőátalakító elektróda távolságának függvényében. Az 1. ábra a találmány szerinti kapcsolási elrendezést ábrázolja, ahol Cm kondenzátor a transzformálni kívánt kondenzátor, melynek egyik fegyverzete egy nagy bemeneti impedanciájú közel egységnyi erősítésű E erősítő B bemenetére csatlakozik, a másik fegyverzete földelt. Az E erősítő K kimenetére a visszacsatoló Cv kondenzátor egyik fegyverzete csatlakozik. A visszacsatoló Cv kondenzátor mások fegyverzetét és a B bemenetét C0 kondenzátor köti össze. A visszacsatoló Cv kondenzátor és a C0 kondenzátor közös pontja a kapcsolás T táp-pontját képezi. Az alábbi feltételezések segítségével kimutatható, hogy a T táp-pont és a földpont között mérhető Cici kimeneti kapacitás egyenesen arányos a Cm kondenzátor kapacitásával. feltétel: C0 > Cm és Cv >C0 I Ezen feltételezések alapján a C^i kimeneti kapacitás Ez az összefüggés közvetlenül is belátható, ha az E nagy bemeneti impedanciájú közel egységnyi erősítésű erősítőt a kapcsolásból gondolatban eltávolitjuk és hatását a K kimenet és föld között egy olyan C£, kondenzátorral helyettesítjük, amely biztosítja, hogy az 1. ábra szerinti B bemenet és K kimenet azonos feszültségűek maradjanak.Ez a helyettesítő kép látható a 2. ábrán, amely egy kapacitiv híd. A 2. ábrán a B bemenet és K kimenet akkor ekvipotenciális, ha a kapacitiv híd szemben levő hídágainak szorzata azonos, azaz cm • C0 = Cm • Cv Hl. Az I. feltételezés figyelembevételével közvetlenül adódik, hogy c — rx '-'ki m A II. összefüggésből látható, hogy a Cm kondenzátorra vonatkozó kapacitás sokszorozási tényező a visszacsatoló Cv kondenzátor és a C0 kondenzátor kapacitásának hányadosa. Ez a kapacitás sokszorozási tényező pl. Cv = 100 nF és C0 = 1 pF értékénél: C0 Az 1. ábra szerinti kapcsolási elrendezéssel lehetőség nyílik század pikofarád nagyságrendű kondenzátorok kapacitásának a jóval könnyebben kezelhető nanofarádos tartományba való transzformálására. Az 1. ábra kapcsolási elrendezése a félvezetők gyártásánál kis értékű koncentrált paraméterű kondenzátorok ellenőrzésénél új rendszerű pontos mérőműszerek kidolgozását teszi lehetővé. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
