FI96144C - Mittauspiiri - Google Patents

Description

5 96144

MITTAUSPIIRI

Esillä olevan keksinnön kohteena on syöttösignaalin mittaava mittauspiiri.

Esillä olevan keksinnön kohteena on mittauspiiri ulostulon muodostamiseksi syöttösignaalin funktiona. Syöttösignaali kytketään generaattorilaitteeseen, joka käsittää reaktanssilait-teen tietyn varauspakettimäärän muodostamiseksi. Generaattori-10 laite synnyttää generaattorisignaalin, joka käsittää syöt- tösignaaliin reagoivat varauspaketit. Generaattorisignaali kytketään mittauslaitteeseen^ joka mittaa generaattorisignaalin sopivimmin kokoamalla varauspaketit reaktanssilaitteen funktiona. Mittauslaite synnyttää mittaussignaalin generaatto-15 risignaalin funktiona. Mittaussignaali kytketään takaisinkyt-kentälaitteeseen, joka synnyttää takaisinkytkentäsignaalin mittaussignaalin funktiona. Takaisinkytkentäsignaali kytketään generaattorilaitteeseen varauspakettien muodostamisen valvomiseksi generaattorilaitteen avulla. Takaisinkytkentälaite syn-20 nyttää lisäksi varauspakettien määrää edustavan tulostus- signaalin. Mittauspiiri sisältää sopivimmin tulostuslaitteen, joka laskee varauspakettien määrän analogisen, digitaalisen tai analogisen ja digitaalisen yhdistelmän käsittävän tulostuksen muodostamiseksi syöttösignaalin funktiona.

25

Keksinnölle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patentti-• vaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Piirustuksien lyhyt kuvaus 30 Kuvio 1 esittää kaaviota esillä olevan keksinnön mukaisen lä hettimen ensimmäisestä sovellutusmuodosta; ·· Kuvio 2 esittää kaaviota tämän lähettimen toisesta sovellutus- muodosta, joka on tarkoitettu käytettäväksi yhdessä kapasitii-25 visen anturin kanssa;

Kuvio 3 esittää kuviota 2 vastaavaa ajoituskaaviota; 96144 2

Kuvio 4 esittää tämän keksinnön mukaisen tulostuslaitteen ensimmäistä sovellutusmuotoa;

Kuvio 5 esittää tämän keksinnön mukaisen tulostuslaitteen 5 toista sovellutusmuotoa;

Kuvio 6 esittää lähettimen kolmatta sovellutusmuotoa, joka on tarkoitettu käytettäväksi yhdessä vastussilta-anturin kanssa; 10

Kuvio 7 esittää kaaviota tämän keksinnön mukaisen lähettimen neljännestä sovellutusmuodosta;

Kuvio 8 esittää kuviota 7 vastaavaa ajoituskaaviota; ja 15

Kuvio 9 esittää kaaviota tämän keksinnön mukaisen tulostuslaitteen kolmannesta sovellutusmuodosta;

Kuvio 10 esittää kaaviota tämän keksinnön mukaisesta jännit-20 teenmittauspiiristä; ja

Kuvio 11 esittää kuviota 10 vastaavaa ajoituskaaviota.

Suositeltavien sovellutusmuotojen yksityiskohtainen selostus 25 Kuviossa 1 on mittauspiirin ensimmäistä sovellutusmuotoa merkitty yleensä numerolla 10. Syöttölaite 14 syöttää linjalla 16 signaalin esimerkiksi potentiaalin, virran, paineen, lämpötilan, virtauksen, pH-arvon tai vastaavanlaisen muuttujan ilmaisemista varten. Linja 16, joka voi käsittää monin-30 kertaisia signaalireittejä, kytkee syöttölaitteen 14 gene-raattorilaitteeseen 18 generaattorilaitteen 18 varustamiseksi . tunnistettuja muuttujia edustavalla signaalilla tai signaa leilla. Kuviossa 1 näkyvä linja 16 voi käsittää moninkertaiset sähköjohtimet, kuituoptisen kaapelin, paineväylät 35 tai muut kytkentälaitteet.

Generaattorilaite 18 käsittää syöttölaitteeseen 14 kytketyn reaktanssilaitteen 11 ja takaisinkytkentälaitteesta 9 linjaan 96144 3 19 syötetyn takaisinkytkentäsignaalin avulla ohjatun kytkentälaitteen 13. Reaktanssilaite 11 on liitetty kytkentälaitteeseen tunnistettua parametriä edustavien varauspakettien tietyn määrän syöttämiseksi linjan 35 kautta mlttauslait-5 teeseen 34. Käsite •'paketti" merkitsee kapasitanssiin tai siitä pois virtaavan sähkövarauksen erillistä määrää, tämän varauksen ollessa varattuna ensimmäisestä potentiaalista toiseen, ensimmäisen potentiaalin suhteen erilaiseen potentiaaliin. Paketin sisältämän varauksen potentiaali on suoraan 10 verrannollinen kapasitanssiin ja ensimmäisen ja toisen potentiaalin väliseen eroon. Generaattorilaite 18 syöttää ensimmäisellä polaarisuudella varustetut ensimmäiset va-rauspaketit ja toisen, ensimmäisen polaarisuuden suhteen vastakkaisen polaarisuuden käsittävät toiset varauspaketit 15 linjaa 35 pitkin mittauslaitteeseen 34. Mittauslaite 34 kerää varauksen vähentämällä toiset varauspaketit ensimmäisistä varauspaketeista. Kun varauksen kerääntyminen mittauslaitteessa saavuttaa valitun tason, lähetetään mittaussignaali 28, joka palautetaan takaisin mittauslaitteesta 20 34 linjalla 28A takaisinkytkentälaitteeseen 9 linjalla 19 kulkevan takaisinkytkentäsignaalin valvomiseksi. Ensimmäisen ja toisen varauspaketin eteenpäinsyöttö linjalla 35 mittauslaitteeseen 34 ja linjalla 28A olevan mittaussignaalin takaisinkytkentä sekä takaisinkytkentäsignaalin syöttö 25 linjalla 19 generaattorilaitteeseen 18 aiheuttavat mittaussignaalin 28 jaksottaisen toiminnan. Vastauksena mittaussignaalin syöttöön linjalla 28A takaisinkytkentälaite 9 lähettää takaisinkytkentäsignaalin linjalla 10, joka puolestaan käynnistää kytkentälaitteen 13 tunnistettua parametriä 30 edustavan varauspaketin tai -pakettien syöttämiseksi mittauslaitteeseen 34 linjalla 35. Linjaan 35 kytketyt ensim-maiset varauspaketit lisäävät varauksen määrää mittaus-·' laitteessa 34. Linjaan 35 kytketyt toiset varauspaketit vähentävät varauksen määrää mittauslaitteessa 34. Toisilla 35 varauspaketeilla on pääasiassa kiinteä amplitudi tai ne voivat vaihtoehtoisesti edustaa tunnistettua parametriä.

Kun mittauslaitteeseen 34 kerääntynyt varaus täten tasapainotetaan ajan kuluessa valitulle tasolle, mittauslaite 34 • · 4 4 96144 lähettää taas mittaussignaalin 28. Varauksen kerääntymisen valitulle tasolle saattamista varten tarvittava varauspaket-tien määrä edustaa kyseistä parametriä. Varausta tasapainottavaa vuorovaikutusta esiintyy generaattorilaitteen 18, 5 mittauslaitteen 34 ja takaisinsyöttölaitteen 9 välillä. Ensimmäisellä polaarisuudella varustettujen varauspakettien määrä tekee varauksen kerääntymisen tasapainottomaksi mittauslaitteessa 34 ja tällöin toisella polaarisuudella varustettuja varauspaketteja syötetään mittauslaitteeseen 34, 10 kunnes mittauslaitteessa oleva varaus on saatettu takaisin tasapainoon valitulla tasolla, jossa mittaussignaali 28 synnytetään. Ensimmäisellä ja toisella polaarisuudella varustettujen varauspakettien määrät edustavat tunnistettua parametriä. Varauksen kerääntyminen mittauslaitteessa 34 on 15 sopivimmin jatkuvaa eikä jaksottaista nollautumista tapahdu. Siten varauspakettien määrä, joka ylittää niiden kerääntymisen tasapainottamista varten mittauslaitteessa 34 vaadittavan määrän, siirretään eteenpäin seuraavaan mittausaika-väliin. Tämä varauksen siirto eteenpäin parantaa tarkkuutta 20 useiden mittausjaksojen aikana. Varauspakettien lukumäärän pitkäaikainen keskiarvo pyrkii kohti tunnistettua parametriä edustavaa tarkkaa arvoa, koska varauspakettien pientä kerääntymistä mittauslaitteessa 34 ei nollata eikä kadoteta mittaus jakson lopussa, vaan varauspaketit siirretään sen 25 sijaan eteenpäin vaikuttamaan seuraavaan mittaus jaksoon.

