198247. lajstromszámú szabadalom • Hőmérséklet-feszültség átalakító áramköri elrendezés platina hőmérő ellenállással
1 HU 198247 B 2 A találmány tárgya áramköri elrendezés, amely platina hömérőellenállással közel lineáris karakterisztikájú hőmérséklet-feszültség átalakítót valósit meg. A hőmérsékletmérésnek általánosan használt eszköze a platina höméröellenáilás, amelynek előnye a stabilitása és a szűk tűréssel való gyárthatósága. Egyik hátránya volt korábban, hogy platina huzalból tekercseléssel kellett előállítani olyan nagy ellenállás értéket, melynek megváltozása a gyakorlatban már jól mérhető. A napjainkban elterjedőben lévő vékonyréteg technológiával gyártott úgynevezett film-ellenállásoknál ez a hátrány már nem jelentkezik. A platina höméróellenállások másik hátránya az átalakítási karakterisztika nemlinearitésa. Ez azt jelenti, hogy a platina höméröellenáilás ellenállása a hőmérsékletnek nemlineáris függvénye. E nemlineáris függvényt a szakirodalom általában R = Rod + At + Bt2) /I. alakban adja meg, ahol Ro a 0 °C-hoz tartozó ellenállás értéke, t pedig a hőmérséklet °C-ban. Az A és B tényezőknek a különféle forrásokban megadott értékei kismértékben eltérőek, a magyar szabvány, az MSz-KGST 1057 szerint A = 3,90802 x 10'3 és B = = -5,802 x 10-7. A platina höméröellenállást alkalmazó hőmérő műszerek kézenfekvő, hagyományos, legegyszerűbb és legelterjedtebb megvalósítási módja a következő: A höméróellenálláson egy áramgenerátor állandó árama folyik ét, igy azon ellenállásával arányos feszültség keletkezik. Ezt a feszültséget egy a közismert neminvertáló kapcsolásban működő műveleti erősítő felerősíti és kivonja belőle a nulla számértékű hőmérséklethez - az általánosan alkalmazott °C-os skálázás esetén a nulla °C-hoz tartozó feszültségei. A kivonás azáltal valósul meg, hogy a műveleti erősítőnek negativ visszacsatolását megvalósító osztó talppontja egy egyen-feszültségforrásra csatlakozik. A platina hómérőellenállás és az áramgenerátor egyik közös pontja a műveleti erősítő fázist nem fordító bemenetére, másik közös pontjuk pedig az áramkör vonatkoztatási pontjára azaz a tápellátás földpontjára csatlakozik és ez a kivonást megvalósító egyenfeszültségforrés vonatkoztatási pontja is. A műveleti erősítőnek kimenetére feszültségmérő (analóg vagy digitális kijelzésű) csatlakozik, a leírt hőmérséklet-feszültség átalakítóval hőmérő műszert képez. Az igy kapott feszültség érték legfeljebb két ponton egyezik meg a hőmérséklet számértékével, ennek oka platina hömérőellenállás alkalmazása esetén az átalakítási karakterisztikának előbb ismertetett nemlinearitása. Nagyobb hőmérséklettartományban a maximális eltérés, a hiba nagyobb lesz, például a 0 °C és 600 °C közötti tartományban közel 10%. A hőmérséklet-feszültség átalakítás nemlinearitásónak csökkentésére vagy kiküszöbölésére többféle módszer ismeretes, begkézenfekvöbb megoldás az, hogy az erősítő erősítése feszült.ségfüggőnek van kialakítva, karakterisztikája közelítően kompenzálja a platina ellenállás karakterisztikájának nemlineáris jellegét. A nemlineáris karakterisztikájú erósitő megvalósításának ismét többféle módja van. Általánosan használt eszköz a diódákból és ellenállásokból álló nemlineáris karakterisztikájú hálózat, melyet vagy az erősítő soros ágában, két fokozat között helyeznek el, vagy visszacsatoló hálózatként alkalmazva alakítják ki az erősítő kívánt nemlineáris karakterisztikáját, E megoldások hátránya az alkalmazott diódák gyártási szórásából és höfüggéséből adódó pontatlanság. A nemlinearitás kiküszöbölésének másik, kétségkívül nagyon pontos módszere az, hogy a höméröellenáilás karakterisztikáját pontonként egy számítógép tárjábán tárolják és ennek segítségével rendelik hozzá a mért ellenállás vagy feszültség értékhez a pontos hőmérséklet, értéket. A módszer hátránya, hogy csak nagy, drága berendezésekben érdemes alkalmazni. A hőmérséklet-feszültség átalakítási karakterisztika nemlinearitásának csökkentésére szolgál az a korszerű megoldás, amely az US 3 861 214 számú szabadalmi leírás tárgyát képezi. Ez az áramköri elrendezés egyetlen műveleti erősítőt tartalmaz, amelynek kimenete vissza van csatolva egyrészt állandó értékű ellenálláson keresztül a fázist nem fordító bemenetére, másrészt a platina hőméróellenélláson keresztül a fázist fordító bemenetre. A megoldás hátránya abból adódik, hogy a platina mérőellenállás egyik vége sincs a tápfeszültségek közös pontjára azaz a földpontra csailakozlatva. így a nagy távolságban elhelyezett mérőellenállás hozzávezetései által a környezetből felvett zavarófeszültségek és hozzávezetések ellenállásai által okozott hibák egyszerű eszközökkel nem küszöbölhetek ki. A találmány az eddig ismertetett hőmérséklet-feszültség átalakítók hátrányainak kiküszöbölését célozza egyszerű eszközök, kevés áramköri elemet tartalmazó megoldások alkalmazásával. A találmány lényege az a felismerés, hogy ha a platina höméröellenállást alkalmazó, előzőekben hagyományosként ismertetett áramköri elrendezést úgy módosítjuk, hogy az áramgenerátort nem állandó áramúnak, hanem árammal vezérelhetőnek képezzük ki és az áramgenerátor bemeneti, vezérlő pontját és a platina höméróellenálláson létrejövő feszültséget erősítő műveleti erősítő kimeneti pontját egy ellenállással kötjük össze, akkor a hőmérséklet-feszültség átalakítási karakterisztika linearizálódik. Az alkalmazott ellenállás hatása a kővetkező: Növekvő hőmérséklet értékekhez a műveleti erősítő kimenetén po-3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
