FI76436C - Reaktansens maetningskrets. - Google Patents

Description

76436

Reaktanssin mittauspiiri Tämän keksinnön kohteena on piiri vaihtovirtareakta nssi1 ait -teen reaktanssin mittaamiseksi, joka reaktanssi vaihtelee mitattavien olosuhteiden mukaan, yleensä paineen mukaan. Piirin s sisältäessä ohjatun oskillaattorin, joka synnyttää vaihtovir-tareaktanssilaitteen reaktanssista riippuvan lähtösignaalin , ja tasasuuntauslaitteen, johon lähtösignaali syötetään ja joka tuottaa vaihtovirtareaktan s si1 ai11een reaktassista riippuvan lähtösignaalin, joka syötetään säätölaitteen kautta ohjaavan 10 tulosignaalin aikaansaamiseksi oskillaattoriin.

Aikaisemmin tunnetaan erilaisia vaihtovirtareaktanssin mittausjärjestelmiä. Vaikka monet näistä menetelmistä ovat olleet menestyksellisiä, vaikeutena tunnetuilla järjestelmillä on ollut se, että anturipiireihin syötettävän jännitteen amplitudi (huipusta huippuun) on tyypillisesti ollut sellaisten piirien säädetty parametri ja että jännitteen muutos johtaa lähtösignaalin heikentyneeseen stabilisuuteen .

20 Lisäksi eräs merkittävä epäkohta on ollut tarve käyttää muuntajaa sellaisen huipusta huippuun -jännitteen synnyttämiseksi vaihteievaan reaktiiviseen kuormaan. Kuten alan ammattimiehelle on tunnettua, on muuntajaa, vaikka onkin luotettava toiminnaltaan, vaikeampi saada luotettavaksi kuin vastuksia, 25 kondensaattoreita tai puolijohdekomponentteja. Muuntajan jättäminen pois johtaa koon tarvittavan tehon pienenemiseen. Lisäksi ongelmana on se, että sellaiset muuntajat eivät sovellu käytettäväksi hybridipiireissä. Sellaiset hybridipiirit , joissa on vuorovaikutuksellinen tai kapasitiivinen anturi, ovat 30 toivottavia. Sellaisen muuntajan jättäminen pois johtaa paremmin toimivaan, halvempaan piiriin.

Keksinnön päämäärä on aikaansaada parannettu vaihtovirtareaktanssin mittauspiiri, joka reagoi tutkittaviin olosuhteisiin 35 ja joka ei vaadi induktiivista kytkentää, kuten muuntajaa, oskillaattorista vaihtovirtareaktanssiin. Keksinnön tunnusmerkilliset piirteet selviävät oheisista patenttivaatimuksista. Ei-induktiivista kytkentää on edistetty siten, että vaihtovir-tareaktanssi on sähköisesti eristetty (kelluva) suhteessa 7 6 4 3 6 2 maapotentiaaliin. Erään suoritusmuodon mukaisesti piiri synnyttää varauspulsseja ja purkauspulsseja vaihtovirtareaktii-viseen anturiin, joka vaihtelee mitattavan parametrin mukaan. Anturi, edullisesti kondensaattori tai useita kondensaattorei-5 ta, herätetään oskillaattorin avulla tasasuuntauslaitteiden kautta. Eräässä edullisessa suoritusmuodossa, jossa tasasuun-tauslaitteet käsittävät useita diodeja, on tasasuuntauslait-teita parannettu käyttämällä matalajännitteisiä diodeja sijoitettuna lähelle toisiaan.

10

Oskillaattori synnyttää anturin ja tasasuuntauslaitteiden, jotka liittyvät anturiin, muodostamaan yhdistelmään nimellisarvoltaan vakion huippuamplitudin, ajan suhteen vaihtelevan oskil-laattorisignaalin, jonka taajuus muuttuu anturin kapasitanssin is muutoksen mukaan. Taajuuden säätäminen johtaa parempaan toimintakykyyn ja taloudellisuuteen. Saman huipusta huippuun -jännitteen käyttämisen edut anturin ja tasasuuntauslaitteiden yhdistelmälle ilmenevät helposti ei-toivottavina vaikutuksina, jotka eivät edusta mitattua parametriä, voidaan kuitenkin parantaa 20 piirin komponenttien valinnalla ja järjestelyllä. Kun halutaan käyttää useita antureita ja tasasuuntaajia, syötetään niihin sama käyttöjännite. Lisäetuna on se, että samaa vertailujännitettä käytetään vahvistimissa, joissa anturivirrat yhdistetään. Muut edut käyvät selville edullisten suoritusmuotojen kuvauk-25 sista, joissa:

Kuvio 1 esittää kaaviomuodossa esillä olevan keksinnön mukaista piiriä.

Kuvio 2 esittää kaaviomuodossa esillä olevan keksinnön toista 30 suoritusmuotoa.

Kuvio 3 esittää edelleen kaaviomuodossa esillä olevan keksinnön mukaista lisäsuoritusmuotoa.