Ajan kuluessa muodostettujen ensimmäisten ja toisten varaus-pakettien määrän ilmaiseva tulostussignaali lähetetään linjan 8 kautta tulostuslaitteeseen 38, joka kytkee paramet-30 riä edustavan signaalin lukulaitteeseen 43 linjan 42 välityksellä. Tulostuslaitetta 38 ohjataan siten funktiona : parametriä edustavien varauspakettien lukumäärän suhteen.

Tulostuslaite 38 voi yksinkertaisesti lähettää tulostussig-naalin linjaa 18 pitkin lukulaitteeseen 43 muodostaen siten 35 parametriä edustavan signaalin linjalle 42. Tulostuslaite 38 voi vaihtoehtoisesti vastaanottaa tulostussignaalin 8 ja muodostaa analogisen, sarjadigitaalisen tai yhdistetyn analogisen ja digitaalisen tulostuksen.

• · li 5 96144

Kuviossa 2 on esitetty kuviota 1 vastaavan kapasitiivisen painelähettimen sovellutusmuoto. Kuviossa 2 käytetyt kuvioon 1 verrattuna samat viitenumerot merkitsevät vastaavia ominaispiirteitä.

5

Kuvion 2 esittämässä sovellutusmuodossa kapasitiivinen painemuutin 14A tunnistaa numerolla 14 merkityn paineen P ja syöttää sen kapasitanssiltaan CH olevaan säädettävään kondensaattoriin 15 ja kapasitanssilla CL varustettuun 10 säädettävään kondensaattoriin 13, näiden kapasitanssien vastatessa kyseistä painetta. Generaattorilaite 18 vastaanottaa signaalit El ja E2 takaisinkytkentälaitteesta 9 kytkimien 100 ja 102 ohjausta varten sekä herätteen antamiseksi anturiin 14Ά.

15

Syöttölaite 14 on liitetty generaattorilaitteeseen 18 linjan 121 välityksellä tunnistettua painetta P vastaavan signaalin lähettämiseksi generaattorilaitteeseen 18. Looginen heräte-piiri 104, looginen esimagnetointipiiri 108 ja looginen 20 anturipiiri 114 vastaanottavat kukin mittaussignaalin 28. Piirit 104, 108 ja 114 syöttävät signaalit El, E2, B, SI ja S2 kytkimien 100, 102, 106, 116 ja vastaavasti 118 ohjaus-sisäänmenoihin eli portteihin, näiden kytkimien ollessa sopivimmin varustettuina MOS-siirtoporteilla. Näiden MOS-25 siirtoporttien rakenne on suunniteltu sellaiseksi, että ne päästävät läpi erittäin alhaiset vuotovirrat ollessaan < « « * avoimina ja siirtävät minimaalisen määrän loisvarausta ollessaan kytkettyinä päälle. Mos-siirtoportin haluttuna ominaisuutena on alle yhden 10"^ ampeerin vuotovirta oi-30 lessaan "off” asennossa ja alle ,05 10 ** coulombin varauksen siirto ollessaan kytkettyinä päälle. Kukin kytkin suljetaan . signaalien kytkemistä varten käyttämällä korkeaa eli "1"- ·* tasoa ja avataan signaalikytkennän lopettamiseksi käyttämällä matalaa eli "0" tasoa kytkimen· ohjaussisäänmenossa eli 35 portissa. Kytkimet 100 ja 102 suljetaan peräkkäisessä järjestyksessä ei-päällekkäisellä tavalla vertailupotentiaalien +V ja -V kytkemiseksi muuttimeen 14A halutun herätteen syöttämistä varten muuttimeen 14A.

' · « 6 96144

Kytkin 106 suljetaan jaksottaisesti kytkemään linja 17 DC yhteisvertailupotentiaaliin 110 vastuksen 112 kautta säätäen siten DC esivirta 120 vahvistimessa 120 halutulle tasolle. Vahvistin 120 tunnistaa muutinsignaalin linjaan 17 liitetyssä 5 impedanssiltaan korkeassa sisäänmenossa ja kytkee tunnistettua parametriä edustavan signaalin impedanssiltaan matalasta ulostulosta 121 kapasitanssilla Cl varustettuun kondensaattoriin 117. Takaisinkytkentälaitteessa 9 oleva looginen anturipiiri 114 säätää kytkimet 116 ja 118 syöttämään tun-10 nistettua parametriä edustava varauspaketti kondensaattorista 117 linjaan 32A. Yksi tällainen varauspaketti synnytetään linjassa 32A vastauksena mittaussignaalin 28 kuhunkin muodostamiseen. Linjassa 32A tapahtuva varausvirtaus on siten suoraan verrannollinen tunnistettuun paineeseen P, mittaus-15 ulostulon käyttömäärään, anturiin 14 kytkettyyn vertailu-potentiaaliin ja kapasitanssiin Cl.

Takaisinkytkentälaitteessa 9 oleva looginen vertailupiiri 150 muodostaa signaalit Rl ja R2 kytkimien 152, 154, 156 ja 20 158 säätämiseksi kuvion 2 mukaisella tavalla. Ensiksi kytkimet 154 ja 158 suljetaan kytkien siten kondensaattori 153 vertailupotentiaalien +V ja DC yhteispotentiaali väliin ja tallentamalla varaus kapasitanssilla C2 varustettuun kondensaattoriin 153 kytkimien 152 ja 156 ollessa avoinna. Toiseksi 25 kytkimet 152 ja 156 suljetaan kytkien siten kondensaattori 153 vertailupotentiaalin -V ja linjan 36 väliin kytkimien 154 ja 158 ollessa avoinna, jolloin varauspaketti siten puretaan linjaan 36A. Tätä kytkentäjärjestystä toistetaan jatkuvasti varauksen tai virran keskimääräisen virtauksen 30 saamiseksi linjaan 36A, tämän virtauksen ollessa suoraan verrannollinen vertailupotentiaaliin, kondensaattorin 153 kapasitanssiin C2 ja kytkimien 154 ja 158 käyttötiheyteen.

Ensimmäinen signaali linjalla 32A ja toinen signaali linjalla 35 36A kuviossa IB ovat polaarisuudeltaan vastakkaisia, niin että ensimmäinen signaali varaa integraattorin 160 ensimmäisessä suunnassa ja toinen signaali toisessa suunnassa, joka on päinvastainen ensimmäiseen suuntaan verrattuna. Linjoissa 7 96144 32A ja 36A olevat kaksi signaalia vähennetään tehokkaasti toisistaan integraattorissa 160, koska niillä on vastakkaiset polaarisuudet. Integraattori 160 käsittää vahvistimen 162, jossa on impedanssiltaan korkeat sisäänmenot 163 ja 165, 5 sekä integraattorikondensaattorin 164, joka liittää yhteen vahvistimen 162 ulostulon ja vahvistimen 162 invertoivan ottonavan 163. Kohinanohituskondensaattori 166 on liitetty invertoivasta ottonavasta 163 vahvistimen 162 ei-invertoivaan ottonapaan 165, joka on myös kytketty DC yhteispotentiaaliin 10 110. Integraattori 160 kerää linjoihin 32A ja 36A kytketyt varauspaketit ja muodostaa integraattorisignaalin integraattor iulostulossa 168, joka vastaa kerääntynyttä varausta. Integraattorisignaali 168 on kytketty vertailulaitteen 170 invertoivaan ottonapaan 169, ja vertailulaitteen 170 ei-15 invertoiva ottonapa on liitetty vertailupotentiaaliin, joka sopivimmin on DC yhteispotentiaali 110. Vertailulaite 170 vertaa integraattorisignaalin 168 tasoa vertailupotentiaaliin 110 ja synnyttää mittaussignaalin 28 linjaan 28A, signaalin 28 ilmaistessa integraattorisignaalin 168 polaarisuuden 20 vertailupotentiaalin 110 suhteen.

Varausvirtaus 1 linjassa 32A kulkevassa ensimmäisessä signaalissa 32 on pääasiassa: (N1)C1) (VR)/2 (1 - (CH - CU/CH + CL)) yhtälö 1 25 jossa:

Ql = varauksen kokonaisvirtaus linjassa 32A aikavälillä T; • · N1 = varauspakettien lukumäärä linjassa 32 aikavälillä T;

Cl = kondensaattorin 117 kapasitanssi; VR = kytkimiin 100 ja 102 kohdistettujen vertailupotentiaa- 30 lien +V ja -V välinen potentiaaliero; CH = painetunnistuskondensaattorin 15 kapasitanssi; ja . CL = painetunnistuskondensaattorin 13 kapasitanssi.

