175633. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és kapcsolási elrendezés fizikai mennyiség x értékének közvetett meghatározására
3 175633 4 és a referenciajelnek azonos értékéhez tartozó független változók között lineáris kapcsolat áll fenn, vagyis ha azt az időpontot, melyben a referenciajel kezdőértékű, kezdő időpontnak tekintjük, akkor az az időtartam, mely eltelik, amíg a referenciajel adott Ut értéket vesz fel, egyenesen arányos a mérendő fizikai mennyiségnek azzal az értékével, mely érték esetén a mérőátalakító kimenőjele ugyanolyan értékű, vagyis Ut=Ux. Ezt a felismerést szemlélteti az 1. ábra. Az ábrán látható a) görbe a mérőátalakító kimenőjelét ábrázolja, melynél az abszisszán a mérendő fizikai mennyiség szerepel valamilyen dimenzió szerinti egységre normáivá, míg az ordinátán a kimenőjelet skáláztuk. Ez példánknál feszültség, s lehet pl. mV-ban vagy V-ban (természetesen más nagyságrendben is) kalibrálva. A b) görbén a referenciajelet ábrázoltuk. Az abszcisszán az időegységeket mértük fel, az ordinátán a kimenőjel mértékét. Találmányunk szempontjából közömbös, milyen tényleges egységeket választunk az abszcisszán, lényeges, hogy a lépték mindkét jelnél lineáris legyen. Az ordinátán viszont egyértelműen azonos dimenziójú és azonos nagyságú értékeket kell felmérni, vagyis ha az a) ábrán az ordináta 9-cel jelzett értéke 9mV, akkor a b) ábrán is a megfelelő helyen 9 mV lesz. Látható, hogy az azonos ordinátaértékhez rendelt két független változó értékei között lineáris a kapcsolat. Ha pl. a fizikai mennyiség x, értéke 5,5 egységnyi, akkor az az időtartam, mely után — a kezdőértékből indulva — a referenciajel ugyanezt az értéket veszi fel, melyet a mérőátalakító kimenőjele a fizikai mennyiség Xj értéke esetén felvesz, időegységben ugyancsak 5,5 értékű, míg a fizikai mennyiség 8 egységet kitevő x2 értékéhez olyan kimenőjel tartozik, mely kimenőjel értékét a referenciajel — a kezdőértéktől indulva — 8 időegység eltelte után ér el. Ha tehát ismerjük a fizikai mennyiség közvetett méréséhez használt mérőátalakító karakterisztikáját, akkor eljárásunk szerint a következő intézkedéseket tesszük: Önmagában ismert módon előállítunk olyan villamos U2 referenciajelet, melynek idő szerinti karakterisztikája a mérőátalakítónak a mérendő fizikai mennyiség szerinti karakterisztikáját legalább olymértékben megközelíti, hogy bármely argumentumra nézve a referenciajel tényleges értéke és a fizikai mennyiség értéke közötti eltérés ne haladja meg a mérésre megengedett tűrés által meghatározott eltérést. Ezt matematikailag úgy fejezhetjük ki, hogy a két karakterisztika értelmezési tartományában (xq ë Xj « xmax ; t0 ë ti ä tmax), Xi értékéhez mindenkor azonos t; időpontot rendelve, teljesül a UK*i) k] • is--------sk2- 1 _ U2(ti) feltétel (kj és k2 a mérés előírt pontossági tűrését reprezentáló csökkentő, illetve növelő szorzó, pl. 1%-os tűrés esetén k, =0,99 és k2= 1,01). Ha a mérőátalakító karakterisztikája egyszerű matematikai függvénnyel kifejezhető, közelítő jel helyett előállíthatjuk a mérőátalakító karakterisztikájával pontosan megegyező idő szerinti karakterisztikájú referenciajelet, s ez esetben a fenti matematikai feltétel egyszerűsödik, teljesül az U«x«)--------=1 U20i) feltétel, vagyis k,=k2= 1. A mérési művelet kezdő időpontjában, melyet t0-al jelölünk, s mely t0 időpontban a referenciajel pillanatértéke a