Kuvio 1 esittää kaaviomuodossa esillä olevan keksinnön mukaisen 35 piirin suoritusmuotoa, merkitty yleisesti viitenumerolla 10, jota käytetään edullisesti vaihtovirtareaktanssityyppisen paine-eroanturikennon yhteydessä ja jossa edullisesti on kaksi muuttuvaa kondensaattoria ja C£. Kennon hajakapasitanssi kompensoidaan säätökondensaattorin avulla. Vaikka kuviossa 1 on

R

II

764 36 3 esitetty kaksi muuttuvaa kondensaattoria ja C2, on ymmärrettävä, että tietyissä piirin sovellutuksissa vaihtovirtareak-tanssilaite voi haluttaessa olla yksi aktiivinen kondensaattori; toisissa sovellutuksissa voidaan käyttää useampia aktiivi-5 siä kondensaattoreita tai kuristimia tai muita vaihtovirtareak-tanssilaitteita. Paitsi, että tämä piirin suoritusmuoto on erityisen käyttökelpoinen kapasitiivisena paineanturipiirinä, se muuttaa kapasitanssisignaalin ohjaamaan tasavirtaa kaksijohtoi-sessa virtasilmukassa, jossa on ulkopuolinen teholähde ja kuor-io ma, jolloin sellainen tasavirta on mitatun parametrin funktio.

Eräässä edullisessa suoritusmuodossa on kondensaattorit ja C2 muodostettu kammioksi, jossa on yhteinen kondensaattorilevy 12, joka käsittää siihen järjestetyn kalvon, joka on ainakin ii> osittain sähköä johtava. Ainakin osat kammion seinistä, jotka ovat vasten levyä 12, ovat sähköä johtavia ja nämä seinien osat muodostavat toiset kondensaattorien ja C2 levyt 14 vast. 16. Levy 12 on edullisesti sähköisesti eristetty (kelluva) muunti-men kotelosta, jotta ei tarvittaisi induktiivisia kytkentöjä, 20 kuten muuntajia, syöttöoskillaattorin ja levyn 12 välillä. Toiset levyt 14 ja 16 on myös edullisesti sähköisesti eristetty (kelluvia) muuntimen kotelosta. Kun mitattava suure on paine-ero, johdetaan ensimmäinen paine P^ levyn 12 yhdelle puolelle ja toinen paine P^ levyn 12 toiselle puolelle. Levy 12 pakote-25 taan siten kohti toista levyä 14 tai toista levyä 16 riippuen siitä, onko ?2 suurempi tai pienempi kuin P^. Levyn 12 siirtyminen muuttaa levyn 12 ja toisten levyjen 14 ja 16 välistä etäisyyttä, mikä johtaa :n ja C2?n kapasitanssien muutokseen. Tällainen anturisovitelma ja sen toiminta on kuvattu täydelli-30 sesti esillä olevan hakijan kansainvälisessä patenttihakemuksessa n:o PCT/US 81/01329, jonka nimitys on "Capacitive Pressure Transducer With Isolated Sensing Diaphragm".

Tasasuuntauslaitteet, jotka tasasuuntaavat kondensaattoreihin 35C.J, C2 ja CB meneviä ja niistä tulevia signaaleja, on esitetty yleisesti viitenumerolla 20 ja niihin kuuluu diodit 22 ja 24 kondensaattorille Cg, anturidiodit 26 ja 28 C^lle ja anturidio- dit 30 ja 32 C9:lle, jotka kaikki diodit on sarjaan kytkettv *1 Λ .

päästösuuntaan suljetussa virtasilnrukassa. C^n toinen levyin 76436 u kytketty diodien 26 Ja 28 välille; C2:n toinen levy on kytketty diodien 30 ja 32 välille; ja kondensaattori (C ) on kytketty diodien 22 ja 24 välille. Piirin tehokkuus paranee, kun tasa-suuntauslaitteet 20, kuten diodit 22, 24, 26, 28, 30 ja 32, ovat olennaisesti samassa lämpötilassa, mikä olennaisesti pois-5 taa lämpöryömimisongelmat. Sellainen lämpötasapaino voidaan saavuttaa tasasuuntauslaitteiden 20 hybridikiinnityksellä tai kiinnittämällä tasasuuntauslaitteet 20 yhdelle alustalle tai muulla halutulla menetelmällä lähekkäin kiinnittämällä. Sellainen lähekkäinen kiinnitys on esitetty kuviossa 1 tasasuuntauslaittei-10 ta 20 ympäröivillä katkoviivoilla 20A. Diodeilla 22, 24, 26, 28, 30 ja 32 on edullisesti alhaiset jännitehäviöominaisuudet pääs-tösuuntaan.

Jänniteohjattu oskillaattori 34 on kytketty levyyn 12 johdon 36 is kautta syöttämään nimellisarvoltaan vakion huipusta huippuun -jännitteen säädetyllä taajuudella levyyn 12. Kondensaattorit 40 ja 42 on kytketty tasasuuntauslaitteisiin 20 suodattamaan virtasignaaleja, jotka reagoivat kondensaattoreihin ja C2 oskillaattorin 34 käyttäminä. Vastukset 44 ja 46 muodostavat 20 jännitteenjakajan tehonsyöttöjohtojen 79 ja 76 välille, joihin teho syötetään jännitteensäätimen 84 lähtöjännitteestä, täten jännitteenjakaja synnyttää piirin vertailusignaalin solmuun S^. Johto 48 kytkee operaatiovahvistimien 50 ja 60 vaihetta kääntämättömät tulot jännitteenjakajaan vastaanottamaan sellaisen ver-25 tailusignaalin. Päätevahvistimen 80 yksi tulo on myös kytketty johdon 48 kautta vastaanottamaan sellaisen vertailusignaalin :stä.

