183522. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés kondenzátor dielektromos abszopciója által okozott mérési hiba kiküszöbölésére, előnyösen kettős integráció elvén működő nagypontosságú A/D konverterekben
183522 A találmány tárgya olyan kapcsolási elrendezés, mely a kettős integráció elvén működő nagy pontosságú A/D konverterekben a kondenzátor dielektromos abszorpciója által okozott mérési hiba kiküszöbölését valósítja meg. A kitűzött feladat azzal oldható meg, hogy a kettős integrálás elvén működő A/D konverter a visszaintegrálást követő nullkomparálás után1 az integráló kondenzátort feltöltjük a felintegrálással ellentétes polaritású a mért értékkel arányos feszültségre, majd kisütjük. Ez az ellentétes polaritású feltöltés és kisülés az A/D konverter referencia feszültségével történik. Ismeretes, hogy a technika mai állásánál a kettős integráció elvét megvalósító A/D konvertereknek szá-t mos kiviteli példája létezik. A kivitelezett műszerekre általánosan jellemző éppen a kettős integráció elvéből adódóan, hogy a ICH nagyságrendű mérési pontosság viszonylag könnyen megvalósítható. Az elektronikus alkatrészek fejlettsége lehetőséget nyújt arra, hogy az A/D konverterek mérési pontosságát egy nagyságrenddel növeljük, azonban ez alól kivétel a kondenzátor. Közismert a kondenzátornak azon tulajdonsága, hogy a feltöltés és a kisütés periódusa után a dielektromos ábszorpciója következtében újra töltődik, vagyis ez azt jelenti, hogy a kondenzátor kisütése után a dielektrikumban az anyagára jellemző mértékben töltés marad vissza, mely töltés a kondenzátor fegyverzetein jelentkezik. E töltésmennyiség a 1(H nagyságrendű mérési pontossággal mérő A/D konverterekben nem okoz jelentős hibát. E tények miatt a gyártók a kisebb pontosságú műszerek előállításánál a jelenséget nem veszik figyelembe, a forgalomba hozott műszerekben ennek kiküszöbölésére nem tesznek intézkedéseket. Nem lehet figyelmen kívül hagyni a dielektromos abszorpció által okozott hibát azonban akkor, lia 10_4-nél nagyobb mérési pontosságú műszert állítunk elő. E nagyságrendű mérési pontosságnál a tapasztalataink szerint a dielektromos abszorpció jelensége dinamikus és nem lineáris mérési hibát okoz. A két hibajelenség a gyakorlatban együtt jelentkezik és a mérő személy azt tapasztalja, hogy a várt értéktől jelentős eltérést kap és a valós értéket — várt értéket —^ csak ismételt mérések után olvashatja le. A hibák lényegéből fakad, hogy a linearitásból származó hiba változatlan marad, a dinamikus hiba ismételt mérések után megszűnik. Az előzőkben vázoltak alapján nyilvánvaló a műszergyártó vállalatok azon törekvése, hogy a 10~5 felbontó képességű műszerekben a hibajelenségeket 1 iküszöböijék. A gyakorlatban kivitelezett műszereknél általában ezt kétféle módon érik el. Az egyik lehetőség, hogy a mérendő jelet a műszer folyamatosan méri és kb. 10 mérés után a méréseket átlagolják és ezt az átlagolt értéket jelenítik meg pl. Solartron 2210 műszercsaládban. A módszer csökkenti a dinamikus hiba nagyságát, de az átlagolás következtében a mérési idő növekszik. E módszer alkalmazására elsősorban ott kerül sor, ahol a megengedett mérési idő kb. 1 sec. A másik széles körben elterjedt módszer az, hogy a műszer folyamatosan mér, de csak az indítástól számított azonos jelnek n-ik mérési eredményét jelzi ki. Ez az n-ik mérési eredmény tulajdonképpen egy adott műszerre jellemző tulajdonság. Vagyis ez a műszer típusonként változhat. b E módszer alkalmazását elsősorban az indokolja, hogy azonos jel ismételt mérése esetén a dinamikus mérési hiba fokozatosan csökken és az n-ik mérés a valós értéket adja. E módszer egyik legismertebb képviselője a DATRON 9600 műszercsalád. A fentiekből következik, hogy a gyakorlatban kivitelezett műszereknél a dinamikus hiba kiküszöbölésére alkalmazott műszaki megoldások egyértelműen a mérési idő függvénye. A módszerek jellegéből fakad, hogy a mérési időt ezen az úton nem lehet csökken- 15 teni. A műszaki életben azonban olyan műszerek előállítása is szükséges, melyek a 100 msec-os gyakoriságú jelek 10~5 nagyságrendű felbontóképességű illetve 7 ) pontosságú tnérését teszik lehetővé. Pl. elektronikus /X alkatrészek mérőaütomatákkal történő mérésénél, amikor 5—10 ezer alkatrész mérést kell megoldani óránként, és egy-egy alkatrészen 4—10 mérést kell végezni. A mechanikai mozgásokhoz szüksége ; idők levonása után egy-egy mérésre ebben az esetben kb. 100 "!j msec nagyságrendű idő marad. Ugyanakkor az ipari környezetben igen jelentős hálózati zavarok miatt az integráló típusú mérés a 10? nagyságrendű 'elbontás eléréséhez elengedhetetlen. Mivel a vizsgálataink során az ismert módszerek alkalmazása ezt a követelményt nem teljesíti! , így új módszer kidolgozása vált szükségessé. Ezen új követelmény kielégítését célozza az általunk javasolt találmány. Az általunk kidolgozott találmány olyan kapcsolási elrendezés, mely a kondenzátor dielektromos abszorpciója által okozott mérési hiba kiküszöbölését valósítja meg. A kapcsolási elrendezés azon a felismerésen alapszik, ha az ismert dual slope mérési periódusa után ‘iü egy további a kondenzátor dielektromos abszorpciójától függő és a mért jellel arányos, de ellentétes polaritású periódust iktatunk be, akkor ezen integrációs periódus beiktatásával a kondenzátor dielektrikumában visszamaradó töltésmennyiség kisül. Gyakorlatilag tehát a javasolt kisütés után a kondenzátor feszültségmentes. Vagyis tíz illyen módon kisütött kondenzátorban nincs visszamaradó töltés és a következő mérési periódus feszültségmentes kondenzátorral kezdődhet. Ezt a műveleti lépést minden mérési periódus -,f: után elvégezzük. A fentiek alapján kézenfekvő tehát, hogy a kondenzátor dielektromos abszorpciójából keletkező lineáris és dinamikus mérési hibák megszűnnek a fentiek miatt. fő Az arányossági tényező lényegében a kondenzátor dielektromos abszorpciójától és a dialekrikumának anyagától függ. Vizsgálataink során megállapítottuk, hogy a szükséges arányossági tényező mérés útján meghatározható. Az általunk kidolgozott kapcsolási elrendezést az 1. ábrában mulatjuk be. A kapcsolási elrendezésben az 1 oszcillátor Kimenete egyrészt a 2 frekvenciaoszlóba a 6 vezérlő áramkörbe, másrészt pedig a 3 multiplexerbe van bekötve. fi-.. 2
