HU192104B - Circuit arrangement for measuring reactance of a reactiv means variable depending on some status to be sensed - Google Patents

Description

A találmány tárgya kapcsolási elrendezés valamely érzékelendő állapottól, elsősorban nyomástól függően változó reaktív, elsősorban kapacitlv eszköz reaktanciájának mérésére.

Korábbi közleményekben számos váltakozóáramú reaktanciamérő áramkört ismertettek. Eme áramkörök nagy része különféle feladatokra ugyan alkalmas, de pontosságuk szempontjából kedvezőtlen az a tulajdonságuk, hogy az érzékelő áramkörre adott feszültség csúcstól-csúcsig mért amplitúdója a vezérelt paraméter és így a tápfeszültségben fellépő változások a kimenetijei stabilitását rontják.

Egy további jelentős hátrányt jelent az, hogy egy változó reaktív terhelésnek ilyen csúcstól-csúcsig változó feszültséggel történő megtáplálásához meghajtó transzformátorra van szükség. A szakemberek előtt ismeretes, hogy megbízható transzformátort mennyivel nehezebb beszerezni, mint ellenállásokat, kondenzátorokat, vagy félvezető alkatrészeket. A transzformátor kiküszöbölése a méretek és a teljesítményfogyasztás csökkentését is lehetővé tenné. További problémát okoz, hogy az ilyen transzformátorok hibrid áramkörökben nem használhatók, ez utóbbiak pedig induktív és kapacitív érzékelőkkel igen kis méretű mérőátalakítók készítését tennék lehetővé.

A 3 965 746 sz. US szabadalmi leírásból ismeretes egy olyan nyomás távolodó, amelyben a mérendő nyomással arányosan változó differenciálkondenzátor kapacitását Wien-hidas mérőáramkörrel mérik. A Wienhidas oszcillátor kimenő jelének frekvenciája arányos a kapacitással. Eme kimenőjel amplitúdójának stabilizálására egyenirányítót, erősítőt, modulátort és a Wien-híd egyik ágába beiktatott térvezérlésű tranzisztort tartalmazó visszacsatoló áramkör szolgál. Ennél a megoldásnál hátrány, hogy a modulátor és a térvezérlésű tranzisztor pl. hidrid áramkörrel nehezen megvalósítható, és a rezonánsWien-hidasoszcillátor igen érzékeny a hídban lévő ellenállások megváltozására, ami például öregedés vagy hőmérsékletváltozás hatására lép fel.

A találmány megalkotásakor olyan kapcsolási elrendezést kívántunk létrehozni, amely egyszerűen kivitelezhető és mégis kellő pontosságú reaktanda mérést tesz lehetővé.

A találmány tehát kapcsolási elrendezés valamely érzékelendő állapottól függően változó reaktív eszköz reaktanciájának mérésére, amelynek a mérendő reaktanciával arányos frekvenciájú kimenő frekvenciajelet 'adó vezérelt oszcillátora, a frekvendajelet egyenirányító egysége és az egyenirányító egység kimeneté, valamint az oszcillátor vezérlő bemenete közé csatlakoztatott vezérlőegysége van.

A találmány szerint az egyenirányító egység közvetlenül van csatlakoztatva a reaktív eszközhöz, a vezérelt oszcillátor állandó amplitúdójú, a vezérlésnek megfelelően változó frekvenciájú kimenő jelet adó feszültségvezéreit oszcillátor és a vezérlőegység az egyenirányító egység kimenetére csatlakoztatott, az oszcillátor vezérlő bemenetére az oszcillátor frekvenciájával és a mérendő reaktanciával arányos feszültségjelet adó erősítő(ke)t tartalmaz.

A találmány szerinti megoldásban a vezérelt paraméter szerepét egy, csúcstól-csúcsig mérve névlegesen állandó feszültséget adó oszcillátor frekvenciája tölti be. Tekintve, hogy a feszültségezérelt oszcillátor egy visszacsatolt körben helyezkedik el, nem szükséges, hogy egyenfeszültség-frekvenda karakterisztikája szigorúan lineáris legyen,

A találmány szerinti elrendezésben nem szükséges induktív csatolóelemet, pl. transzformátort iktatni az oszcillátor és a mérendő reaktív eszköz közé. A nem· induktív csatolást az a körülmény teszi lehetővé, hogy a reaktív eszköz, pl. kondenzátor vagy tekercs lebegő potenciálú, vagyis földpotenciáltól szigetelve van.

A találmány egyik kiviteli alakja töltő és kisütő Impulzusokat ad a reaktív eszközre, pl. kondenzátorra, amely a vizsgálandó paramétertől, pl. nyomástól függően változik. A reaktív eszközt, amely előnyösen két, vagy több kondenzátorból áll, az oszcillátor egy egyenirányító egységen keresztül gerjeszti. Az egyenirányító egység célszerűen több diódából, mégpedig egymás közelében elhelyezett, a hőmérsékleti driftre kompenzált, kisfeszültségű diódákból van összeállítva.