Vahvistimen 50 vaiheen kääntävä tulo on kytketty 0^:n toiseen 30 levyyn 14 johdon 52, virtoja yhdistävän solmun 52A ja diodin 26 kautta ja on kytketty levyyn 12 (C1:n toiseen puoleen) ja C :ään diodin 22 kautta. Johto 52 on myös kytketty diodien 26 Ja 22 välissä olevaan kondensaattoriin 40. C^tä edustava virta (i^) ja C8:ää edustava virta (iCs) yhdistyvät solmussa 52A ja muodos-35tuva virta on i^. Samoin vahvistimen 60 vaiheen kääntävä tulo on kytketty C2:n toiseen levyyn 16 johdon 62, virtoja yhdistävän solmun 62A ja diodin 30 kautta ja on kytketty levyyn 12 (C2:n toiseen puoleen) ja Ce:ään diodin 24 kautta. Johto 62 on kytket- 5 76436 ty diodien 30 ja 24 välissä olevaan kondensaattoriin 42. C2:ta edustava virta (i^) 3a C8:ää edustava virta (i^g) yhdistyvät solmussa 62A ja muodostuva virta on 12· Vastukset 54 ja 64 synnyttävät takaisinkytkennän vahvistimien 50 ja vast. 60 vaiheen s kääntäviin tuloihin.

Vahvistimen 70 ensimmäinen tulo 72 on kytketty vahvistimen 50 lähtöön vastuksen 56 ja johdon 58 kautta, ja vahvistimen 70 toinen tulo 73 on kytketty vahvistimen 60 lähtöön vastuksen 66 ja johdon 68 kautta. Ensimmäinen tulo 72 on myös kytketty johdon 10 58 ja vastuksen 75 kautta tehojohtoon 76. Toinen tulo 73 on kytketty johdon 68 ja vastuksen 76 kautta tehojohtoon 79. Vahvistin 70 toimii differentiaalivahvistimena, joka vertaa signaaleja tulonavoissaan (72 ja 73) ja synnyttää lähtösignaalin, joka edustaa sellaista vertailua, johtoa 79A pitkin ohjattuun oskil-15laattoriin 34. Oskillaattoriin syötetään teho johtojen 76 ja 79 kautta.

Piirin 10 summauspiste S diodin 28 ja diodin 32 välissä on kytketty vahvistimen 80 vaiheen kääntävään tuloon johdon 80A kaut-20 ta. Kondensaattori 81 on kytketty johdosta 80A johtoon 76 suodattamaan virtasignaaleja. Vahvistin 80 on edullisesti kytketty virransäätimeen 82, mutta se voi olla myös suoraan kytketty sopivaan toimi- tai lukulaitteeseen. Virransäädin 82 on myös kytketty johtoon 79 ja liittimeen 88. Vahvistimet 50, 60, 70 ja 80 25 saavat tehonsa johtojen 79 ja 76 kautta. Piiriin 10 syötetään säädelty jännite jännitteensäätimen 84 kautta. Säädin 84 on esimerkiksi zenerdiodi 84A, joka on kytketty johtojen 79 ja 76 välille, ja vastus 84B, joka on kytketty johtoon 76 ja liittimeen 88. Jänniteohjattu oskillaattori 34 on kytketty jännitteensää-30timeen 84 tehojohtojen 79 ja 76 kautta syöttämään olennaisesti vakion (säädellyn) jännitteen. Piiri 10 on myös kytketty edullisesti kaksijohtoiseen virtasilmukkaan takaisinkytkentävastuksen kautta, joka voi olla potentiometri, kuten on esitetty kaavio-kuvassa viitenumerolla 85, kytkettynä kahteen liittimeen 86 ja 3588. Tässä suoritusmuodossa notentiometrin 85 kosketusharja kytkee pienen mutta tunnetun takaininkytkentävirran (ipB+ ig), joka on osa kahden johdon kokonaisvirrasta (i^,), vastuksen 93 kautta summauspisteeseen S. Vastus 94 kuluttaa vakio-osuuden takaisinkytkentävirrasta (ipjj)· Vaihteleva osuus takaisinkytken- ____- XT .

764 36 6 tävirrasta (ig) yhdistetään summauspisteessä S i^^n ja ^C2:n kanssa. Virtojen (ic1» iC2 yhdistelmä pisteessä S vaikut taa vahvistimen 80 vaiheen kääntävään tuloon johdon 80A kautta. Johto 76 on kytketty jännitteensäätimen 84 kautta liittimeen 88. h Kaksijohtoinen virtasilmukka on päätetty ulkoisen lähteen 90 ja ja sarjaan kytketyn kuorman 92 kautta, jotka on kytketty liit-timiin 86 ja 88.

Kuvion 1 suoritusmuodossa käytetään kolmea kondensaattoria C^, io C9 ja C ja tunnettua diodi-ilmaisinjärjestelmää. Niin kauan kun ohjatun kertovan oskillaattorin käsite on tunnettu, vaihte-levat tavanomaiset kapasitanssin mittaukseen tarkoitetut oskillaattorit huipusta huippuun -jännitettä (V ) ja toisinaan taajuutta (f) saavuttaakseen halutun ohjatun tulon (?)., niin että: ,5P«(fVpp).