« «

Varausvirtaus Q2 linjassa 36A on pääasiassa: 35 Q2 = (N2)(C2)(V2) yhtälö 2 jossa: Q2 = varauksen kokonaisvirtaus linjassa 36A aikavälillä T; N2 = varauspakettien lukumäärä linjassa 36 aikavälillä T; • · 8 96144 F2 = taajuus, jolla piiri 150 käynnistää kytkimet 152 ja 156; C2 = kondensaattorin 153 kapasitanssi; ja VR = kytkimiin 152 ja 154 kohdistettujen vertailupotentiaa-lien +V ja -V välinen potentiaaliero.

5

Integraattori 160 tasapainotetaan uudelleen toistuvasti, niin että mitään nettovarausta ei keräänny integraattoriin mittaussignaalin 28 jaksosarjan aikana aikavälillä T. Siten varaus Q1 säädetään pääasiassa varauksen Q2 suuruiseksi.

10 Yhdistämällä edellä olevat yhtälöt 1 ja 2 ja asettamalla Q1 = Q2, saadaan seuraava suhde: N2 = (N1)(Cl)/2(C2) (1 - (CH - CL)/(CH + CL)) yhtälö 3

Ylläoleva yhtälö 3 osoittaa, että N2 on riippuvainen lähinnä 15 vain kapasitansseista ja varauspakettien lukumäärästä Nl. Lukumäärä Nl voidaan pitää vakiona laskemalla sykäysten N2 lukumäärä sykäysten Nl määrän ollessa vakio ja laskemalla N2 funktiona CH:sta ja CL:stä. Molemmat signaalit 32 ja 36 ovat suoraan verrannollisia samaan vertailupotentiaaliin 20 VR, mutta tämä vertailupotentiaalisuure VR on poistettu edellä olevasta yhtälöstä 3, jolloin tulokseksi saatu varauspakett ien määrä on pääasiassa riippumaton vertailupoten-tiaalista käyttöalueella. Kapasitanssit Cl ja C2 voidaan valita käsittämään pääasiassa yhteensopivat lämpötilaominai-25 suudet, jolloin Cl:n lämpötilan vaihtelut osoittajassa eliminoidaan C2:n vastaavien lämpötilavaihtelujen avulla nimittäjässä ylläolevassa yhtälössä, jolloin sykäysmäärään N2 ei lähetinpiirin lämpötila vaikuta. Sykäysmäärä N2 on myös pääasiassa riippumaton vertailulaitteeseen käyttöalueel-30 la kohdistetusta valitusta tasosta. Siten valittuna tasona voi olla vertailupotentiaali -V yhteisen DC tason sijasta, . jota käytetään, kun vahvistimet 120, 162 ja vertailulaite ( . 170 on suunniteltu toimimaan lähellä -V vertailupotentiaalia olevilla tasoilla. Suure ((CH - CL/CH + CL)) edellä olevassa 35 yhtälössä on suoraan verrannollinen muuttimeen 14A kohdistettuun paineeseen P. Siten voidaan havaita, että lukumäärä N2 on riippuvainen paineesta P, ja se voi olla pääasiassa riippumaton vertailupotentiaaleista ja lähettimen ympäristö- ··«

II

9 96144 lämpötilasta käyttöalueella.

Kuviossa 3 on esitetty ajoitussuhteet integraattorisignaalin 168, mittaussignaalin 28 ja signaalien El, E2, B, SI, S2 5 välillä aikakaaviossa 178. Ensimmäinen akseli 180 edustaa aikaa, joka alkaa kohdassa 182 olevasta ajasta TO. Toinen akseli 184 edustaa integraattorisignaalin 168 tasoa 186 ja vertailulaitteen 170 ei-invertoivaan ottonapaan 171 kohdistettua valittua tasoa 188. Varauspakettien syöttäminen 10 linjasta 36A integraattoriin 160 aiheuttaa integraattorisignaalin tason 186 porrastuksen negatiiviseen suuntaan, kunnes integraattorisignaalin taso 186 saavuttaa valitun kynnystason 188 ajassa TO kohdassa 182. Vertailulaite 170 tunnistaa sen, että integraattorisignaalin taso 186 on 15 saavuttanut valitun kynnystason 188 ja lähettää mittaussignaalin linjaan 28A, kuten kuviossa 3 on numerolla 192 merkitty. Linjassa 28A oleva mittaussignaali käynnistää piirit 104, 108 ja 114 antamaan signaalit El, E2, B SI ja S2 kuvion 3 mukaisella tavalla. Ensiksi signaali E2 käynnistetään 20 kohdassa 194 sulkemaan kytkin 102 ja purkamaan painetunnis-tuskondensaattorien 13 ja 15 sarjayhdistelmä. Kytkimen 102 ollessa suljettuna signaali B käynnistetään kohdassa 193 sulkemaan kytkin 106 ja säätämään esivirta kondensaattorien 13 ja 15 risteyskohdassa pääasiassa yhteiselle DC tasolle 25 110. Kohdassa 198 esitetty signaali S2 on pitänyt kytkimen 118 suljettuna tämän ajan kuluessa kondensaattorin 117 varaamiseksi linjassa 121 olevan signaalin ensimmäiselle tasolle. Sen jälkeen kun kytkimet 102, 106 ja 118 ovat avautuneet, signaali El käynnistetään kohdassa 196 varaamaan 30 painetunnistuskondensaattorien 13 ja 15 sarjayhdistelmä vertauspotentiaaliin. Kondensaattorien 13 ja 15 sarjayhdis-telmä toimii kapasitiivisena potentiaalijakaimena ja anturin 14A johtimeen 17 muodostama potentiaali määritetään paine-herkkien kapasitanssien CH ja CL avulla ja siten potentiaali 35 johtimessa 17 edustaa kyseistä painetta. Vahvistin 120 lähettää kondensaatttoriin 117 puskuroidun tulostuksen, joka on pääasiassa sama kuin johtimessa 17 oleva potentiaali. Lopuksi signaali SI sulkee kytkimen 116, kuten kohdassa 202 10 96144 on esitetty, ja parametriä edustava varauspaketti virtaa linjan 32A kautta integraattoriin 160 kondensaattorista 117. Varausvirtausta linjassa 32A voidaan pitää integraat-torista 160 kondensaattoriin 117 kulkevana positiivisena 5 varausvirtauksena tai vaihtoethoisesti kondensaattorista 117 integraattoriin 160 kulkevana negatiivisena varausvirtauksena. Integraattorin tulostustaso kohoaa, kuten kohdassa 204 on esitetty, kohdistamalla varauspaketti linjasta 32A. Tämä varauksen kohdistaminen linjasta 32A tasapainotetaan 10 sitten kohdistamalla varaus linjasta 36A kohdassa 206 esitettyyn ajankohtaan Tl asti, jolloin mittaussignaali käynnistetään taas kohdassa 208 ja jakso toistetaan.

Kuviossa 4 on esitetty kuviota 2 vastaava tulostuslaitteen 15 38 sovellutusmuoto. Tulostuslaite 38 vastaanottaa signaalit linjan 8 kautta lukumäärien N1 ja N2 mukaisesti ja lähettää lähetintulostussignaalin tulostusväylään 42, joka on verrattavissa standardoituun sarjadigitaalitietoväylään. Kuvion 4 mukaisessa sovellutusmuodossa takaisinkytkentälaite 9 lähet-20 tää molemmat polaarisuudet käsittävien varauspakettien lukumäärää (N1 + N2) edustavan sykäyssignaalin linjaan 8B ja ensimmäisellä polaarisuudella varustettujen varauspakettien lukumäärää Nl vastaavan sykäyssignaalin linjaan 8B.