A találmány szerint a mérendő reaktív eszköz és az egyenirányító egység kombinációját az oszcillátor egy névlegesen állandó csúcsértékű váltakozó jellel hajtja meg, amely jel frekvenciája a reaktív eszköz reaktanciájának változásától függ. A frekvencia változtatásának a találmány szerinti módja tökéletesebb működést és kedvezőbb költségtényezőt eredményez. Az állandó csúcsértékű jelet adó oszcillátor alkalmazása azért előnyös, mert az olyan nem kívánt hatások, amelyek a mért reaktanciával nincsenek összefüggésben, az áramköri alkatrészek alkalmas megválasztásával és elhelyezésével korrigálhatok. Amikor a reaktív eszköz több reaktanciát, az egyenirányító egység pedig több egyenirányítót foglal magában, az egyforma meghajtó és referenciafeszültség a reaktanciákon átfolyó áramokat összegező erősítők szempontjából is előnyt jelent.

A találmányt a továbbiakban a rajzokon szemléltetett kiviteli alakok alapján ismertetjük részletesebben, ahol az

1. ábra a találmány szerinti kapcsolási elrendezés egyik kiviteli alakjának vázlatos kapcsolási rajza, a

2. ábra a találmány egy másik kiviteli alakjának vázlatos kapcsolási rajza, és a

3. ábra a találmány egy további kiviteli alakjának vázlatos kapcsolási rajza.

Az 1. ábrán látható (10) kapcsolási elrendezés előnyösen használható egy olyan váltakozóáramú nyomáskülönbség-érzékelőben, amely változtatható Ci, és C₂ kondenzátorral rendelkezik. Az érzékelő szórt kapacitását egy beállítható (¾ kondenzátor kompenzálja. Bár az 1. ábrán két változtatható Cj és C₂ kondenzátort tüntettünk fel, a találmány szerinti kapcsolási elrendezés más alkalmazásai esetén a váltakozóáramú reaktív elem, ha a szükség úgy kívánja, lehet egyetlen aktív kondenzátor is, vagy használható kettőnél több aktív kondenzátor, avagy induktivitás, vagy egyéb reaktív eszköz is. Azonkívül, hogy a szemléltetett áramkör kiválóan alkalmas egy kapacitív nyomásérzékelő számára, a kapacitív jel egy külső teljesítményforrásból és terhelésből álló kéthuzalos áramkörben folyó egyenáram vezérlésére is képes, vagyis így ez az egyenáram lesz az érzékelt nyomás függvénye.

Az egyik előnyös kiviteli alak esetén a C_t és C₂ kondenzátorok egy kamrában vannak kialakítva. A kamrának van egy legalább részben villamosán vezető rugalmas válaszfala, amely egy közös (12) fegyverzetet képez. A kamrának a (12) fegyverzet felé néző falai is legalább részben villamosán vezetők és ezek a falrészek alkotják a Cj és C₂ kondenzátor második (14), ill. (16) fegyverzetét. A közös (12) fegyverzet célszerűen el van szigetelve (lebegő) az érzékelő házától azért, hogy ne legyen szükség induktív csatolásra, pl. transzformátorra a meghajtó oszcillátor és a (12) fegyverzet között. A második (14), ill. (16) fegyver-22

192.104 zet szintén lebegő, vagyis villamosán el van szigetelve az érzékelő házától. Amikor a mérendő paraméter nyomáskülönbség, akkor az első Pj nyomást a (12) fegyverzet egyik oldalára, a második P₂ nyomást pedig annak másik oldalára vezetjük. Erre a (12) fegyverzet vagy a (14) vagy a (16) fegyverzet felé hajlik attól függően, hogy a P₂ nyomás nagyobb vagy kisebb mint a Pj nyomás. A (12) fegyverzet elmozdulása megváloztatja a (12) és (14), ill. a (12) és (16) fegyverzetek közti távolságot, és következésképpen a Cj és C₂ kondenzátorok kapacitását is. Egy ilyen érzékelő és annak működése részletesen le van írva a PCT/ US 81/01329 sz. közzétett nemzetközi szabadalmi bejelentésben.

A Cj, C₂ és Cs kondenzátorokhoz csatlakozó (20) egyenirányító egység a C_s kondenzátorhoz tartozó (22) és (24) diódákból, a Cj kondenzátorhoz tartozó (26) és (28) diódákból és a C₂ kondenzátorhoz tartozó (30) és (32) diódákból áll. Ezek sorban vannak kapcsolva és átersztő irányban vezető zárt hurkot alkotnak. A Cj kondenzátor^4) fegyverzete a (26) és (28) diódák közé, a C₂ kondenzátor (16) fegyverzete a (30) és (32) diódák közé, a beállítható C\ (30) és (32) diódák közé, a beállítható C_s kondenzátor egyik fegyverzete a (22) és (24) diódák közé, másik fegyverzete pedig a közös (12) fegyverzethez van kötve. Az áramkör teljesítőképessége javul, ha az egész (20) egyenirányító egység, vagyis a (22, 24, 26, 28, 30 és 32) diódák mindegyike, gyakorlatilag azonos hőmérskleten van, mivel így lényegében megszűnnek a hőmérsékleti drift problémák. Ezt a hőmérsékleti stabilitást úgy érhetjük el, hogy a (20) egyenirányító egységet hidrid-módon szereljük, vagy a (22, 24, 26, 28, 30 és 32) diódákat egyetlen közös szubsztrátűmön alakítjuk ki, vagy egyéb olyan módszert alkalmazunk, amelynek segítségével biztosíthatjuk a (22, 24,26, 28 30 és 32) diódák szorosan egymás közelében való elhelyezését. Az 1. ábrán ezt a szoros beültetést azzal jelképezzük,hogy a(20)egyenirányító egységet (20A) szaggatott vonallal vettük körül. A (22, 24, 26, 28, ’ 30 és 32) diódákat ajánlatos a kis áteresztőirányú feszültségeséssel bíró típusok közül választani.