Esillä olevan keksinnön mukaisessa piirissä pidetään jännitteen (V ) amplitudi olennaisesti vakiona, kun taas taajuutta (f) vaihdellaan, jotta saavutettaisiin haluttu ohjattu tulo (P).

20 Tämä menetelmä, jossa vaihdellaan taajuutta halutun ohjauksen saavuttamiseksi, on tehokas, koska C^tn kanssa yhteydessä olevaa tasasuuntauslaitteiden osaa (diodit 26 ja 28) verrataan samaan huipusta huippuun -jännitteeseen kuin Cp:n kanssa yhteydessä olevaa tasasuuntauslaitteiden 20 osaa (diodit 30 ja 32).

25(Johto 36 syöttää saman jännitteen (V ) jokaiseen kondensaattoriin C1f Cpja Cg). Kun esimerkiksi jännite johdossa 36 on positiivinen johdon 48 suhteen (oskillaattorin 34 jokaisen jakson ensimmäisen osuuden aikana), C^, Cp ja Cg varautuvat positiivisesti ja, kun jännite johdossa 36 on negatiivinen johdon 48 suh-30teen (oskillaattorin 34 jakson toisen osuuden aikana), C^, Cp ja C varautuvat negatiivisesti. Oskillaattorin 34 ensimmäisen osajakson aikana C^ saa positiivisen varauksen johdon 76, kondensaattorin 81 ja diodin 28 kautta toiseen levyyn 14, joka yhdessä levyn 12 kanssa muodostaa C^:n, joka on kytketty oskil-islaattoriin 34 johdon 36 kautta. Oskillaattorin 34 saman ensimmäisen osajakson aikana Cp saa positiivisen varauksen johdon 76, kondensaattorin 42 ja diodin 30 kautta kolmanteen levyyn 16, joka yhdessä ensimmäisen levyn 12 kanssa muodostaa Cptn, joka on kytketty oskillaattoriin 34 johdon 36 kautta. Oskillaattorin 7 76436 34 toisen osajakson aikana saa negatiivisen varauksen johdon 76, zenerdiodin 84A, johdon 79, kondensaattorin 40 ja diodin 26 kautta C^:n toiseen levyyn 14 ja sieltä oskillaattoriin 34 johdon 36 kautta liittyvään levyyn 12. Oskillaattorin 34 saman toi-5 sen osajakson aikana C2 saa negatiivisen varauksen johdon 76, kondensaattorin 81 ja diodin 32 kautta C2:n toiseen levyyn 16 ja sieltä oskillaattoriin 34 johdon 36 kautta liittyvään levyyn 12. Yksi levyn 12 kautta kytketyn C :n liitin on kytketty suo-

S

raan oskillaattoriin 34 johdon 36 kautta. C varautuu positiivi-

S

io sesti oskillaattorin 34 ensimmäisen osajakson aikana johdon 76, zenerdiodin 84A, johdon 79» kondensaattorin 40 ja diodin 22 kautta. G varautuu negatiivisesti oskillaattorin 34 toisen osa-jakson aikana johdon 76, kondensaattorin 42 ja diodin 24 kautta. Virtojen i^ ja i^ suuruudet ovat kapasitanssien ja C2 funkis tioita. Kun käytetään paine-eroanturia (kuten on esitetty kuviossa 1), ovat kapasitanssit ja C2 paine-eron (P^-P^) funktioita.

Virrat i^ ja i^ suodatetaan kondensaattoreilla 40 ja 42 ja ?o kumpikin yhdistyvät i£g:n kanssa; tuloksena olevat virrat i^ ja vast. ±2 kytkeytyvät myös vahvistimien50 ja 60 vaiheen kääntäviin tuloihin, jotka vahvistimet muuntavat i^:n ja i^tn verrannollisiksi lähtö jännitteiksi V_l ja vast. V^. Lähtö jännitteet V1 ja Vg kytkeytyvät vahvistimen 70 tuloihin 72 ja 73· Vahvis- 25 tiraen 70 lähtö, joka siis vaihtelee i^n ja i2:n eron suhteessa, käyttää oskillaattoria 34 synnyttämään huipusta huippuun -jännitteen (Vpp), jonka taajuus noudattaa säätöyhtälöä siten, että: V1 - *1 *54 f<Vpp - 2VD) (0, - Cs) R54 yhtälö (1)

- V2 = h *64 ’ i(Vpp - 2V <°2 - °„> *64 yhtälB

30 Jossa: V^ = vahvistimen 50 lähtöjännite Ί2 B vahvistimen 60 lähtöjännite f = oskillaattorin 34 taajuus

Vpp= oskillaattorista 34 tulevan huipusta huippuun -jännitteen amplitudi 35 C1 = C^n kapasitanssi C2 *= C2:n kapasitanssi C_ e. C :n kapasitanssi

8 S

R54= R64 VD = kunkin diodin jännitehäviö 764 36 8 Vähentämällä yhtälö (1) yhtälöstä (2) ja asettamalla V^V^K nähdään, että vahvistin 70 säätää taajuutta suljetussa silmukassa oskillaattorille 34 vastaten kapasitanssin muutosta, joten:

s K

p (e, + ·ζ2 - sc3) r54 yht81B (3) jossa: P = säädetty tulo - f(V ) K = vakio, V^-V2

On huomattava, että koska oskillaattori 34 on säätösilmukan si-10 säilä (piirin solmujen 52A ja 62A välissä), siitä tulevan V :n taajuuden ei tarvitse olla lineaarinen vahvistimen 70 lähdön suhteen.