25 Kuviossa 4 linjassa 8A oleva signaali on kytketty N-laskimeen 250, joka muodostaa kestoajaltaan linjassa 8B olevaa signaalia pitemmän avainnussignaalin 252. Avainnussignaali 252 kohdistetaan laskimen 254 avainnussisäänmenoon 256 laskimen 254 kellonapaan 258 kohdistetun linjassa 8B olevan signaalin 30 avainnuslaskentaa varten. Laskin 254 muodostaa monibittisen digitaalisanan rinnakkaisessa tietoväylässä 260, tämän sanan edustaessa tunnistettua painetta. Tietoväylässä 260 olevan digitaalisanan hyväksyy siirtorekisterin 264 ensimmäinen rinnakkainen sisäänmenoportti 262. Looginen säätöpiiri 35 266 vastaanottaa tiedonsiirtosignaalin linjassa 268 ja mikropiirin valintasignaalin "CS" linjassa 270 antoväylästä 42. Muistina 272 toimii laserohjelmoitu muisti, joka on ohjelmoitu sisältämään anturiin 14A ja lähettimeen 10 liit-

II

11 96144 tyvät tunnusomaiset tiedot. Tällaiset tunnusomaiset tiedot voivat sisältää anturin 14a lineaarisuusvakiot, tunnistus-numerot sekä aikajakso- ja nollalämpötilakertoimet. Muistiin 272 tallennetut tiedot siirretään rinnakkaisen tietoväylän 5 274 kautta siirtorekisterin 264 toiseen rinnakkaiseen si- säänmenoporttiin 276. Mikropiirin valintalinjassa 270 olevan signaalin käynnistämänä tämä looginen säätöpiiri valvoo muistia 272 linjan 280 välityksellä ja laskinta linjan 282 kautta tunnistettua parametriä edustavien rinnakkaisten 10 tietojen sekä tunnusomaisten tietojen lähettämiseksi siirto-rekisteriin 264. Looginen säätöpiiri 266 ohjaa sitten siir-torekisteriä 264 linjan 284 välityksellä siirtämään siirto-rekisterissä olevat tiedot sarjamaisesti ulos linjaan 286 tahdistetusti linjassa 268 olevan tiedonsiirtosignaalin 15 kanssa. Sarjätietosana kytketään linjaan 286, joka sisältää tunnistettua parametriä sekä muistiin 272 tallennettuja tunnusomaisia vakioita edustavat tiedot.

Linjat 288 ja 290 syöttävät viiden voltin jännitteen ja 20 vertailupotentiaalin tietoväylästä lähettimeen. Kielletyn energiavyön vertailuarvo 292 herätetään linjojen 288 ja 190 välityksellä synnyttämään yhteinen DC vertailupotentiaali 110 lähettimen 10 virtapiireihin. Pääasiassa kaikki lähettimen 10 piirit on tehty MOS-mikropiireinä halutun alhaisen 25 tehonkulutuksen saavuttamiseksi. Lähetin 10 herätetään sopivimmin kaksijohtimisen 4-20 mA teollisuuskäyttöisen säätövirtasilmukan avulla. Linjat 268, 270, 286, 288 ja 290 käsittävät 5-johtimisen tulostusväylän 42, joka sopii käytettäväksi yhdessä mikroprosessoripohjaisen silmukkavirran-30 syötöllä varustetun laitteen kanssa.

Kuvio 5 esittää virtapiiriä 300, joka voidaan kytkeä linjojen 270, 268, 286, 288 ja 290 välityksellä kuviossa 4 näkyvään viiteen johdintulostusväylään 42. Piiri 300 voi yhdessä 35 kuvion 4 esittämän piirin kanssa käsittää tulostuslaitteen, joka antaa analogisen tai yhdistetyn analogisen ja digitaalisen tulostuksen. Laskinlaite 302, joka on sopivimmin mikro-ohjattua tyyppiä COP444C, valmistajana National Semi- 12 96144 conductor Corporation, vastaanottaa sarjatietosanan sarja-sisäänmenossa 304 tietoväylän 42 linjasta 286 vastauksena mikropiirin valintalinjan 270 herättämiseen laskinlaitteen 302 välityksellä tahdistetulla tavalla linjassa 268 olevan 5 tiedonsiirtosignaalin kanssa. Kellolaite 306, muistilaite 308 ja ajastinlaite 310 on kytketty laskinlaitteeseen 302 sen toiminnan edesauttamiseksi. Muisti 308 käsittää katkottoman muistin, joka tallentaa lähettimen ominaisuuksia, kuten säätöaluetta ja nollausta, tai kuvion 4 muistista 272 10 saatuja anturin ominaisuuksia säätävät muutettavat vakioarvot. Ajastin 310 on ns. "valvontapiiriajastin", joka havaitsee, milloin laskinlaite 302 on lopettanut valitun ajastus-aikavälin normaalin toiminnan ilmaisevan signaalin muodostamisen ja lähettää nollaussignaalin laskinlaitteeseen 302 15 tällaisen häiriön esiintyessä. Kytkin 312 voidaan käynnistää käsin lähettämään laskinlaitteeseen 302 signaali, joka asettaa lähettimen tulostustusominaisuudet "nollatasolle". Kytkin 314 voi olla käsikäyttöinen signaalin lähettämiseksi laskinlaitteeseen 302, tämän signaalin asettaessa lähettimen 20 tulostusominaisuudet täysmittaiselle eli "säätöaluetasolle". Näyttölaite 316 voidaan liittää laskinlaitteeseen 302 las-kinlaitteesta 302 saatavien tietojen, erityisesti tunnistetun parametrin 302 nykyarvon, vastaanottamiseksi ja näyttämiseksi. Kello 306 käsittää sopivimmin kristallioskillaattorin 25 laskinlaitteen 306 ja tulostuspiirin muiden osien ajastami-seks i .

«

Tunnistettua parametriä edustava, linjasta 286 vastaanotettu tietosana ja muistilaitteeseen 308 tallennetut vakiot muo-30 dostavat laskinlaitteeseen 302 syötettävän tietoaineiston tunnistettua parametriä edustavan tulostussanan laskemista varten. Tämä tunnistettua parametriä vastaava tulostussana lähetetään laskinlaitteen avulla sen sarjaulostulosta 316 316 D/A-muuttimeen 318 linjaa 320 pitkin. Laskinlaite 302 35 valitsee muuttimen 318 vastaanottamaan tulostustietosana käynnistämällä mikropiirin valintatulostus linjassa 322.

Kello 306 on kytketty muuttimeen 318 linjan 324 kautta ja , . laskinlaitteesta 302 tuleva tiedonsiirtosignaali lähetetään 13 96144 myös muuttimeen 318 linjan 268 välityksellä muuttimen 318 toiminnan edesauttamiseksi. Muutin 318 on sopivimmln tyyppiä 9706 ja valmistettu Fairchild-puolijohteiden avulla. Muutin 318 syöttää tunnistettua parametriä edustavan analogisen 5 tulostuksen linjan 326 välityksellä säätöpiiriin 330. Säätöpiiri 330 vastaanottaa tunnistettua parametriä vastaavan analogisen tulostuksen linjasta 326 ja valvoo tunnistettua parametriä edustavaa 4-20mA:n antovirtaa päätteissä 332 ja 334. Säätöpiiri 330 herätetään tämän 4-20 mA:n antovirran 10 avulla ja se synnyttää säädellyn viiden voltin jännitteen ja vertailupotentiaalin johtimissa 288 ja 290 piirin 300 johdotuksen ja kuvioissa 2 ja 4 esitettyjen piirien herättämiseksi .

15 4-20 mA:n antovirta päätteissä 332 ja 334 herätetään magne- tointilähteen 336 avulla, joka on liitetty sarjaan virran-lukulaitteen 338 kanssa, kuten kuviosta 5 näkyy.

Lasklnlaite 302 voidaan kytkeä myös ACIA:an eli asynkroniseen 20 liikenneliitäntäpiiriin 340 linjojen 342 välityksellä kaksisuuntaisen digitaalisen yhteyden luomiseksi laskinlaitteen 302 ja digitaalisen tietoliikennelaitteen 344 välille, laitteen 344 ollessa liitettävissä 4-20 mA:n virtasilmukkaan kuvion 5 esittämällä tavalla. ACIA on sopivimmin tyyppiä 25 HD6350, valmistajana Hitachi. ACIA 340 syöttää sarjatieto- sanan linjaa 346 pitkin modulaattoriin, joka lähettää FSK:n m eli vaihtotaajuusmoduloidun sarjatulostuksen linjan 350 kautta säätöpiiriin 330. Säätöpiiri asettaa FSK signaalin 4-40 mA:n tulostusvirran päälle päätteissä 332 ja 334.

30 Sarjasignaali lähetetään sitten linjoja 352 ja 354 pitkin laitteeseen 344, joka demoduloi sarjasignaalin ja tulkitsee sen koodin laskinlaitteesta 302 tulevien tietojen lukemiseksi. Tulostusvirtasilmukan päälle asetettu FSK signaali valitaan modulaatiotaajuudeltaan kyllin korkeaksi ja ampli-35 tudiltaan riittävän matalaksi 4-20 mA:n signaaliin verrattuna, niin että se ei juuri häiritse virtamittausta virta-silmukassa .