A (12) fegyverzethez (36) vezetéken keresztül egy feszültségvezéreit (34) oszcillátor kimenete csatlakozik, amely a fegyverzetnek csúcstól-csucsig mérve névlegesen állandó feszültségű és vezérelt frekvenciájú jellel való ellátására szolgál. A (34) oszcillátorral meghajtott, a C) és C₂ kondenzátorok kapacitásától függő áramjelek simítása céljából a (20) egyenirányító egységhez (40) és (42) kondenzátorok vannak kapcsolva. A (44) és (46) ellenállások feszültségosztót képeznek (76) és (79) tápfeszültség vezetékek között, amelyeken egy (84) feszültségstabilizátor biztosít .stabilizált egyenfeszültséget. A feszültségosztó leágazási feszültsége referenciajelként szolgál az Sj ponton. A műveleti (50 és (60) erősítők nem-invertáló bemenetel (48) vezetéken keresztül megkapják ezt a referenciajelet. A kimeneti (80) erősítő egyik bemenete szintén rá van kötve az Sj pontra, tehát ugyanúgy megkapja a referenciajelet.

Az (50) erősítő invertáló bemenete (52) vezetéken és (52A) ponton át egyrészt a (26) diódán keresztül a Cj kondenzátor (14) fegyverzetére, másrészt a (22) diódán és a C_s kondenzátoron keresztül a (12) fegyverzetre csatlakozik.

Az (52) vezeték a (22) és (26) diódák közé kötött (40) kondenzátorhoz is csatlakozik. A Cj kondenzátor tel függő IQ áram és a C_s kondenzátortól függő íCs áram az (52A) pontban előjelhelyesen egy eredő i) árammá összegződik. Hasonlóképpen a (60) erősítő invertáló bemenete (62) vezetéken és (62A) ponton át egyrészt a (30) diódán keresztül a C₃ kondenzátor (16) fegyverzetére, másrészt a (24) diódán és a C_s kondenzátoron keresztül a (12) fegyverzetre csatlakozik. A (62) vezeték a (24) és (30) diódák közé kötött (42) kondenzátorra is csatlatkozik. A C₂ kondenzátortól függő íq áram és a Cj kondenzátortól függő íq áram a (62A) pontban előjelhelyesen egy eredő i₂ árammá összegeződik. Az (54) és (64) ellenállások visszacsatolást biztosítanak az (50) illetve (60) erősítő invertáló bemenetére.

Egy (70) erősítő első (72) bemenete (58) vezetéken és (56) ellenálláson keresztül az (50) erősítő kimenetére, a (70) erősítő második (73) bemenete pedig (68) vezetéken és (66) ellenálláson keresztül a (60) erősítő kimenetére csatlakozik. Az első (72) bemenet az (58) vezetéken és (75) ellenállásún keresztül a (76) tápfeszültség vezetékkel is össze van kötve. A második (73) bemenet viszont (78) ellenálláson keresztül a (79) tápfeszültség vezetékre van kötve. A (70) erősítő differenciálerősítőként működik, a (72) és (73) bemenetelre jutó jeleket összehasonlítja és azok különbségétől függő kimenőjelével (79A) vezetéken keresztül vezérli a (34) oszcillátort. A (34) oszcillátor is a (76) és (79) tápfeszültség vezetékeken át kap tápfeszültséget.

A (28) és (32) diódák között lévő áramösszegezési S pont (80A) vezetéken keresztül össze van kötve a (80) erősítő invertáló bemenetével. Az áramjelek szűrése céljából a (80A) vezeték és a (76) tápfeszültség vezeték közé egy (81) kondenzátor van kapcsolva. A (80) erősítő kimenete célszerűen egy (82) áramszabályozóra csatlakozik, de szükség esetén más alkalmas kijelző, vagy kiíró eszközre is ráköthető. A (82) áramszabályozó tápfeszültség pontjai a (79) tápfeszültség vezetékhez, ill. (88) kapocshoz vannak vezetve.

Az (50, 60, 70 és 80) erősítők mindegyike a (76) és (79) tápfeszültség vezetékekről kap táplálást. A (84) feszültségstabilizátor az egész (10) kapcsolási elrendezés tápfeszültségét stabilizálja. A (84) feszültségstabilízátor a példaképp ábrázolt kivitelben a (76) és (79) tápfeszültség vezetékek közé kapcsolt (84A) zénerdiódából és egy, a (76) tápfeszültség vezeték és a (88) kapocs közé kapcsolt (84B) ellenállásból áll. A feszültségvezéreit (34) oszcillátor, amely a (76) és (79) tápfeszültség vezetékek útján a (84) feszültségstabilizátorra van kötve, lényegében állandó értékű tápfeszültséget kap.