Eräässä sovellutusmuodossa oskillaattori 34 on vaihelukitun 15 silmukkapiirin jänniteohjattu oskillaattori tyyppiä CMOS 4046, jota valmistaa Radio Corporation of America (RCA), National Semiconductor tai Motorola.

Vahvistin 80 synnyttää lähtösignaalin vastaten virtoja ic1 ja 20 ic2, jotka virtaavat summauspisteeseen S ja virtojen yhteenlasku pisteessä S antaa tulokseksi: iC1 - iC2 = is yhtälö (4)

Koska vahvistin 80 vahvistaa i :n virransäätimen 82, silmukan

S

virtaa havaitsevan vastuksen 85 ja takaisinkytkentävastuksen 93 25 kautta antamaan verrannollisen virtasignaalin kuormitusvastuk-seen 92 ja sijoittamalla yhtälö (3) yhtälöön (4) nähdään, että kahden johdon virta (1^,) on funktio lineaarisoidusta paine-ero-signaalista; eli:

C2 — C1 K

30 IT« * <c-y-g ) T— yhtais (5) 12 s 54

Vahvistimen 80 lähtösignaali käyttää edullisesti, kuten on esitetty, virransäädintä 82 kaksijohtoisessa virtapiirissä, jossa on ulkoinen teholähde 90 ja sarjaan kytketty kuorma 92, joka on kytketty liittimiin 86 ja 88 tavanomaisen kaksijohtoisen pii-35 rin tavoin. Kokonaistasavirta kaksi johtoisessa piirissä on siten kapasitanssien C1 ja C2 sekä mitatun parametrin funktio.

Virrat iG1 ja iC2 ovat funktioita käytetystä huipusta huippuun -jännitteestä (V ), kunkin diodin jännitehäviöstä (V^2g ja Vd2Q

9 76436 tai (Vd50 ja Vd52), jännitehäviöistä (VaJ diodien 3a virtojen svunmauspisteiden (52A, 62A ja pisteen S) välillä, mitkä voidaan esittää muodossa iV^CR, missä C on anturin kapasitanssi ja R on piirin vastus, ja häviöistä, joita aiheutuu verrattaessa vir-5 taa ic1 ja i^ eri vertailu jännitteisiin ( V^).

Bdellä sanotusta seuraa:

Yleisesti, ic = f(Vpp - Va, - Vfl2 - Va - V„) 0 3a.

’» id “ i^pp - Vd26 - Vd28 - *Vl* ' V °1 ic2 “ I(VPP ~ vd30 " Td32 " rVppC2R ' Vt^ °2 Häistä yhtälöistä huomataan, että jotta ic1 ja ip2 edustaisivat mitattuja olosuhteita, sulkujen sisällä olevien termien, s.o. is (V - V,. - V,0 - V - V, ) täytyy olla aivan muuttumattomia. Siksi V :n amplitudin maksimointi ja V^in taajuuden, ei ampli-tudin, säätäminen synnyttää maksimiamplitudin huolimatta :n ja C2:n muutoksista. Vd1:n ja Vd2:n muutoksien säätäminen olennaisesti samoiksi ja jäljelle jäävien termien Va ja mini-20 mointi parantaa myös stabiilisuutta ja johtaa parempiin virta-signaaleihin ic1 ja iC2 vähentämällä ei-haluttuja virheitä.

Täten esillä olevan keksinnön eräs tärkeä etu on olennaisesti vakion huipusta huippuun -jännitteen (V ) synnyttäminen varaamaan kondensaattorit täydellisesti samalla vaihdellen V :n taa-25 juutta kapasitanssin muutosta vastaten. On huomattava, että taajuuden vaihtelua säädellään sellaisissa rajoissa, että kukin kondensaattori , C2 ja Cg voidaan täysin varata ja täysin purkaa jokaisen jakson aikana. Keinot diodien jännitehäviöiden yhtenäisyyden parantamiseksi lähekkäisellä kiinnityksellä on esi-30 tetty yllä. Jännitehäviöiden (V_) vaikutusta parannetaan, jos tasasuuntauslaitteiden 20 ja virtojen yhteenlaekusolmujen, s.o. 52A, 62A ja summauspisteen S, välillä ei ole jännitehäviöitä. Lopuksi verrataan piirin virtojen yhteenlaskusolmuja, kuten solmuja 52A, 62A ja summauspistettä S, samaan vertailujännittee-35 seen vahvistimissa 50, 60 ja vast. 80, täten minimoiden V^.

Sitten laskettaessa yhteen V maksimoidaan ja muut termit op-

PP

timoidaan, jolloin tuloksena on korostettu signaali vahvistimeen 80 ja korostettu lähtösignaali virransäätimeen 82, mistä on seurauksena parempi kahden johdon virta (1^,).