14 96144

Laite 344 voi myös kytkeä sarjatietoliikennelaitteesta 344 tulevaa käskyä vastaavan FSK sarjatietosignaalin linjoja 352 ja 354 pitkin säätimeen 330. Tämä kyseistä käskyä edustava signaali lähetetään sitten säätimestä 330 demodulaat-5 toriin 360 linjan 362 välityksellä. Demodulaattori 360 demoduloi tämän käskysignaalin ja lähettää sarjakäskysig-naalin ACIA:an 340 linjan 364 kautta. ACIA 340 vastaanottaa sarjakäskysignaalin linjasta 364 ja lähettää tämän käskyn laskinlaitteeseen 302 tietoväylän 342 välityksellä. Lait-10 teestä 344 vastaanotettua käskysignaalia voidaan käyttää laskinlaitteen 302 avulla muuttamaan lähettimen 10 toimintaa.

Kuviossa 6 on esitetty kuviossa 2 näkyvän piirijohdotuksen eräs vaihtoehtoinen sovellutusmuoto. Viitenumerot, jotka 15 ovat kuviossa 6 samat kuin kuviossa 2, edustavat vastaavia ominaispiirteitä. Kuviossa 6 anturi 14 käsittää rakenteeltaan tavanomaisen vastussiltamuutinpiirin 380, joka reagoi pro-sessiparametriin 12. Tämä vastussiltapiiri 380 voi käsittää prosessipaineen tunnistavan venymäpaineanturin, tämän paineen 20 voidessa vaihtoehtoisesti käsittää mittaripaineen, absoluuttisen paineen tai differentiaalisen paineen. Siltapiiri 380 voi vaihtoehtoisesti sisältää vastussillan, joka käsittää lämpöherkän vastuksen prosessi lämpötilan todentamista varten. Siltapiiri 380 herätetään kytkimien 382, 384, 386 ja 388 25 välityksellä, jotka liittävät siltapiirin syöttöpotentiaaliin +V ja -V johtimien 390 ja 392 kautta. Silta 380 lähettää » * tunnistettua parametriä edustavan signaalin linjojen 394 ja 396 kautta vahvistimeen 120. Vahvistimen 120 vahvistusta valvova takaisinkytkentävastus 398 on kytketty vahvistimeen 30 120 linjojen 396 ja 400 välityksellä. Takaisinkytkentävastus 398 on asetettu sopivimmin sillan 380 viereen, niin että takaisinkytkentävastus 398 ja ainakin osa sillasta 380 voidaan sovittaa yhteen lämpötilan ja vastuksen lämpötila-kertoimen suhteen ympäristölämpötilan haitallisten siltaan 35 kohdistuvien vaikutusten minimoimiseksi.

Kuvion 6 esittämän piirijohdotuksen muut osat toimivat samoin kuin kuvioiden 2 ja 3 yhteydessä on edellä selostettu.

Il 15 96144

Ensimmäinen signaali muodostetaan linjaan 32A ja se käsittää tunnistettua parametriä edustavan varauspaketin vastauksena mittaussignaalin 28 kuhunkin herättämiseen. Linjaan 36Ά muodostetaan toinen signaali, joka käsittää takaisinkytken-5 tälaitteen 9 valvomat varauspaketit. Kuvion 6 mukainen mittauslaite 34 kerää varauksen linjoista 32A ja 36A ja muodostaa tunnistettua parametriä 12 edustavan mittaussignaalin linjaan 28A. Mittaussignaali 28 lähetetään linjan 28A kautta takaisin kuvion 6 esittämään takaisinkytkentä-10 laitteeseen 9 valvomaan varauspakettien muodostamista linjassa 32A.

Kuviossa 7 lähettimen sovellutusmuotoa on merkitty yleensä numerolla 50. Parametri 52, esimerkiksi paineparametri, 15 lähetetään väylää 56 pitkin anturiin 54. Anturi 54 voidaan asettaa lähettimeen 50 tai vaihtoehtoisesti kauas lähetti-mestä 50 kaukohavainnointia varten.

Generaattorilaite 58 synnyttää parametriä 52 edustavan 20 ensimmäisen signaalin linjassa 72A. Tämä linjassa 72A oleva ensimmäinen signaali 72 lähettää varausmäärältään parametriä 52 vastaavat varauspaketit ensimmäisen aikavälin aikana takaisinkytkentälaitteen 59 valvonnan alaisena. Generaatto-rilaite 58 synnyttää myös linjassa 76A toisen signaalin, 25 joka edustaa parametriä 52. Tämä linjassa 76A oleva toinen signaali lähettää varausmäärältään parametriä 52 vastaavat varauspaketit toisen aikavälin aikana, joka on erilainen kuin ensimmäinen aikaväli, takaisinkytlkentälaitteen 59 valvonnan alaisena. Ensimmäisen signaalin 72 lähettämä 30 ensimmäinen varauspaketti on varustettu ensimmäisellä polaa-risuudella ja sellaisella varausmäärällä, että ensimmäinen varauspaketti kasvaa tunnistetun parametrin 52 lisääntyessä. Toisen signaalin 76 lähettämä toinen varauspaketti käsittää ensimmäisen polaarisuuden suhteen vastakkaisen polaarisuuden 35 ja varausmäärän, jonka yhteydessä toinen varauspaketti vähenee tunnistetun parametrin 52 lisääntyessä.

Mittauslaite 74 kerää varauksen linjoissa 72A ja 76A olevista 16 96144 signaaleista. Kun varauksen kerääntyminen ensimmäisestä signaalista linjalla 72A mittauslaitteessa 74 lisääntyy ensimmäiselle valitulle tasolle ensimmäisen aikavälin aikana, tulee mittaussignaali 68 herätetyksi linjassa 68A ensimmäi-5 seen suuntaan. Mittaussignaali 68 lähetetään takaisin takai-sinkytkentälaitteeseen 59, joka reagoi tähän signaaliin lopettamalla ensimmäisen aikavälin ja aloittamalla toisen aikavälin. Toisen aikavälin aikana mittauslaite 74 kerää varauksen toisesta signaalista 76, kunnes varauksen kerään-10 tyminen vähenee toiselle valitulle tasolle, joka on erilainen kuin ensimmäinen valittu taso. Tämän toisen valitun tason saavuttamisen jälkeen mittaussignaali 68 herätetään taas ensimmäisen suunnan suhteen vastakkaisessa toisessa suunnassa. Tämän toisessa suunnassa tapahtuvan herätyksen tun-15 nistaa takaisinkytkentälaite 59, joka reagoi tähän herätykseen lopettamalla toisen aikavälin ja aloittamalla uuden ensimmäisen aikavälin.

Signaalien syöttö eteenpäin linjoissa 72A ja 76A generaat-20 torilaitteesta 58 mittauslaitteeseen 74 ja mittaussignaalin 68 takaisinkytkentä takaisinkytkentälaitteeseen 59 ja gene-raattorilaitteeseen 58 aiheuttaa mittaussignaalin 68 jaksottaisen toiminnan. Generaattorilaite 58, takaisinkytkentälaite 59 ja mittauslaite 74 toimivat yhdessä suljettuna silmukkana 25 tunnistettua parametriä edustavien varauspakettien muodostamista varten.

’ «

Kuviossa 7 näkyvä takaisinkytkentälaite 59 käsittää digitaalisen piirijohdotuksen, joka vastaanottaa mittaussignaalin 30 68 ja lähettää linjoissa 60 ja 61 sykäyssignaalit, jotka vastaavat generaattorilaitteessa 58 muodostettujen varaus-pakettien lukumäärää. Sykäyssignaali 60 lähettää sykäykset ensimmäisen aikavälin aikana. Sykäyssignaali 61 lähettää sykäykset taas toisen aikavälin aikana.

35

Tulostuslaite 78 vastaanottaa sykäyssignaalit 60 ja 61 ja laskee signaalista 60 vastaanotettujen sykäysten määrän mittausaikavälin aikana molemmista signaaleista 60 ja 61 li 17 96144 vastaanotettujen sykäysten kokonaismäärän valvomalla tavalla. Tällä tavoin laskettujen sykäysten lukumäärä edustaa tunnistettua parametriä, ja tulostuslaite 78 lähettää tulostussig-naalin 82 linjassa 82A, tämän signaalin vastatessa tätä 5 sysäysten lukumäärää ja siten itse parametriä. Tulostus 82 kytketään lukulaitteeseen 83, joka antaa tulokseksi tunnistetun parametrin 52 nykyarvon.