Az egész (10) kapcsolási elrendezés egy visszacsatoló ellenállást képező változtatható (85) ellenálláson keresztül (86) és (88) kapcsokon egy tóthuzalos egyenáramú körhöz csatlakozik. Ennél a kiviteli alaknál a (85) ellenállás csuszkája egy kisértékű.de ismert áramot (iFB⁺is) csatol vissza az összegezést S pontba (93) ellenálláson keresztül. Ez a visszacsatolt áram egy meghatározott hányada a kéthuzalos kör teljes 1γ áramának. A visszacsatolt áramból egy állandó rész (ifB áram) (94) ellenálláson folyik át, egy változó rész (i_s áram) pedig az S pontban összegeződik, az iCi ás iC₂ áramokkal. Az eredő áram (icι * ÍC2 * >s) a (80A) vezetéken keresztül vezérli a (80) erősítő invertáló bemenetét. A (76) tápfeszültség vezeték a (84) feszültségstabiliztoron keresztül csatlakozik a (88). kapocshoz. A kéthuzalos áramkör egy külső (90) feszültség-31

192.104 fonáson és egy sorbakapesolt (92) terhelőellenálláson keresztül záródik a (86) és (88) kapcsok között.

Az 1. ábra sz.erinti kiviteli alak esetén a C), C₂ és C_s kondenzátorok egy önmagában ismert diódás (20) egyenirányító egységgel működnek együtt.

A (alálmány szerint a feszültségvezéreit (34) oszcillátor kimenő jelének amplitúdója lényegében áUandó, és csak (f) frekvenciáját változtatjuk. A frekvencia változása közben a (20) egyenirányító egységnek a Ci kondenzátorhoz csatlakozó (26) és (28) diódái ugyanazon csúcstólcsúcsig változó feszültséggel vannak táplálva, mint a C₂ kondenzátorhoz csatlakozó (30) és (32) diódák, másszóval a (36) vezeték ugyanazt a feszültséget vezeti mindhárom Cj, C₂ és C$ kondenzátorra. Például amikor a (36) vezeték a (48) vezetékhez képest pozitív feszültségű (a (34) oszcillátor kimenő jelének minden első félperiódusa alatt), a Cj, C₂ és Q kondenzátorokba pozitív töltés folyik, amikor pedig a (36) vezeték negatívvá válik a (48) vezetékhez képest (a (34) oszcillátor kimenő jelének minden második félperiódusában), a C_t, C₂ és Cg kondenzátorok negatív töltést kapnak. A (34) oszcillátor kimenő jelének első félperiódusában tehát a (76) tápfeszültség vezetéken, a (81) kondenzátoron és a (28) diódán keresztül pozitív töltés áramlik a (14) fegyverzetre, ez. a (12) fegyverzettel együtt alkotja a Cj kondenzátort, amely (12) fegyverzet, mint már említettük, a (36) vezetéken keresztül csatlakozik a (34) oszcillátor kimenetéhez.

Ugyancsak a (34) oszcillátor kimenő jelének első félperiódnsában a (76) tápfeszültség vezetéken, a (42) kondenzátoron és a (30) diódán keresztül szintén pozitív töltés áramlik a (16) fegyverzetre, ez a (12) fegyverzettel együtt alkotja a C₂ kondenzátort, amely (12) fegyverzet a (36) vezetéken keresztül a (34) oszcillátorkimenetéhez csatlakozik.

A (34)oszcillátorkimenő jelének második félperiódusában a (76) tápfeszültség vezetéken, a (84A) zénerdiódán, a ( 79) tápfeszültség vezetéken, a (40) kondenzátoron es a (26) diódán keresztül negatív töltés folyik a Cj kondenzátor (14) fegyverzetére és onnan a (12) fegyverzeten valamint a (36) vezetéken át a (34) oszcillátor kimenetére. A (34) oszcillátor kimenő jelének ugyanazon második félperiódusában a (76) tápfeszültség vezetéken, a (81) kondenzátoron és a (32) diódán keresztül negatív töltés folyik a C₂ kondenzátor (16) fegyverzetére és onnan a (12) fegyverzeten és‘a (36) vezetéken át a (34) oszcillátor kimenetére. A C\ téré. A C_s kondenzátor egyik fegyverzete a (12) fegyverzeten és a (36) vezetéken át szintén a (34) oszcillátor kimenetére van kapcsolva. A Cg kondenzátor a (34) oszcillátor kimenő jelének első félperiódusában a (76) tápfeszültség vezetéken, a (84A) zénerdiódán kersztül pozitív töltést, a (34) oszcillátor kimenő jelének második félperiódusában pedig a (76) tápfeszültség vezetéken, a (42) kondenzátoron és a (24) diódán keresztül negatív töltést kap. Az iCi és ÍC2 áramok nagysága a Cj és C₂ kondenzátorok kapacitásának függvénye. Nyomáskülönbség-érzékelő esetén (az 1. ábra ilyen esetre vonatkozik) aCj ésC₂ kondenzátorok kapacitása a nyomáskülönbségtől (Pj - P₂) függ.