764 36 10

Kuviossa 2 on esitetty piiri vaihtelevan kapasitanssin mittaamiseksi yleisesti viitenumerolla 100. Tässä suoritusmuodossa on esitetty kaksi muuttuvaa kondensaattoria ja Cg* mutta jälleen voidaan käyttää haluttaessa erilaista määrää kondensaattoreita, s Jänniteohjattu oskillaattori 110 on kytketty C^:n ja CgCn ensimmäisiin levyihin 114 ja vast. 116 johdon 112 kautta. C^:n ja Cg^n toiset levyt 117 ja 118 on kytketty tasasuuntauslaittei-siin 120, joihin kuuluu diodit 122, 124, 126 ja 128 (jotka edullisesti on sijoitettu lähelle toisiaan lämpötilan tasaamiseksi, io kuten on esitetty viivalla 120A), johdoilla 132, 134, 136 ja vast. 138. Diodin 128 anodi on kytketty virtojen yhteenlasku-solmuun 140 johdolla 142. Virran vaiheen kääntävän vahvistimen 144 lähtö on myös kytketty solmuun 140 vastuksen 146 ja johdon 142 kautta. Takaisinkytkentävastus 148 on kytketty vahvistimen is 144 vaiheen kääntävästä tulosta sen lähtöön ja sen vaihetta kääntämätön tulo on kytketty piirin maapisteeseen. Vahvistimen 144 vaiheen kääntävä tulo on kytketty johdon 150 kautta diodin 124 anodiin ja sen kautta C^:n toiseen levyyn 117.

?o Diodit 122 ja 126 on molemmat kytketty johdolla 152 säätövahvis-timen 154 vaiheen kääntävään tuloon ja virtojen yhteenlaskusol-muun 154A. Vertailuvirran synnyttää vertailu jännite vas tuksen 156 kautta. Vahvistimen 154 toinen tulo on kytketty piirin maapisteeseen. Vahvistimen 154 lähtö synnyttää säätösiRnaa-25 iin oskillaattorille 110 johdon 158 kautta.

Vahvistimen 160 vaiheen kääntävä tulo on kytketty solmuun 140 ja takaisinkytkentävastus 162 on kytketty vaiheen kääntävästä tulosta vahvistimen 160 lähtöön. Vahvistimen 160 vaihetta käan-30 täraätön tulo on kytketty piirin maapisteeseen. Vahvistin 160 tuottaa piiristä 100 lähtösignaalin (VQ), joka on C^tn ja Cgjn funktio, jota lähtösignaalia käytetään edullisesti sopivan toimi- tai lukulaitteen 161 yhteydessä, kaksijohtoisen lähettimen virransäätimen, virta-paine-muuntimen tai vastaavan yhteydessä. 35C.j:n ja Cg:n linearisointi saadaan aikaan säätökondensaattorilla C , joka on kytketty johtoon 112 ja piirin maapisteeseen diodin 164 kautta ja johtoon 152 diodin 166 kautta. Diodit 164 ja 166 voivat sisältyä tasasuuntauslaitteisiin 120. Koska tässä 764 36 11 tapauksessa diodien 164 ja 166 muodostamasta parista ainoastaan diodi 166 on kytketty summauspisteeseen 154A, täytyy kondensaattorin C, arvo kaksinkertaistaa eli C, = 2C , josta saadaan: j j s 5 v _ V f °2 " ci \ yhtälö (6) o K ^C1 + C2 - (2Cg)'

Suodatinkondensaattorit 170, 172 ja 174 johdoista 142, 150 ja 152 piirin maapisteeseen saavat aikaan virtasignaalin tasoittumisen.

10

Toiminnassa ollessaan oskillaattori 110 synnyttää olennaisesti amplitudiltaan vakion huipusta huippuun -jännitteen säädellyllä vaihtelevalla taajuudella jokaiseen kondensaattoriin C2 ja C_. C^:n ja C2:n toiset levyt (117, 118) on kytketty tasasuun-15 tauslaitteiden 120 kautta vahvistimiin 144, 154 ja 160.

Oskillaattorin 110 ensimmäisen osajakson aikana kondensaattorin C.j kapasitanssia edustava ensimmäinen virta i^ virtaa vahvistimen 144 vaiheen kääntävässä tulossa olevasta virtojen yhteenlas-?o kusoImusta johdon 150, diodin 124 ja johdon 134 kautta varaamaan C^n. Oskillaattorin 110 toisen osajakson aikana virta i1 virtaa C^stä johdon 132, diodin 122 ja johdon 152 kautta virtojen yhteenlaskusolmuun 154A (joka vaikuttaa vahvistimen 154 tuloon) ja vastuksen 156 kautta -V^pieen. Tämän ensimmäisen vir-25 tätien päättää takaisinkytkentävastus 148, joka yhdessä vaiheen kääntävän vahvistimen 144 ja vastuksen 146 kanssa invertoi ensimmäisen virran i1 niin, että johtoa 142 pitkin esiintyy solmussa 140 virta (-i^). Oskillaattorin 110 ensimmäisellä osajakso la virtaa C2:n kapasitanssia edustava toinen virta (i^) solmusta 30 140 johdon 142 ja diodin 128 kautta johtoon 138 varaamaan C2:n. Oskillaattorin 110 toisen osajakson aikana i2 virtaa johdon 136 ja diodin 126 kautta johtoon 152 ja virtojen yhteenlaskusolmuun 154A (joka vaikuttaa vahvistimen 154 vaiheen kääntävään tuloon) ja vastuksen 156 kautta -Vpppteen. Säädön tapahtuessa vahvistin 35 154 synnyttää lähdössään jännitesignaalin, joka säätää oskillaat torin 110 taajuutta siten, että virran i^ ja i2 summa on funktio nimellisarvoltaan vakiosta huipusta huippuun -jännitteestä (V ) diodin jännitehäviöstä (Vjj) ja oskillaattorin 110 taajuudesta (f) sekä C^stä ja C2:sta, eli: 764 36 12 + i2 f (VPP “ 2V <C1 +°2)"Ρ

