HU176393B - Kapcsolási elrendezés a vezetékellenállások hatásának kompenzálására ellenállások távmérésénél - Google Patents

Description

A találmány tárgya kapcsolási elrendezés a vezetékellenállások hatásának kompenzálására ellenállások távmérésénél, előnyösen a mérendő ellenállás nyugalmi értékének kiegyenlítésével, tehát az ellenállás érték megváltozásának indikálásával. 5

Hasonló célra, tehát ellenállások, valamint ellenállása és ellenállásváltozássá átalakítható egyéb fizikai mennyiségek távmérésére már ismertek különféle kapcsolási elrendezések, amelyek az ellenállások távmérését négy, illetve három hozzávezetés felhasz- ¹⁰ Hálásával oldják meg.

A' négy vezetékes rendszer lényege, hogy a mérendő ellenálláson meghatározott nagyságú mérőáramot hajtanak keresztül és további két mérővezetékkel az ellenálláson eső feszültséget a ¹⁵ feszültségmétp eszközhöz csatlakoztatják. Ezen elrendezés hátránya, hogy az áramforrásnak és a feszültségmérő eszköznek függetlennek kell lennie egymástól, mert ellenkező esetben a hozzávezetések ellenállásától és a mérőáramtól függően jelentős 20 nagyságú hibafeszültség léphet fel, ami a mérést meghamisítja.

Közös tápfeszültség forrás esetén ugyanis az áramforrás árama a hozzávezetések ellenállásán átfolyva a közös földponthoz képest a mérendő 25 ellenállás potenciálját megemeli, tehát a feszültségmérő műszer ezt a feszültséget a mérendő ellenálláson eső feszültséghez hozzáméri.

A négyvezetékes rendszer ezen hiányosságának javítására alkalmas kapcsolási elrendezést ismertet a 30

448 337 számú NSZK közzétételi irat, amelynek lényege, hogy a mérendő ellenállás egyik végpontját virtuális földpotenciálra hozzák, így a feszültségmérő műszer a mérendő ellenálláson eső feszültség valódi értékét méri jó közelítéssel.

A fenti megoldás hátránya, hogy a kompenzáláshoz négy vezeték szükséges és a mérendő ellenállás nyugalmi értékének kiegyenlítéséhez, amelyre az ellenállás mérésre visszavezetett különféle egyéb fizikai mennyiséget eltérő kezdőpontja miatt van szükség, külön kapcsolási elemek szükségesek.

A hozzávezetések ellenállásainak kompenzálására gyakran alkalmazzák a háromvezetékes módszert, amelynek lényege, hogy a hozzávezetések ellenállását szimmetrikusnak feltételezve, a mérőkörben a hozzávezetések ellenállásán azonos nagyságú, de ellentétes irányú áramot hajtanak keresztül, így a vezetékellenállásokon eső feszültségek a mérőkörben azonos nagyságúak, de ellentétes irányúak, így egymás hatását közömbösítik, tehát a mérőkör kimeneti pontján a mérendő ellenálláson eső feszültség jelenik meg.

A fentebb leírt alapelv igen sokféle kapcsolási elrendezéssel valósítható meg. Ilyen lehetőség például az, hogy a mérőkor adott áramát áramgenerátorral stabilizáljuk és a mérendő ellenállás és az áramgenerátortól távol elhelyezett vezeték közös pontjára a mérőáram kétszeresét ellentétes irányban biztosító áramgenerátort iktatunk.

További lehetőség, hogy a mérendő ellenálláson és az egyik vezeték ellenállásán keresztül egy áramgenerátor áramának egyik fele míg a másik hozzávezetésen és további változtatható ellenálláson keresztül az áramgenerátor áramának másik fele folyik, mert a kívánt kiegyenlítő hatás így is megvalósul. Ennél az elrendezésnél követelmény viszont, hogy a változtatható ellenállás mindenkori értéke a mérendő ellenállás aktuális értékével megegyezzen, mert a két ág szimmetriája csak így biz tosítható.