Az iCi és 1C2 áramok, amelyeket a (40) és (42) kondenzátorok simítanak, külön-külön összegződnek az iCs árammal, ill. kivonódnak abból és az eredő ij, ilL i₂ áram az 50, ill. 60 erősítő invertáló bemenetére jut Az (50) ill. (60) erősítő kimenetén az ij, ill. i₂ árammal arányos Vj, illetve V₂ feszültséget szolgáf10 tat, ezek a (70) erősítő (72) és(73) bemenetéire vannak kapcsolva. A (70) erősítőnek az. ή és i₂ áramok különbségével arányos kimenőjele vezérli a csúcstólcsúcsig változó feszültséget előállító (34) oszcillátort. Ezen (34) oszcillátor frekvenciája kielégíti az alábbi egyenleteket:

’i Re₄ = f (Vnn_ 2 Vn) (C, -i₂ ^4»f(tf>p~2Vfc)(<

-C_s)R_e4 (2)

Vi=l, K$4 = f(Vp v₂ -ahol

V_t = az 50 erősítő kimenő feszültsége,

V₂ = a 60 erősitő kimenő feszültsége, f = a 34 oszcillátor frekvenicája, ^VBP ⁼ a 34 oszcillátor kimenő feszültségének csúcstólcsúcsig mért értéke,

Ci = a Cj kondenzátor kapacitása,

C₂ = a C₂ kondenzátor kapacitása,

C_s = a C_s kondenzátor kapacitása, ^54 ⁼ R«4,

Vp= a megfelelő dióda nyitóirányú feszültségesése. Ha a V₂ feszültséget kivonjuk a V, feszültségből, a Vj-V₂ helyébe K-t írunk és figyelembe vesszük, hogy a (70) erősítőn keresztül a(C_t * C₂) kapacitás függvényében a frekvenciát szabályozó hurok záródik akkor a (34) oszcillátor frekvenciájára a következő összefüggést kapjuk:

K

P = (C i +C₂ — 2Cs)Rg 4, (3) ahol

P= f(Vp_p) a szabályozott jellemző és

K=V,-V₂ állandó.

Megegyezzük, hogy mivel a (34) oszcillátor a szabályozó hurkon belül van (az (52A) és a (62A) pontok között), a (34) oszcillátor frekvenciájának nem szükséges lineárisan változnia a (70) erősítő kimenő feszültségének függvényében.

Az egyik kiviteli alaknál a(34) oszcillátort egy 4046 típusú integrált CMOS fáziszárt hurok áramkör feszültségvezéreit oszcillátora alkotja. Ezt az integrált áramkört a Rádió Corporation of America (RCA), a National Semiconductorés a Motorola cégek készítik.

A (80) erősítő kimenő jelét az iCi és ÍC2 áramok különbsége vezérli, ezek az S pontba folynak és ott összegződnek:

is = iC2—iCi (4)

A (80) erősítő erősíti az i_s áramot és a (82) áramszabályozó, a kéthuzalos kör áramát érzéeldő (85) ellenállás és a visszacsatoló (93) ellenállás segítségével ezzel aranyos áramot hajt át a (92) terhelőellenálláson. A (3) egyenletet a (4) egyenletbe helyettesítve láthatjuk, hogy a kéthuzalos ág Ip árama az alábbi módon függ a linearizált nyomáskülönbségi jeltől:

Iy «i_s = Cj+C₂— 2<5g R54 (5)

A (80) erősítő kimenő jele, amint az 1. ábra mutatja, célszerűen egy kéthuzalos egyenáramú kort befolyásoló (82) áramszabályozót hajt meg. A kéthuzalos kör egy külső (90) feszültségforrásból és a vele sorbakapcsolt (92) terhelőellenállásból áll, amelyek egy hagyományos kéthuzalos vezetékkel a (86) és (88) kapcsokhoz vannak kötve. Ebben a kéthuzalos egyenáramú körben folyó teljes Ip áram tehát függvénye aCj

192.104 és C_a kapacitásoknak, illetve azok révén a mért paraméternek is.

Az ifi

Az iCi és ic₂ áramok viszont függvényei az alkalmazott feszültség csúcstól-csúcsig mért Vpp értékének, a megfelelő diódákon lévő és vagy

V[)3o és V[)₃₂ feszültségesésnek, a diódákés az (52A) (62A) és (S) pontok közötti V_a feszültségesésnek és ama veszteségnek, amely az iCi illetve if₂ áramokhoz tartozó referenciafeszültségek AVb különbsége miatt lép fel. A V_a feszültségesést az f.Vpp.CR szorzattal vehetjük egyenlőnek, ahol C a megfelelő érzékelő kapacitás, R pedig az áramút ellenállása. Az előbbiek alapján általánosan érvényes, hogy ic = f(Vpp --V_Dl-V_D2 - V_a - AV_b)C, konktrétan pedig i-Ci ~ flVpp—YD26^—YD2b~fVppCt^R—AVb)Cj és

1C2 = f(Vpp—V[)3o—V032—fVppCjR—AVö)C₂.

Ezekből az egyenletekből kiderül, hogy az iCi és ÍC₂ áramok csak akkor lesznek jellemzők a mérendő állapotra, ha a zárójelben lévő mennyiséget elegendő mértékben állandónak tekinthetjük. Ezért ajánlatos a Vpn értéket a C! és C₂ kondenzátor kapacitások változásától függetlenül maximális értéken tartani és nem a (34) oszcillátor kimenő jelének amplitúdóját, hanem frekvenciáját szabályozni. A zárójeles kifejezés stabilitását tovább növelhetjük, és az iCi és ÍC2 áramok jeleit még hiba mentesebbé tehetjük, ha a Vp^ és a Vp^ feszültségesés változásait kiegyenlítjük, a V_a feszültségesés és AVj, különbség értékét pedig minimálisra szorítjuk le. Tehát a találmány szerinti kapcsolási elrendezés egyik lényeges előnye abban nyilvánul meg, hogy a Cj és C₂ kondenzátorok teljes feltöltésére szolgáló Vpp értékű feszültséget gyakorlatilag állandó értéken tartjuk, az f frekvenciát viszont az érzékelő Cj ésC₂ kondenzátorok kapacitásainak függvényévé teszi. Az is figyelemre méltó, hogy az f frekvencia csak bizonyos határok között változhat úgy, hogy a szóban forgó Cj, C₂ és Q kondenzátorok minden egyes periódusban teljesen feltöltődhessenek és teljesen kisülhessenek.