Kuviossa 7 esitetty kapasitiivinen anturi 54 käsittää koh-10 distetusta paineesta P, kohta 52, riippuvat kapasitanssit 53 ja 57. Takaisinkytkentälaite 59 käsittää digitaalisen MOS-logiikkapiirin, joka vastaanottaa mittaussignaalin 68 ja säätää kytkimet 421 ja 423 kytkemään herätesignaalin CKO anturiin 54 linjaa 410 pitkin. Linjasta 410 tuleva heräte-15 signaali CKO muodostetaan kytkimissä 421 ja 423, jotka on liitetty vertailupotentiaaleihin +V ja -V kuvion 8 esittämän ajoituskaavion mukaisella tavalla, tämän signaalin amplitudin ollessa pääasiassa sama kuin kohdassa 412 näkyvä vertailu-potentiaali. Vaihtosuuntaaja 414 vastaanottaa signaalin CKO 20 linjasta 410 ja synnyttää käänteissignaalin CKO, joka kytketään lineaarisuuden korjauskapasitansseihin 415 ja 417 linjaa 416 pitkin. Kuvioihin 7 ja 8 viitaten takaisinkytkentälaite 59 muodostaa myös signaalit CK1, CK2, CK3 ja CK4 näiden kuvioiden esittämällä tavalla kytkimien 422, 424, 25 418 ja vastaavasti 420 herätyksen valvomista varten, näiden kytkimien ollessa sopivimmin MOS-tyyppisiä, kuten edellä on selostettu.

Kun herätesignaali CKO on matalalla tasolla, kuten kuvion 8 30 kohdassa 426 näkyy, ja herätesignaali CKO korkealla tasolla 427, signaali CK3 herätetään tietyksi ajaksi kohdassa 428 kytkimen 418 sulkemiseksi haluttujen varausten johtamista ja siten myös tallennusta varten tunnistuskapasitanssiin 57 ja lineaarisuuden korjauskapasitanssiin 417.

35

Herätesignaalin CKO ollessa korkeammalla tasolla kohdassa 430 ja herätesignaalin CKO matalammalla tasolla kohdassa 431, signaali CK4 herätetään tietyksi ajaksi kohdassa 432 ιβ 96144 sulkemaan kytkin 420 ja tallentamaan siten halutut varaukset tunnistuskondensaattoriin 53 ja lineaarisuuden korjauskon-densaattoriin 415. Signaalien CKO, CKO, CK3 ja CK4 ajoitus on pääasiassa riippumaton mittaussignaalista 68.

5

Painetunnistuskondensaattorit 53 ja 57 herätetään signaalin CKO avulla, joka on 180 asteen vaihekulmassa lineaarisuuden korjauskondensaattorit 415 ja 417 herättävän signaalin CKO suhteen. Tämä vaihesuhde mahdollistaa painetunnistuskonden-10 saattoreihin 53 ja 57 liittyvän haitallisen hajakapasitanssin kompensoimisen. Kondensaattorilla 415 on valittu kapasitanssi CL1 ja se herätetään vähentämään valittu varausmäärä kondensaattorista 53. Kondensaattorilla 417 on valittu kapasitanssi CL2 ja se herätetään vähentämään valittu varausmäärä konden-15 saattorista 57. Suure (CL2 - CL1) säädetään vähentämään toisen asteen epälineaarisuus tunnistetun paineen ja suureen (CH - CL)/(CH + CL) välillä. Suure (CL2 + CL1) säädetään vähentämään kolmannen asteen epälineaarisuus tunnistetun paineen ja suureen (CH - CL)/(CH + CL) välillä. Lähettimen 20 tulostuksen lineaarisuus paranee tällä tavoin.

Kuvion 8 mukainen ajoitusaaltomuotojen ryhmä 448 edustaa esimerkkiä, jonka yhteydessä kohdistettu paine P on pääasiassa nolla ja kapasitanssi CH suunnilleen sama kuin 25 kapasitanssi CL. Mittaussignaalin 68 ollessa kytkettynä takaisinkytkentälaitteeseen 59 ensimmäisellä tasolla 434 ensimmäisen aikavälin aikana piiri 59 herättää toistuvasti signaalin CK1 kohdassa 436 kytkimen 422 sulkemiseksi ja tunnistuskondensaattorista 422 tulevien, lineaarisuuden 30 korjauskondensaattorin 415 korjaamien varauspakettien syöttämiseksi linjaan 72A. Kun mittaussignaali on kytketty takaisinkytkentälaitteeseen 59 toisella tasolla toisen aikavälin aikana kohdassa 438, piiri 59 herättää toistuvasti signaalin CK2 kohdassa 440 kytkimen 424 sulkemiseksi ja 35 tunnistuskondensaattorista 57 tulevien, lineaarisuuden korjauskondensaattorin 417 korjaamien varauspakettien syöttämiseksi linjaan 76A.

19 96144

Mittauslaite 74 käsittää integraattorin 442, joka kerää varauksen ensimmäisestä ja toisesta signaalista ensimmäisen ja vastaavasti toisen aikavälin aikana ja muodostaa kerättyä varausta vastaavan integraattorisignaalin 444. Integraatto-5 risignaali 444 kytketään vertailuliipaisinpiirin tai vertai-lulaitteen 446 sisäänmenoon. Vertailuliipaisinpiiri 446 sisältää hystereesin valitun ylemmän ja alemman liipaisutason välissä. Vertailuliipaisinpiiri 446 muodostaa mittaussignaalin 68 linjassa 68A, ja tämä signaali syötetään takaisin 10 valvovaan takaisinkytkentälaitteeseen 59 ja varauksen synnyttävään generaattorilaitteeseen 58.

Kuviossa 8 integraattoritulostuksen 444 taso 441 on esitetty lisääntyvänä ensimmäisestä signaalista 72 saatuja ensim-15 mäisellä polaarisuudella varustettuja varauspaketteja kohdistettaessa ensimmäisen aikavälin aikana ennen ensimmäisen valitun tason 443 ohittamista, joka päättää ensimmäisen aikavälin ja aloittaa toisen aikavälin. Taso 441 laskee, kun ensimmäisen polaarisuuden suhteen vastakkaisella toisella 20 polaarisuudella varustetut varauspaketit kohdistetaan in-tegraattoriin 442 toisen aikavälin aikana.

Kun kapasitanssi CL on suunnilleen kolminkertainen kapasitanssiin CH verrattuna, kuten eräässä toisessa esimerkissä 25 on esitetty ajoitusaaltomuotojen 450 yhteydessä, esiintyy kuitenkin kolminkertainen määrä sykäyksiä 352 linjassa 61 • linjaan 60 verrattuna. Linjassa 60 ja 61 olevat signaalit saadaan mittaussignaalista 68 takaisinkytkentälaitteen 59 välityksellä.

30

Varausvirtaus ensimmäisestä signaalista 72 mittaustulostus-jaksoa kohti on: Q1 = (N1)(CH - CL1)(V) yhtälö 4 jossa: 35 Q1 = ensimmäisen varaustulostuksen syöttämä varausmäärä yhden mittaustulostusjakson 68 aikana; N1 = ensimmäisen signaalin lähettämien varauspakettien määrä yhden mittaustulostusjakson aikana; • * 20 96144 CH = anturin kapasitanssi CH; ja V = vertailupotentiaali.

Varausvlrtaus toisesta varaustulostuksesta 76 mittaussig-5 naalin jaksoa kohti on: Q2 = (N2)(CL - CL2)(V) yhtälö 5 jossa: Q2 = toisen signaalin lähettämä varausmäärä yhden mittaus-tulostus jakson 68 aikana; 10 N2 = toisen signaalin lähettämien varauspakettien määrä yhden mittaustulostusjakson aikana; CL = anturlkapasitanssi CL; ja V = vertailupotentiaali.

15 Yhtälöt 4 ja 5 varausmääriä Ql ja Q2 varten ovat likimääräisiä yhtälöitä, joissa ei oteta huomioon "pientä lasken-tavirhettä" sykäyksiä laskettaessa, tällaisten pienten laskentavirheiden pyrkiessä mitätöimään toisensa. Integraat-toria ei koskaan nollata ja siten integraattoria vertailu-20 lilpaisinpiirin valittua tasolle ylittävälle tasolle ajavat varauspaketit siirretään seuraavalle aikavälille. Tämän varausslirron ansiosta on varausten Ql summa pääasiassa sama kuin varausten Q2 summa pitkän aikavälin Tl aikana, joka käsittää useita mittausjaksoja, ja siten: 25 (Ml)(CH') = (M2)(CL') yhtälö 6 jossa: *- CH' = korjattu kapasitanssi (CH - CLl); CL'= korjattu kapasitanssi (CL - CL2)

Ml = sykäysten määrä linjassa 60 ja samalla ensimmäisen 30 signaalin aikavälin T aikana muodostamien varauspaket tien lukumäärä; ja M2 = sykäysten määrä linjassa 61 ja samalla toisen signaalin • aikavälin T aikana muodostamien varauspakettien luku- määr ä.