Vielä eräs esillä olevan keksinnön mukaisen piirin lisäsuoritus-muoto on esitetty viitenumerolla 200 kuviossa 3. Tässä suoritus-5 muodossa virtojen yhteenlaskusolrauun 210 syötetään kondensaattorin G1 kapasitanssia edustava ensimmäinen virta i1 ja kondensaattorin kapasitanssia edustava toinen virta i^ virran vaiheen kääntävästä vahvistimesta 212. Tässä suoritusmuodossa on säätovahvistimen 216 vaihetta kääntämätön tulo kytketty piirin ίο maapisteeseen ja vaiheen kääntävä tulo kytketty yhteenlaskusol-muun 210 ja se tuottaa lähtösignaalin säätämään jänniteohjatun oskillaattorin 218 taajuutta. Tasasuuntauslaitteet, jotka on esitetty yleisesti viitenumerolla 220, tasasuuntaavat virrat i^ ja i2> jotka edustavat C^tä ja C^tta ja jotka ovat seurausta is kertautuvasti varaavista ja purkavista olennaisesti amplitudiltaan vakioista, taajuudeltaan vaihtelevista jännitesignaaleista (V ), jotka ovat peräisin oskillaattorista 218, jota taajuutta säädetään :n ja C2:n kapasitanssien muutosta vastaavasti. Päätevahvistimen 230 vaiheen kääntävä tulo on kytketty tasasuun-?o tauslaitteisiin 220 ja se synnyttää lähtösignaalin sopiviin toimilaitteisiin 232, kuten kahden johdon virransäätimeen, lukulaitteeseen tai vastaavaan. C^:n ja C2:n linearisoinnin suorittaa säätökondensaattori diodien 242 ja 244 kautta, jotka diodit on kytketty yhteenlaskusolmuun 210. Diodit 242 ja 244 25 voivat sisältyä tasasuuntauslaitteisiin 220A. Koska tässä tapauksessa, kuten kuvion 2 yhdessä suoritusmuodossa, vain diodi 244 on kytketty yhteenlaskusolmuun 210, täytyy C^:n arvo kaksinkertaistaa kuten yllä on selitetty yhtälön (6) yhteydessä.

30 Kuvioiden 2 ja 3 suoritusmuodot toimivat käyttäen amplitudiltaan olennaisesti vakiota huipusta huippuun -jännitettä, jolla on vaihteleva taajuus, herättämään reaktanssilaitteen ilman induk-tiivisiä kytkentälaitteita kytkemään huipusta huippuun-jännitettä sellaiseen reaktanssilaitteeseen. Kun näitä suoritusmuotoja 35 käytetään kaksijohtoisessä piirissä, voidaan niissä käyttää vahvistimien 160 ja vast. 230 vaiheen kääntävää tuloa yhteenlasku-solmuna takaisinkytkentävirralle (i ) ja virroille i^ sekä i2· Sitten voidaan käyttää virransäädintä, jännitesäädintä ja muita 13 76436 kuviossa 1 esitettyjä piirejä tai muita sellaisia kaksijohtoisic piirejä. Kun kuvion 1 kaksi johtoista piiriä käytetään ja kun muita kaksijohtoisia piirejä käytetään, jälleen vahvistimet voivat saada tehonsa kahden johdon liittimien kautta. Kuvion 1 suo-5 ritusmuodon edut ovat esillä kuvioiden 2 ja 3 suoritusmuodoissa. Alan ammattimies ymmärtää, että vaihteleva impedanssi sisältyy vaihtelevaan vaihtovirtareaktanssilaitteeseen.

isillä olevaa keksintöä on kuvattu useisiin edullisiin suoritus-10 muotoihin viitaten, alan ammattimiehet ymmärtävät , että monia muutoksia muodossa ja yksityiskohdissa voidaan tehdä poikkeamatta keksinnön hengestä tai piiristä.

Claims (14)