A fentebb említett diódák feszültségeséseinek egyforma voltát a szorosan egymás közelébe történő elhelyezéssel érjük el. A V_a feszültségesés hatást úgy csökkentjük, hogy lehetőleg nem engedünk feszültségesést létrejönni a (20) egyenirányító egység és az áramösszegező pontok, vagyis az (52A), (62A) és az (S) pontok között. A AV|j különbséget pedig úgy minimalizáljuk, hogy az (52A), (62A) és (S) pontok feszültségeit az (50), (60) ill. (80) erősítők segítségével ugyanahhoz a referenciafeszültséghez komparáljuk. Végeredményben, miután a Vpp értéket maximálisra a többi tagokat optimálisra választottuk, a (80) erősítő nagyobb vezérlőjelet kap, tehát nagyobb kimenő jellel vezérli a (82) áramszabályozót, amely így tökéletesebb If áramot állít elő a kéthuzalos egyenáramú körben.

A 2. ábrán egy tnás kivitelű, de szintén változó kapacitás mérésére alkalmas találmány szerinti (100) kapcsolási elrendezés látható. Ebben a kiviteli alakban isméi két változó Cj és C₂ kondenzátort alkalmazunk, de szükség esetén ettől eltérő számú kondenzátort is beépíthetünk. A C,, ill. C₂ kondenzátor első (114) ill (116) fegyverzetére (112) vezetéken át egy feszültségvezéreit (110) oszcillátor kimenete csatlakozik A Cj, ill. C₂ kondenzátor második (J17) és (118) fegyverzetére (132) és (134), ill. (136) és (138) vezetékek útján (120) egyenirányító egység van kötve, amely (122, 124, 126, 128, 164 és 166) diódákból áll, amelyek a hőstabilitás érdekében célszerűen egymás közelében vannak elhelyezve, amit (120A) szaggatott vonallal jelképeztünk. A (128) dióda anódja (142) vezeték útján egy áramösszegező (140) ponthoz van kötve. Egy áraminvertáló (144) erősítő kimenete (146) ellenálláson keresztül ugyanezen (14) ponthoz csatlakozik. A (144) erősítő invertáló bemenete és kimenete közé visszacsatoló (148) ellenállás van beiktatva, a nem invertáló bemenete pedig le van földelve. A (144) erősítő invertáló bemenete (150), vezetéken keresztül a (124) dióda anódjával is összeköttetésben van. A (124) dióda katódja viszont aCj kondenzátor második (117) fegyverzetére csatlakozik.

A (122) és (126) diódák katódjait (152) vezeték egy szabályozó (154) erősítő invertáló bemenetével és egyúttal az áramösszegező (154A) ponttal köti össze. Egy — Vref referenciafeszültség fonás (156) ellenálláson egy referenciaáramot hajt keresztül. A (154) erősítő nem invertáló bemenete földpotenciálon van, kimenete pedig (158) vezetéken keresztül vezérlőjelet szolgáltat a feszültségvezérelt (11) oszcillátor bemenetére.

A mái említett (14) ponthoz egy (16) erősítő invertáló bemenete csatlakozik, amely bemenet visszacsatoló (162) ellenálláson keresztül össze van kötve a (16) erősítő kimenetével, míg a (16) erősítő nem invertáló bemenete le van földelve. A (16) erősítő kimenete képezi egyúttal az egész (100) kapcsolási elrendezés kimenetét is, amely egy, a C] és C₂ kapacitásoktól függő V_o kimenő jelet szolgáltat, valamilyen alkalmas (161) kijelző- vagy végrehajtószerv, pl. egy kéthuzalos egyenáramú kör áramszabályozója, egy áram/nyomás átalakító vagy más hasonló eszköz számára. A C, és C₂ kondenzátor által gerjesztett jelek lmearizálására szolgál egy állítható C₃ kondenzátor, amelynek egyik fegyverzete a (112) vezetékre, a másik fegyverzete pedig egyrészt a (164) diódán keresztül a földre, másrészt a (166) diódán keresztül a (152) vezetékre van kötve. Miután ebben az esetben a két (164) és (166) dióda közül csak a (166) dióda csatlakozik a (154A) pontra, a C₃ kondenzátor kapacitását kétszeresére kell választani, vagyis C₃ = 2C_S, tehát az i,5) egyenletnek megfelelően

C₂-C,

V₀ = k C,+C₂ -2(¾ . (6)

A (142), (150) és (152 vezetékek és a föld közé kapcsolt (170), (172) ill. (174) kondenzátorok az áramjelek simítására szolgálnak.