35

Yhtälön 6 suureet voidaan järjestää uudelleen ensimmäisen tulostusyhtälön 7 muodostamiseksi: M2 = (1/2)(Ml + M2)(1 + (CH' - CL')/(CH' + CL’)) yhtälö 7 • ·

II

21 96144

Yhtälön 6 suureet voidaan järjestää uudelleen myös toisen tulostusyhtälön 8 muodostamiseksi: M2 - Ml = (Ml + M2)((CH' - CL')/(CH’ + CL1)) yhtälö 8 5 Yhtälöä 7 tai 8 voidaan käyttää tulostuspilrissä 78 seuraa-vassa selostettavalla tavalla.

Kuviossa 9 on esitetty kuviota 7 vastaava tulostuspiiri. Tulostuspiiri 78 käsittää loogisen laskinvalvontapiirin 460, 10 joka vastaanottaa edellä selostetut sykäykset linjoissa 60A ja 61A ja on kytketty laskimeen 466 valvomaan laskimen 466 avulla tapahtuvaa sykäyslaskentaa. Laskin 466 on varustettu veräjällä sykäysten laskemiseksi aikavälillä, jonka aikana valittua aikaväliä T vastaava valittu sykäysmäärä (Ml + M2) 15 vastaanotetaan linjoista 60 ja 61.

Eräässä suositeltavassa sovellutusmuodossa laskin 466 laskee linjasta 61A aikavälin aikana vastaanotettujen sykäysten M2 määrän. Sykäysmäärä (Ml + M2) asetetaan valittuun arvoon, 20 esimerkiksi arvoon 200,000 sykäystä, laskinvalvontalogiikan 460 avulla ja sitten laskentamäärä M2 asetetaan vastaavuus-suhteeseen tunnistetun paineen kanssa yhtälön 7 välityksellä. Tämä laskentatapa on suositeltava laskentatuloksen saamiseksi, joka edustaa etumerkitöntä painemuuttujaa, esimerkiksi 25 painetta, joka muuttuu nollasta täyteen arvoonsa.

Eräässä toisessa suositeltavassa sovellutusmuodossa laskimena 46 on UP/DOWN-vuorosuuntaislaskin, joka laskee laskentasuu-reiden välisen eron (M2 - Ml) aikavälin T aikana. Laskenta-30 suureiden summa (M2 + Ml) asetetaan valittuun arvoon, esimerkiksi arvoon 50,000, laskinvalvontalogiikan 460 avulla ja sitten laskentatulos (M2 - Ml) asetetaan vastaavuussuhteeseen . .1 tunnistetun paineen kanssa yhtälön 8 välityksellä. Tämä laskentatapa on suositeltava laskentatuloksen saavuttamisek-35 si, joka edustaa etumerkillä varustettua painetta tai muuttujaa, joka muuttuu negatiivisesta täysarvosta positiiviseen täysarvoon.

22 96144

Laskimen 466 laskentatulos edustaa tunnistettua parametriä ja se siirretään rinnakkaisen tietoväylän 468 kautta siirto-rekisteriin 470. Siirtorekisteri 470 vastaanottaa myös anturille 54 tunnusomaiset, jo edeltäpäin muistiin 474 5 tallennetut tiedot. Viisijohtiminen tulostusväylä 82 kytkee mikropiirin valintasignaalin eli CS-signaalin linjaan 476 ja linjalla 478 olevan tiedonsiirtosignaalin sekä valvonta-logiikkalaitteeseen 480, joka valvoo rinnakkaistietojen lähettämistä muistista 474, että laskimeen 466 ja siirtore-10 klsteriin 470. Valvontalogiikkalaite 480 valvoo myös siir-torekisteriä 470 antamaan siinä olevien tietojen sarjatulos-tuksen tulostusväylän linjaan 482 tahdistetusti linjalla 478 olevan tietokellon kanssa.

15 Tulostusväylä 82 siirtää viiden voltin vertailujännitteen lähettimeen linjoja 484 ja 486 pitkin ja MOS-jännitejakain 488 syöttää DC yhteisvertailutason 490 lähettimeen. Kuvion 9 esittämä viisijohtiminen tulostusväylä voidaan kytkeä virtapiiriin, kuten kuviossa 5 näkyvään piiriin, 4-20 mA:n 20 analogisen ja digitaalisen tulostuksen syöttämiseksi kaksi-johtimiseen silmukkaan.

Lähettimen piirijohdotus käsittää sopivimmin MOS-tilauspiirin halutun halvan ja rakenteeltaan tiiviin lähettimen muodos-25 tamiseksi. 1

Il

Kuviossa 10 on esitetty mittauspiirin 500 eräs sovellutus- muoto. Mittauspiiri 500 ottaa vastaan syöttösignaalin poten-tiaalilähteestä 510 ja syöttää signaalin linjan 512 väli-30 tyksellä lukulaitteeseen 514 funktiona linjassa 514 tunnistetusta potentiaalista. Potentiaalilähde 510 on kytketty generaattorilaitteeseen 510. Generaattorilaite 520 käsittää ·. kondensaattorin 522, joka on kapasitanssilla C varustettu reaktanssilaite. Kondensaattori 522 kytketään linjalla 514 35 olevaan syöttösignaaliin kytkimen 524 välityksellä. Kytkin 526 kytkee kondensaattorin 522 vertailupotentiaaliin 528 ja kytkimet 530 ja 532 kytkevät kondensaattorin 522 toiseen vertailupotentiaaliin 110, jonka voi muodostaa DC yhteistaso.

23 96144

Kytkin 534 kytkee kondensaattorin 522 linjaan 536 tunnistetun syöttösignaalin mukaisen generaattorisignaalin muodostamiseksi. Kytkimiä 524, 526, 530, 532 ja 534 valvovat digitaaliset signaalit CK2, CK3, CK5, CK4 ja vastaavasti CK1, 5 näiden signaalien ollessa takaisinkytkentälaitteesta 538 saatuja takaisinkytkentäsignaaleja. Mittauslaite 540 vastaanottaa ja mittaa linjaan 536 mitatun generaattorisignaalin. Integraattorilaite 542 kerää linjasta 536 vastaanotetun varauksen ja lähettää integraattorisignaalin vertailulait-10 teeseen 546 kytkettyyn linjaan 544. Vertallulalte 546 vertaa integraattorisignaalia vertailupotentiaaliin 110 ja kytkee linjaan 548 mittaussignaalin, joka on linjassa 548 olevaan mittaussignaaliin liittyvän varauksen funktio, viimeksimainitun signaalin ollessa taas linjassa 536 olevaan mittaus-15 signaaliin liittyvän varauksen funktio. Linja 548 on kytketty takaisinkytkentälaltteeseen 538 laitteen 538 valvomista varten. Takaisinkytkentälaite 538 muodostaa digitaaliset takaisinkytkentäsignaalit CK1, CK2, CK3, CK4 ja CK5 ja kytkee ne generaattorilaitteeseen 520. Takaisinkytkentälaite 20 538 kytkee myös linjoissa 550 ja vastaavasti 552 olevat digitaaliset tulostussignaalit CK6, CK7 tulostuslaitteeseen 554, joka laskee sykäykset linjoissa 550 ja 552 signaalin muodostamiseksi linjaan 512, tämän signaalin ollessa linjassa 514 olevan tunnistetun jännitteen funktio.