764 3 6 14

1. Piiri vaihtovirtareaktanssilaitteen (Ci,C2) reaktanssin mittaamiseksi, joka reaktanssi vaihtelee mitattavien olosuhteiden (P].,P2) mukaan, piirin sisältäessä ohjatun oskillaattorin (34, 110, 218), joka synnyttää vaihtovirtareaktanssilaitteen (Ci,C2) reaktanssista riippuvan lähtösignaalin, ja tasasuuntauslaitteen (20, 120, 220A), johon lähtösignaali syötetään ja joka tuottaa vaihtovirtareaktanssilaitteen (Ci»C2) reaktanssista riippuvan lähtösignaalin, joka syötetään säätölaitteen (50, 60, 70; 154; 212, 216) kautta ohjaavan tulosignaalin aikaansaamiseksi oskillaattoriin (34, 110, 218), tunnettu siitä, että tasasuuntauslaite (20, 120, 220A) on kytketty suoraan vaihtovirtareaktanssilaittee-seen (0^,02)/ oskillaattorin lähtösignaalin ollessa olennaisesti vakioinen huipusta huippuun -jännitesignaali, jolla on vaihteleva taajuus, joka riippuu oskillaattoriin (34, 110, 218) tulleesta tulosignaalista, kyseisen tulosignaalin ollessa tasavirtasignaali, jonka arvo riippuu sekä lähtösignaalin taajuudesta että vaihtovirtareaktanssilaitteen (C^,C2) reaktanssista .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen piiri, tunnettu siitä, että vaihtovirtareaktanssilaite (Ci,C2) käsittää ainakin yhden kondensaattorin (12, 14 tai 16; 114, 117 tai 116, 118), jonka arvo vaihtelee mitattavien olosuhteiden muutosten mukaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen piiri, tunnet-t u siitä, että säätölaite (50, 60, 70; 154; 212, 216) mittaa kahta tasasuuntauslaitteesta (20, 120, 220A) tulevaa virtaa, jotka riippuvat kyseisen lähtötaajuussignaalin taajuudesta ja vaihtovirtareaktanssilaitteen (C^,C2) reaktanssista. is 7 6 4 3 6

4. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen piiri, tunnettu siitä, että vaihtovirtareaktanssilaite (Ci,C2) on suljettu koteloon, josta se on sähköisesti eristetty .

5. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen piiri, tunnettu siitä, että vaihtovirtareaktanssilaite (Ci,C2) käsittää ainakin ensimmäisen (Ci) ja toisen (C2) reaktanssikomponentin.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen piiri, tunnettu siitä, että ainakin yksi mainituista reaktanssikomponenteista (Οχ,C2) on arvoltaan vaihteleva.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen piiri, tunnet-t u siitä, että säätölaite käsittää ensimmäisen (50) ja toisen (60) vahvistinlaitteen, joihin lähtösignaalit ensimmäisestä ja toisesta reaktanssikomponentista (Ci,C2) tulevat tässä järjestyksessä, ja vertailulaitteen (70), johon lähtö-signaalit ensimmäisestä ja toisesta vahvistinlaitteesta (50, 60) tulevat ja josta lähtee mainittu säätötulosignaali oskillaattoriin (34) vahvistinlaitteista (50, 60) siihen tulevien signaalien funktiona.

8. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen piiri, tunnettu siitä, että siinä on lähtölaite (80), johon vaihtovirtareaktanssilaitteen reaktanssia edustava läh-tösignaali tulee, lähtölaitteen (80) toimiessa tasavirran ohjaajana kahdessa johtimessa, jotka muodostavat johdot, joissa on kaksijohtiminen piiri (86, 88, 90, 92), lähtösignaalin funktiona.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen piiri, tunnettu siitä, että kaksijohtiminen piiri käsittää jännitteensäätimen (84), joka synnyttää stabiilin vertailujännitteen piiriin. 16 764 36

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen piiri, tunnettu siitä, että siinä on jännitteensäätimeen (84) kytketty vertailu jännitelaite (84A) tuottamaan vertailujännitteen lähtö-laitteelle (80) .

11. Patenttivaatimuksen 8 mukainen piiri, tunnettu siitä, että siinä on takaisinkytkentävastus (85) kytkettynä kahteen johtimeen ja lähtölaitteeseen (80), jolloin lähtö-laitteelle (80) syntyy tulosignaali vaihtovirtareaktanssi-laitteesta lähtevän lähtösignaalin funktiona ja takaisinkyt-kentävirta takaisinkytkentävastuksen (85) kautta.

12. Minkä tahansa edellisen vaatimuksen, paitsi vaatimuksen 2 tai siitä riippuvan vaatimuksen, mukainen piiri, tunnet-t u siitä, että vaihtovirtareaktanssilaite käsittää kapasi-tiivisen paineanturin, joka sisältää kotelon muodostaman kammion, kalvon, joka muodostaa ensimmäisen yhteisen kondensaat-torilevyn (12) kammioon, ja toisen ja kolmannen kondensaatto-rilevyn (14,16), jotka ainakin osittain muodostuvat kammion kalvoa vastapäätä olevasta seinästä.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen piiri, tunnettu siitä, että ensimmäinen ja toinen kondensaattorilevy (12, 14) muodostavat ensimmäisen kondensaattorin (Ci) ja ensimmäinen ja kolmas kondensaattorilevy (12, 16) muodostavat toisen kondensaattorin (C2), joiden kondensaattorien arvot vaihtelevat mitattavan paineen funktiona, joka vaikuttaa vaihtovirtareak-tanssilaitteeseen, säätölaitteen säätäessä oskillaattorin (34) lähtösignaalin taajuutta (f) siten, että: f _r vpp (Cj . c2) 17 76436 jossa Vpp on lähtötaajuussignaalin huipusta huippuun -jännite ja P on paineen säädetty funktio.

14. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen piiri, tunnettu siitä, että tasasuuntauslaite käsittää useita diodeja (22, 24, 26, 28, 30, 32), jotka on olennaisesti kompensoitu lämpöryöminnän suhteen. ib 76436