Ilyen megoldást ismertet a 2 340 158 számú NSZK közzétételi irat, amelynél a változtatható ellenállás tranzisztorral van megvalósítva, amelynek megfelelő vezérlésével a mérendő ellenállást és annak változásait a berendezésen belül mintegy leképezik, s így a változtatható ellenálláson eső feszültség a mérendő ellenálláson eső feszültséggel mindenkor megegyezik, ez pedig a berendezésen belül mérhető.

Fenti megoldás hátránya a nagymértékű ellenfelhasználás, valamint a mérendő ellenállás nyugalmi értéke kiegyenlítésének külön kapcsolási elrendezéssel történő megoldásának szükségessége.

A jelen találmánnyal elérni kívánt cél a fenti hiányosságok kiküszöbölése, tehát a kapcsolási elrendezés oly módon történő kialakítása, hogy a hozzávezetések ellenállásainak kompenzálása az ellenállások távmérésénél egyszerű felépítésű áramkörrel megoldható legyen, és a kapcsolási elrendezés egyben előnyösen a mérendő ellenállás nyugalmi értékének kompenzálására is alkalmas legyen.

A találmány szerinti háromvezetékes mérőrendszer az ellenállások pontos távmérését, tehát a hozzávezetések ellenállásainak kompenzálását, és szükség szerint a mérendő ellenállás nyugalmi értékének kiegyenlítését minimális elemszámmal oldja meg.

A találmánnyal megoldani kívánt feladat tehát a kompenzáció minimális elemszámmal történő megoldása, és a jel aszimmetrikus továbbvezetése lehetőségének biztosítása a további feldolgozás érdekében, valamint a mérendő ellenállás nyugalmi értékének ugyanezen kompenzáló áramkörrel történő szükség szerinti kiegyenlítése.

A találmány szerint a fenti feladatot oly módon oldjuk meg, hogy két azonos áramot adó áramgenerátort kapcsolunk egymással szembe a hozzávezetések ellenállásaiból és a mérendő ellenállásból álló mérőkörben, biztosítva az áramgenerátorok áramának elfolyását a mérendő ellenállás egyik végpontján, oly módon hogy az áramgenerátorok árama a földhöz képest azonos irányú. A kapcsolási elrendezéssel az aszimmetrikus jelfeldolgozás lehetőségét oly módon valósítjuk meg, hogy az egyik vezeték műszeroldali végpontját negatívan visszacsatolt műveleti erősítő fázisfordító bemenetére a másik végpontját pedig kompenzáló vezeték beiktatásával a műveleti erősítő kimenetére csatlakoztatjuk, a műveleti erősítő másik bemenetét pedig földpotendálra kötjük. A műveleti erősítő a fázisfordító bemenetére csatlakozó vezetékbe előnyösen kompenzáló ellenállást iktathatunk a mérendő ellenállás nyugalmi értékének kiegyenlítésére.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés lényege, hogy hídkapcsolás, amelynek két felső ágában két azonos nagyságú és a földhöz képest azonos irányú áramot stabilizáló áramgenerátor van 5 az alsó ágak egyikét pedig az egyik hozzávezetés ellenállása és a mérendő ellenállás a másikat pedig a másik hozzávezetés ellenállása alkotja, a két alsó ág közös pontjára kompenzáló vezetéken keresztül műveleti erősítő kimenete van csatlakoztatva, a j0 műveleti erősítő fázisfordító bemenete pedig a másik alsó ág és a hozzá csatlakozó felső ág közös pontjára van kötve, a műveleti erősítő másik bemenete pedig földpotendálra van kapcsolva.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés elölj nyös kiviteli alakjánál a hídkapcsolás másik alsó ágában a vezetékbe a ráérendő ellenállás nyugalmi értékének kiegyenlítésére kompenzáló ellenállást iktathatunk be.

A találmányt az alábbiakban a csatolt rajzok 20 alapján részletesebben ismertetjük.

A rajzokon az 1. ábra a találmány szerinti kapcsolási elrendezés elvi kapcsolását, a 2. ábra az áramgenerátorok árama stabilizálásának elvi megoldását, a 3. ábra az áramgenerátorok árama stabilizálásának konkrét kiviteli alakját, a 4. ábra pedig a kapcsolási elrendezés hányadosmérőhöz történő alkalmazását.