25

Kuvion 11 esittämä kaavio 580 näyttää ajoitussuhteet ta-kaisinkytkentälaitetta 538 valvovan mittaussignaalin ja takaisinkytkentälaitteen synnyttämien takaisinkytkentäsig-naalien CK1, CK2, CK3. CK4 ja CK5 välillä. Kuvio 11 näyttää 30 myös ajoitussuhteet takaisinkytkentäsignaalien, integraattorisignaalin VI ja mittaussignaalin VS välillä. Ennen kuvion 11 esittämän ajoitusjärjestyksen käynnistämistä on : kytkimet 530 ja 532 suljettu kondensaattorin 522 energian purkamiseksi suunnilleen nollapotentiaaliin asti. Kuvion 11 35 kohdassa 528 signaalit CK1 ja CK2 herätetään kytkemään kondensaattori 522 linjassa 514 olevaan syöttöpotentiaaliin ja linjassa 536 olevaan generaattoritulostukseen, kytkien siten tunnistettua jännitettä edustava varauspaketti mittaus- >«t 24 96144 laitteeseen 542. Integraattori 542 vastaanottaa tämän va-rauspaketin ja integraattorin tulostus VI lisääntyy vertai-lupotentiaalin VT yläpuolelle, kuten kohdassa 584 on esitetty. Sen jälkeen signaalit CK3 ja CK5 herätetään kohdassa 5 586 sulkemaan kytkimet 526 ja 530, varaten siten konden saattorin 522 vertailupotentiaaliin +V kohdassa 528 kuviossa 10. Tämän jälkeen signaalit CK1 ja CK4 herätetään kohdassa 588 kytkemään varauspaketti vertailujännitteen 528 funktiona mittauslaitteeseen 540 linjan 536 välityksellä. Signaalit 10 CKl ja CK4 herätetään uudelleen kohdassa 590 kondensaattorin 522 varaamiseksi taas vertailupotentiaaliin, ja signaalit CKl ja CK4 herätetään uudelleen kohdassa 592 purkamaan toinen varauspaketti funktiona vertailujännitteestä 528 mittauslaitteeseen linjan 536 kautta. Kondensaattorin 522 varaamisen 15 vertailupotentiaaliin ja varauspaketin purkamisen linjaan 536 käsittävä prosessi toistetaan, kunnes integraattorin tulostus putoaa vertailujännitteen VT alapuolelle, kuten kohdassa 594 on esitetty. Integraattorisignaalin pudotessa vertailujännitteen VT alapuolelle mittaustulostus muuttuu 20 kohdassa 596 Hipaisten siten takaisinkytkentälaitteen purkamaan kondensaattori 522 kohdassa 598 ja kytkemään tunnistettavaa parametriä edustava toinen varauspaketti mittauslaitteeseen 540 kuvion 11 kohdassa 600.

25 Tunnistettua parametriä vastaavien linjassa 536 olevien varauspakettien määrää edustaa linjassa 550 olevan signaalin • CK6 lähettämien sykäysten N1 lukumäärä. Linjassa 536 olevien varauspakettien määrää funktiona vertailupotentiaalista edustaa linjassa 552 olevan signaalin CK7 lähettämien sy- 30 käysten N2 lukumäärä. Suureiden N1 ja N2 keskinäinen vastaavuussuhde, koska (N1)(C)(V) = (N2)(C)(VR), voidaan ilmaista seuraavasti: V = (N2/N1) (VR) jossa: 35 V = syöttöpotentiaali linjassa 514 VR = vertailupotentiaali 528 N1 = sykäysten lukumäärä linjassa 550 aikavälin aikana; ja N2 = sykäysten lukumäärä linjassa 552 aikavälin aikana.

• ·

II

25 96144

Siten voidaan havaita, että sykäysten laskeminen linjoissa 550 ja 552 esimerkiksi kuvion 9 yhteydessä esitetyn tulostuslaitteen avulla voi antaa tulostuksen 512, joka edustaa linjassa 514 olevaa tunnistettua potentiaalia. Piiriä 500 5 voidaan käyttää A/D-muuttimena analogisen signaalin liittämiseksi digitaaliseen lukulaitteeseen 514.

10 • · j ·«

Claims (13)

1. 96144 26
2. 1. Mittauspiiri (10) sisääntulosignaalin (42) tuottamiseksi sisääntulosignaalin (16) funktiona, sisältäen: 5 generaattorivälineen (18), joka on kytketty sisääntulosig-naaliin (16) generaattorisignaalin tuottamiseksi sähköisestä määrästä, joka on sisääntulosignaalin (16) funktio, ge-neraattorivälineen (18) sisältäessä reaktanssivälineen kyseisen sähköisen määrän määrittämiseksi, mittausvälineen 10 (34), joka on kytketty generaattorivälineeseen (18) vastaanottamaan generaattorisignaalia ja mittaamaan generaat-torisignaalia mittaussignaalin (28) tuottamiseksi sen funktiona, takaisinkytkentävälineen (9), joka on kytketty mittausvälineeseen (34) takaisinkytkentäsignaalin (19) tuotta-15 miseksi generaattorivälineelle (18) mittaussignaalin (28) funktiona, ja ulostulovälineen (38) ulostulosignaalin tuottamiseksi, tunnettu siitä, että (a) kyseinen sähköinen määrä on varaus, generaattoriväli-neen (18) ollessa sovitettu tuottamaan generaattorisignaa- 20 lia, joka on muodostettu lukuisista varauspaketeista, (b) mittausvälineet (34) on muunnettu vastaanottamaan va-rauspaketteja reaktanssivälineeltä (11), (c) takaisinkytkentävälineet (9) toimivat tuottaakseen takaisinkytkentäsignaalin generaattorivälineen (18) ohjaami- - 25 seksi siten, että generaattorisignaali pyrkii varaukseltaan tasapainoiseen tilaan ja (d) ulostulovälineet (38) on muunnettu tuottamaan ulostulosignaali generaattorisignaalin sisältämien varauspaket-tien määrän funktiona. 30
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittauspiiri, t u n -n e t t u siitä, että generaattoriväline (18) käsittää mittausvälineeseen (34) kytketyn kytkentävälineen (13), reaktanssivälineen (11) ja takaisinkytkentävälineen (9), 35 kytkentävälineen (13) ollessa ohjattu takaisinkytkentäsignaalin funktiona varauspakettien kytkennän ohjaamiseksi ·· reaktanssivälineeltä (11) mittausvälineeseen (34). ii 27 96144
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittauspiiri, tunnettu siitä, että reaktanssivälineellä (11) muodostetut varauspaketit sisältävät varauspakettien ensimmäisen osan, jolla on ensimmäinen polaarisuus, ja varauspakettien 5 toisen osan, jolla on ensimmäisen polaarisuuden suhteen vastakkainen toinen polaarisuus.
5. 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen mittauspiiri, tunnettu siitä, että mittausväline (34) varaa generaatto- 10 risignaalin sisältämät varauspaketit mittaussignaalin muodostamiseksi varatun varauksen funktiona.
6. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen mittauspiiri, tunnettu siitä, että mittaussignaali ohjaa takaisinkyt- 15 kentälaitetta (9) mittausvälineeseen (34) kytkettyjen varauspakettien polaarisuuden muuttamiseksi.
7. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen mittauspiiri, tunnettu siitä, että ensimmäinen osa käsittää ensimmäisen 20 määrän Ml varauspaketteja ja toinen osa toisen määrän M2 varau spakette j a.
8. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen mittauspiiri, tunnettu siitä, että reaktanssivälineenä (11) on ainakin 25 yksi kondensaattori (117). « • »
9. 8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen mittauspiiri, tunnettu siitä, että takaisinkytkentäsignaali ohjaa kyt-kentävälinettä (13) varauspakettien Ml ja M2 ensimmäisen ja 30 toisen määrän määrittämiseksi. 1 2 Patenttivaatimuksen 8 mukainen mittauspiiri, tunnettu siitä, että ulostuloväline (38) tuottaa ulostulosignaalin ensimmäisen määrän N1 funktiona. 35 2 Patenttivaatimuksen 8 mukainen mittauspiiri, tunnettu siitä, että ulostuloväline (38) ulostulosignaalin ensimmäisen määrän Nl ja toisen määrän N2 funktiona. 96144 28
10. 11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen mittauspiiri, tunnettu siitä, että generaattoriväline (18) käsittää vähintään yhden kytkentävälineeseen (13) kytketyn vertailu-potentiaalin . 5
11. 12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen mittauspiiri, tunnettu siitä, että rektanssiväline (11) sisältää ensimmäisen ja toisen kapasitanssin Cl ja C2, ja jolloin ulostu-loväline (38) tuottaa ulostulosignaalin pääasiassa yhtälön 10 (N1)(C1)(V) = (N2)(C2)(V) mukaan, jossa yhtälössä Cl ja C2 merkitsevät syöttösignaalin funktiota ja V vertailupotenti-aalia.
12. 13. Patenttivaatimuksen 7 mukainen mittauspiiri, tun-15 n e t t u siitä, että reaktanssiväline (11) sisältää kapasitanssin C, ja jolloin ulostuloväline (38) tuottaa ulostulosignaalin pääasiassa yhtälön (Nl)(C)(Vl) - (N2)(C)(V2) mukaan, jossa yhtälössä ja ainakin yksi potentiaaliarvoista VI ja V2 edustaa parametria. 20
13. 14. Patenttivaatimuksen 11 mukainen mittauspiiri, tunnettu siitä, että reaktanssiväline (11) sisältää ensimmäisen ja toisen kapasitanssin ja jolloin ulostuloväline (38) tuottaa ulostulosignaalin pääasiassa yhtälön 25 (Nl)(Cl)(V) (N2)(C2)(V) mukaan, jossa yhtälössä Cl merkitsee syöttösignaalin funktiota, C2 pääasiassa kiinteää kapasitanssia ja V vertailupotentiaalia. • · II 96144 29