Működés közben a (11) oszcillátor csúcstól-csúcsig mérve lényegében állandó értékű, de a vezérlésnek megfelelően változó frekvenciájú feszültséget ad a Ci, C₂ és C₃ kondenzátorok mindegyikére. A C, és C₂ kondenzátorok második (117) és (118) fegyverzetei a (12) egyenirányító egységen keresztül a (144, 154 és 160) erősítőkhöz csatlakoznak.

A (11) oszcillátor első félperiódusaiban a Cj kondenzátorba egy annak kapacitásától függő első η töltőáram folyik a (144) erősítő invertáló bemenete felől a (15) vezetéken, a (124) diódán és a (134) vezeté-52

192.104 ken keresztül. A második félperiódusokban viszont az i, áram a C) kondenzátorból a (132) vezetéken, a (122) diódán és a (152) vezetéken át folyaik a (154) erősítő fázisfordító bemenetére ható (154A) pontba, onnan pedig a (156) ellenálláson keresztül a -Vref referenciafeszültség forrásba. Az első áramút még kiegészül a visszacsatoló (148) ellenállással is, amely az invertáló (144) erősítővel és a (146) ellenállással együttműködve, egy fordított irányú -ij áramot küld a (142) vezetékbe, tehát a (14) pontba egy -i. áram folyik be. Ezen kívül a (11) oszcillátor első félperiódusaiban egy, a C₂ kapacitásra jellemző második i₂ áram folyik a (14) pontból a C₂ kondenzátorba a (142) vezetéken, a (126) diódán és a (138) vezetéken keresztül.

A (110) oszcillátor második félperiódusaiban az i₂ áram a (136) vezetéken, a (126) diódán és a (152) vezetéken keresztül a (154) erősítő invertáló bemenetét befolyásoló (154A) pontba, majd onnan a (156) ellenálláson keresztül a -Vref referenciafeszültség forrásba folyik. A szabályozás folytán a (154) erősítő kimenő feszültsége úgy változtatja a (110) oszcillátor frekvenciáját, hogy az i_t és i₂ áramok, a (110) oszcillátor kimenő feszültségének csúcstól-csúcsig mért, névlegesen állandó Vpp értéke, a megfelelő dióda Vg, feszültségesése a fi 10) oszcillátor f frekvenciája, valamint a C, és C₂ kondenzátorok kapacitása között az alábbi összefüggés van:

ir * ia * «Vpp - 2Vg) (Cj * C₂ - 2C₂).

A 3. ábra a találmány szerinti (200) kapcsolási elrendezés egy további kiviteli alakját mutatja. Ennél a kiviteli alaknál egy áramösszegező (210) pontbankét áram egyesül, mégpedig a Cj kapacitástól függő első lj áram és a C₂ kapacitástól függő második i₂ áram, amely utóbbi a visszacsatoló (211 A) ellenállással ellátott áraminvertáló (212) erősítő kimenetéről (21 IB) ellenálláson át folyik. Az áramösszegező (210) pont (214) ellenálláson át -Vref referenciafeszültség forrásra van kapcsolva. Egy szabályozó (216) erősítő, amelynek nem-invertáló bemenete földelt, invertáló bemenete peidg a (210) pontra van kötve, kimenő jele a C] és Cj kondenzátorok kapacitásváltozásától függően vezérli egy feszültségvezéreit (218) oszcillátor frekvenciáját.

A (220) egyenirányító egység egyenirányitja a Cj és C₂ kapacitásoktól függő ij és i₂ áramokat, amelyeket a (218) oszcillátor lényegében állandó amplitúdójú, de változó frekvenciájú kimenő feszültsége a Cj és Cj kondenzátorok váltakozó töltése és kisütése útján hoz létre. A visszacsatoló (231) ellenállással ellátott kimeneti (230) erősítő, amelynek invertáló bemenete a (220) egyenirányitó egységhez van kötve, kimenő jelet állít elő egy alkalmas (232) végrehajtószerv például egy kéthuzalos egyenáramú kör áramszabályozója, egy kijelző eszköz, vagy más hasonló eszköz számára. A Cj és Cj kondenzátorok linearizálása egy állítható C₃ kondenzátorral két (242) és (244) diódán keresztül történik, ahol a (244) dióda az összegező (210) pontra, a (242) dióda pedig a földre csatlakozik.

A (242) és (244) diódák - amint azt a (220A) szagStott vonal mutatja - a (220) egyenirányitó egységtartoznak. Miután ebben az esetben, akárcsak a 2. ábra szerinti kiviteli alaknál, csak a (244) dióda csatlakozik az összegező (210) ponthoz, a C₃ kondenzátor kapacitását meg kell kétszerezni, amint azt már a (6) egyenlettel kapcsolatban kifejtettük. Hasonlóképp mint a 2. ábrán, az áramjelek simítása (250, 252 és 254) kondenzátorok szolgálnak.

A 2. és 3. ábrák szerinti kiviteli alakok segítségéve) egy reaktív eszköznek csúcstól-csúcsig mérten gyakorlatilag állandó értékű, de változó frekvenciájú feszültséggel történő gerjesztését valósíthatjuk meg anélkül, hogy induktív csatolóelemet kellene alkalmazni. Amikor ezeket a kiviteli alakokat kéthuzalos egyenáramú _z- körrel működtetjük együtt, akkor a (160), ill. (230) erősítő invertáló bemenetét használhatjuk összeRező. pontként a visszacsatolt i_s áram, valamint az ij és i₂ áramok számára.