Az 1. ábra szerint a hídkapcsolást I, I₂ áram30 generátorok, Rv, Rv₂ vezetékellenállások, Ré mérendő ellenállás, és az előnyös kiviteli alaknál alkalmazott. R<, kiegyenlítő ellenállások képezik, oly módon, hogy az első I, áramgenerátor az egyik hídág felső ágát, az I₂ áramgenerátor a másik hídág felső ágát, az Rv, vezetékellenállás és az Ré mérendő ellenállás az egyik hídág alsó ágát az Rv₂ vezetékellenállás és az előnyösen alkalmazott Rq kiegyenlítő ellenállás pedig a másik hídág alsó ágát képezi. A másik hídág felső és alsó ága közé műveleti erősítő fázisfordító bemenete, a két alsó hídág csatlakozási pontjára pedig kompenzáló vezetéken keresztül az Aj műveleti erősítő kimenete van kapcsolva. A kompenzáló vezeték ellenállását a rajzban Rv₃ ellenállás alkotja. Az A] műveleti erősítő másik bemenete földpotenciálra van kötve. A kapcsolási elrendezés kimenete az egyik hídág alsó és felső hídágának csatlakozási pontja és a föld.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés működése a következő: Az I] és I₂ áramgenerátorok az egyik és másik hídágon egyenlő, a földhöz képest egyirányú áramot hajtanak keresztül. Az áramok elfolyása a kompenzáló Aj műveleti erősítő kimenetén keresztül történik. A találmány szerinti kapcsolási elrendezésnél a mérőkör kimenetére vonatkoztatva az első Rv, vezetékellenálláson és a második Rv₂ vezetékellenálláson létrehozott feszültségesés egyenlő nagyságú, de ellentétes irányú, így a kapcsolási elrendezés kimenő feszültsé60 8ét az Ré mérendő ellenálláson eső feszültség alkotja. A másik hídág felső és alsó hídágának közös pontja a kapcsolási elrendezés működésénél azért kerül virtuális földpotendálra, mert a fentiek szerint bekötött A, műveleti erősítő a megvalósuló negatív visszacsatolás miatt a nem invertáló be2 menetének feszültsége a másik bemenet feszültségére kerül, a- másik bemenet viszont fóldpotenciálra van kapcsolva.

A második ábrán látható módon az I, és I₂ áramgenerátorok árama azok azonos értéke és földhöz képesti egyirányúsága miatt közös U_ref referencia feszültségfonással stabilizálható.

A 3. ábrán az I_t és I₂ áramgenerátorok árama stabilizálásának egy példaképpeni konkrét kialakítási formája van ábrázolva. Az l! áramgenerátort első. R, stabilizáló ellenállás, első Tj tranzisztor, A₂ műveleti erősítő, az I₂ áramgenerátor pedig második R₂ stabilizáló ellenállás, második T₂ tranzisztor és A₃ műveleti erősítő alkotja. Az Rí első stabilizáló ellenállás egyik végpontja a tápfeszültséghez, másik végpontja az A₂ műveleti erősítő invertáló bemenetére és a Tj tranzisztor emitterére, az A₂ műveleti erősítő kimenete a Tj tranzisztor bázisára, másik bemenete az U_ref referencia feszültségfonáshoz csatlakozik, az áramgenerátor kimenetét pedig a Tj első tranzisztor kollektora képezi. Az I₂ áramgenerátor felépítése a megfelelő elemekből teljesen azonos.

Az és I₂ áramgenerátorok stabilizálása oly módon történik, hogy az első és második A₂ és A₃ műveleti erősítők a negatív visszacsatolás miatt a korábban már ismertetett elven invertáló bemenetűket a másik bemeneti feszültségére állítják be, ily módon az áramgenerátorok áramát az U_ref referencia feszültség fonás feszültsége és az R_t, illetve R₂ stabilizáló ellenállások hányadosa határozza meg. Az első és második R_t és R₂ stabilizáló ellenállások azonossága az U_ref referencia feszültség közösségéből adódóan biztosítja az L és I₂ áramgenerátorok áramának egyenlőségét.