kezdő U20 érték, az U2 referenciajelet összehasonlító áramkör egyik bemenetére kapcsoljuk, s ugyanakkor a mérőátalakító kimenetét az összehasonlító áramkör másik bemenetére kapcsoljuk, s egyidejűleg — tehát a kezdő t0 időpontban — időmérő szerkezetet indítunk nulla állásból és figyeljük, melyik tx időpontban lesz az összehasonlító áramkör két bemenetére kapcsolt jelek pillanatértéke megegyező és a tx időpontban kijelzett időértéket vagy az időmérő szerkezetnek a tx időpontban vett kimenőjelét rögzítjük a fizikai menynyiséget reprezentáló értékként vagy ezt a kimenőjelet kapcsoljuk további jelfeldolgozó eszköz bemenetére. Kétségtelen, hogy ilyen eljárás manuális végrehajtása körülményes és fáradságos, de ahol az, ott az ismert manuális mérési eljárások is körülményesek és fáradságosak, s a hagyományosan kapott mérési értékek kiértékelését, táblázatba foglalását, s különösen az ilyen táblázatból való további munkát nehezíti az adatok közötti nonlineáris kapcsolat. Találmányunk szerint viszont a manuális mérési eljárás is egyszerűbb és áttekinthetőbb kiértékelést tesz lehetővé, hiszen a fizikai mennyiség pillanatértékeit reprezentáló — manuálisan meghatározott — értékek táblázatba foglalása esetén a fizikai kép könnyen áttekinthető, mert lineáris. A találmány szerinti eljárás legfőbb alkalmazási területe azonban olyan esetekben van, amikor az eljárás fent felsorolt műveleteit automatizáljuk, amire találmányunk különösen kedvező feltételeket nyújt. A 2. ábra olyan kapcsolási elrendezés tömbvázlatát mutatja, amely a találmány szerinti eljárás automatikus foganatosítására szolgál, vagyis: fizikai mennyiség közvetett meghatározása során lineáris karakterisztikájú mérőjel előállítására. A kapcsolási elrendezés, miként ismert ilyencélú elrendezések, tartalmaz a mérendő fizikai mennyiség függvényében nonlineáris karakterisztikájú 1 mérőátalakítót. A találmány abban van, hogy ezenkívül tartalmaz 3 referenciajelgenerátort, az 1 mérőátalakító la kimenete 2 komparátor egyik 2a jelbemenetére, a 3 referenciajelgenerátor 3á kimenete a 2 komparátor másik 2b jelbemenetére csatlakozik, a 2 komparátor 2c kimenete 5 kapuáramkör egyik kapuzó 5b bemenetére van kötve, az 5 kapuáramkör 5a jelbemenetére 4 órajelgenerátor 4a kimenete csatlakozik, s a 3 referenciajelgenerátor 3b indítójelbemenettel van kialakítva, s a 3b indítójelbemenetre és az 5 kapuáramkör másik kapuzó 5c bemenetére 6 vezérlőegység — pl. ütemjelforrás — egy-egy 6a, illetve 6b kimenete csatlakozik, vagy mindkét bemenetre a 6 vezérlőegység egyazon kimenete csatlakozik. Ez a kivitel a következőképpen működik: Az 1 mérőátalakító la kimenetén megjelenő U|*F(x) kimenőjel a 2 komparátor egyik 2a jelbemenetére jut. A mérési művelet kezdetén a 6 vezérlőegység egyrészt indítja a 3 referenciajelgenerátort, melynek 3a kimenetéről a 2 komparátor másik 2b jelbemenetére jut a mérőátalakító karakterisztikájával megegyező karakterisztikájú U2 referenciajel. Ennek szintje a mérési művelet kezdő t0 időpontjában az U20 kezdőérték, mely az 1 mérőátalakító karakterisztikájának kezdőértékével mégégyező. A 6 vezérlőegység a kezdő t0 időpontban nyítójelet ad az 5 kapuárámkör másik kapuzó 5c bemenetére. Minthogy alaphelyzotben a 2 kompánátomak az 5 kdpuáianikSr egjék kapuzó Sbiheméöotéré jbtó kimenőjele ugyanCsaknyitóéfiélmű,a kézdóteidőponUi 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