Az 1. ábrán feltüntetett (82) áramszabályozó, (84) feszültségstabilizátor és egyéb áramkörök most is használhatók. Amikor az 1. ábra szerinti, vagy másféle kétiiuzalos áramkörhöz csatlakozunk, az erősítők tápfeszültségét a huzalpár csatlakozó kapcsain át vezethetjük be. Az 1, ábra szerinti kiviteli alak esetén megállapított előnyök a 2. és 3. ábrák szerintire is érvényesek.

A találmányt több javasolt kiviteli alakra hivatkozva írtuk le, de a hozzáértő szakemberek ezeken különféle változtatásokat hajthatnak végre anélkül, hogy eltérénének a találmány szerinti megoldástól

Claims (13)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Kapcsolási elrendezés, valamely érzékelendő állapottól függően változó reaktív eszköz reaktanciájának mérésére, amelynek a mérendő reaktanciával arányos frekvenciájú kimenő frekvenciajelet adó vezérelt oszcillátora, a frekvenciajelet egyenirányító egysége és az egyenirányító egység kimenete, valamint az oszcillátor vezérlő bemenete közé csatlakoztatott vezérlőegysége van, azzal jellemezve, hogy az egyenirányító egység(20,120, 220) közvetlenül van csatlakoztatva a reaktív eszközhöz (C₁, Cj), a vezérelt oszcillátor állandó amplitúdójú, a vezérlésnek megfelelően változó frekvenciájú kimenőjelet adó feszültségvezéreit oszcillátor (34, 110, 218) és a vezérlőegység az egyenirányító egység (20, 120, 220) kimenetére csatlakoztatott, az oszcillátor (34, 110, 218) vezérlő bemenetére az oszcillátor (34, 110, 218) frekvenciájával és a mérendő reaktanciával arányos feszültségjeíet adó erősítő(ke)t (50,60,70,154,212,216) tartalmaz.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés, azzal j ellemezve, hogy a reaktív eszköz az érzékelendő állapottól függően változó kapacitású legalább egy kondenzátort (Cj, Cj) tartalmaz.
3. 3. Az 1, vagy 2. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés azzal jellemezve, hogy a reaktív eszköz (Cj, Cj) egy házban, a háztól villamosán szigetelve van elhelyezve.
4. 4. Az 1. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés, azzal jelleme zve, hogy a reaktív eszköz legalább egy első és egy második reaktív elemet (C., C₂) tartalmaz, amelyek legalább egyike változó reaktanciájú.
5. 5. A 4, igénypont szerinti kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy a vezérlőegység az egyenirányító egység (20, 120, 220) legalább két, az oszcillátor (34, 110, 218) frekvenciájával és a reaktív elemek (Cj, Cj) reaktanciájával arányos kimenő áramát érzékelő egysége.
6. 6. A 4. vagy 5. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés azzal jellemezve, hogy a vezérlőegység tartalmaz első és második erősítőt (50, 60) valamint különbségképző egységet (70), az első erősítő (50) az egyenirányitó egységen (20) át az első reaktív elem-61

   192.104 hez (Cj), a második erősítő (60) az egyenirányító egységen (20) át a második reaktív elemhez (C₂)van csatlakoztatva, továbbá a kiilönbségképző egység (70) két bemenete az első és a második erősítő (50, 60) kimenetére, ki menete pedig az oszcillátor (34) vezérlő bemenetére van csatlakoztatva.
7. 7. Az 1~6. igénypontok bármelyike szerinti kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy az egyenirányító egységnek (20, 120, 220) a reaktív eszköz (Ci, C₂) reaktancíájával arányos jelet adó kimenetéhez kimenő jelet adó egység (80, 160, 230) van csatlakoztatva.
8. 8. A 7. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy a kimenőjelet adó egység egy erősítő (80), amelynek kimenete kéthuzalos egyenáramú körben folyó áramot vezérlő áramszabályozóhoz (82) van csatlakoztatva.
9. 9. A 8. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy a kéthuzalos egyenáramú körhöz a kapcsolási elrendezés tápfeszültségét szolgáltató feszültségstabilizátor (84) van csatlakoztatva.
10. 10. A 9. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy a feszültségstabilízátor (84) soros ellenállást (84B) és párhuzamos referenciaelemet, előnyösen zénerdiódát (84A) tartalmaz.

    c
11. 11. A 8-10. igénypontok bármelyike szerinti kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy a kéthuzalos egyenáramú körbe visszacsatoló ellenállás (85) van beiktatva, amely a kimenő jelet adó egység erősítőjének (80) bemenetére van csatlakoztatva.

    10
12. 12. Az 1—11. igénypontok bármelyike szerinti kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy a reaktív eszköz kapacitív nyomásérzékelő, amelynek kamrát meghatározó háza, a kamrában elhelyezett, első közös fegyverzetet (12) képező rugalmas válaszfala és legalább részben a válaszfallal szemben

    15 lévő kamrafalak által képezett második és harmadik fegyverzete (14, 16) van.
13. 13. Az 1-12. igénypontok bármelyike szerinti kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy az egyenirányító egység (20, 120, 220) a hőmérsékleti drift szempontjából kompenzált diódákat (22, ²⁰ 24, 26, 28 , 30, 32, 122, 124, 126, 128, 164, 166,

    222, 224, 226,228,242, 244) tartalmaz.