A 4. ábrán látható kapcsolási elrendezés találmány szerinti kapcsolási elrendezés előnyös kiviteli alakjának példaképpeni megvalósítása. A korábban ismertetett kiviteli példáknál csak az I₂ áramgenerátort tartalmazó másik hídág felső ága R,_ef referencia ellenállással van kiegészítve.

Ebben a kapcsolási elrendezésben a kimenő feszültséget egyrészt a korábban mért Ukij, feszültség, másrészt Rj_ef referencia ellenálláson eső Uki₂ feszültség képezi. Hy módon a kapcsolási elrendezés hányados mérőhöz csatlakoztatható, amely által mért érték csak Ré mérendő ellenállás megváltozásától és az R_ref referencia ellenállás értékétől függ.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés elő' nye, hogy egyszerű kapcsolási elrendezéssel, kis elemfelhasználással lehetővé teszi ellenállások távmérésénél a vezetékek ellenállásainak kompenzál lását biztosítva egyidejűleg, hogy a mért jel aszimmetrikusan feldolgozható legyen.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés további előnye, hogy a hozzávezetések ellenállásainak kompenzálását a kompenzáló vezeték ellenállásától függetlenül valósítja meg, tehát ennek értéke tet₅ szőleges lehet, bár a gyakorlatban általában a hozzávezetések ellenállásaival egyezik meg.

A találmány előnyös kiviteli alakjánál a mérendő ellenállás nyugalmi értéke kiegyenlíthető, így a kapcsolási elrendezés kimenetén a mérendő ellen₁₀ állás változásával arányos feszültség jelenik meg.

A találmány további előnyös kiviteli alakjánál a kapcsolási elrendezés hányadosmérőhöz csatlakoztatható, amelynél a mérés pontosságát csak a referencia ellenállás pontossága határozza meg.

₁₅ A találmány szerinti kapcsolási elrendezés további előnye, hogy hányadosmérőhöz történő csatlakoztatás esetén a mérés pontossága nem függ az áramok abszolút értékétől csak egyenlőségüktől.

Claims (2)

1. Szabadalmi igénypontok:

   1. Kapcsolási elrendezés a vezetékellenállások hatásának kompenzálására ellenállások távmérésénél, azzal jellemezve, hogy hídkapcsolás, amelynek két felső ágában két azonos nagyságú és a földhöz képest azonos irányú áramot stabilizáló áramgenerátor (I_t és I₂) az alsó ágak egyikét pedig az egyik hozzávezetés vezeték-ellenállása (Rvj) és a mérendő ellenállás (Ré), a másikát pedig a másik hozzávezetés vezeték-ellenállása (Rv₂) alkotja a két alsó ág közös pontjára kompenzáló vezeték ellenállásán (Rv₃) műveleti erősítő (Ai) kimenete van csatlakoztatva, a műveleti erősítő fázisfordító bemenete a másik alsóág és a hozzá csatlakozó felső ág közös pontjára van kötve, a műveleti erősítő (A!) másik bemenete pedig földpotenciálra van kapcsolva.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés kiviteli alakja azzal jellemezve, hogy a hídkapcsolás másik alsó ágában a másik hozzávezetés vezeték-ellenállásával (Rv₂) sorban a mérendő ellenállás nyugalmi értékét kompenzáló kiegyenlítő ellenállás (Ro) van beiktatva.

   ₄ 3. Az 1. 2. igénypontok bármelyike szerinti kapcsolási elrendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az áramgenerátorok (Ij és I₂) ugyanazon referencia feszültségforráshoz (U_ref) vannak csatlakoztatva.

   ₅₀ 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti kapcsolási elrendezés kiviteli alakja azzal jellemezve, hogy a hídkapcsolás másik felső hídágában a második áramgenerátorral (I₂) sorban referencia ellenállás (R^f) van beiktatva.