HU194628B - Electric arrangement for current stabilization and voltage amplification of measuring converters - Google Patents

Description

A találmány tárgya villamos kapcsolási elrendezés mérőátalakítók, főleg mérés- és automatizálástechnikai mérőtranszformátorok áramstabilizálására és feszültségerősitésére. A találmány szerinti kapcsolási elrendezés segítségével különböző típusú elektromos kimenőjelek (kimenőáramok, kimenőfeszültségek és ellenállásváltozások) elektromos egységjellé alakíthatók át, és erősíthetők.

Az ismert mérőátalakító villamos kapcsolásokban méréstartományillesztésre vagy ellenállások feszültségváltoztatására többnyire bemeneti kapcsolásként bekötött hídkapcsolásokat alkalmaznak, amelyek általában teljes hídként, félhídként, illetőleg feszültségosztóként vannak kialakítva.

Ismert például a 159 279 számú DD szabadalmi leírás szerinti áramstabilizáló kapcsolási elrendezés, amelynek azonban még az áramkörintegráció kihasználása mellett is több hiányossága van.

A kapcsolási elrendezés egyes funkciós csoportokra (például kettős-áramforrás, referenciaelem, középfeszültségelőáilítás, méréstartománykapcsolás, vagy erősítés) történő kapcsolástechnikai felosztása következtében a kapcsolásintegráció során különböző technológiákat kel! összevonni. Az egyes építőelemek száma szokásos körülmények között igen magas.

A megoldás további hiányossága, hogy a definiált 4 és 20 mA közötti egységjel az egyes funkciós csoportokban különböző teljesítményekké lesz átalakítva. Különösen a középfeszültségelőállításnál a vezérlésfüggő 0 és 16 mA közötti jel ugyancsak vezérlésfüggő felmelegedést vált ki, aminek következtében várhatóan az egész áramkörben driftproblémák jelentkezhetnek.

Ez a hiba csak úgy küszöbölhető ki, ha a kapcsolási elrendezés középfeszültségelőáilítás nélkül van realizálva. Ez azonban lehetetlenné teszi a mérőjelek erősítésére műveleti erősítők alkalmazását, ami viszont ugyancsak hátrányos.

Nemkívánatos hatást okoz a fenti kialakításnál még az is, hogy a referenciaelem és a középfeszültségelőállítás miatt a méréstartománykapcsolást befolyásoló keresztirányú áramveszteségek lépnek fel, és ezért a méréstartománykapcsolásban az érzékelőjelek illesztéséhez szükséges 4 mA alapáram nem áll teljes mértékben rendelkezésre. Különösen ellenállás/feszültség-átalakítók (például érzékelőként alkalmazott ellenálláshőmérő) esetében az erősítendő feszültségjel a méréstartománykapcsolásban ezáltal csökken.

A 135 303 számú DD szabadalmi leírás az aktív elemek és a méréstartománykapcsolás egyesítését javasolja. Ennél a megoldásnál a méréstartományillesztést aktív hídkapcsolással oldják meg. A kapcsolás hőmérsékletstabilizálását az áramtükör és ezáltal a két bázis-emitter-átmenet biztosítja.

A fenti szabadalmi leírás szerint ugyan az elért hőmérsékletstabilitás kielégítő, és aktív áramforrások is rendelkezésre állnak, a méréstartományt meghatározó ellenállások szempontjából azonban ez a kapcsolás passzív, vagyis a betáplált áram csupán feszültségesést eredményez, amelyet külön kell feldolgozni.

A találmánnyal célunk a fenti hiányosságok kiküszöbölése, a technikai paraméterek egyidejű javítása és az építőelemfelhasználás, valamint az előállítási ráfordítások jelentős csökkentése mellett.

A megoldandó feladat ennek megfelelően olyan, mérőátalakítókon belüli áramstabilizálásra és feszültségerősítésre alkalmas kapcsolási elrendezés kialakítása, amely lényegesen kisebb kapcsolási- és építőelem-felhasználás mellett miniatürizált mérőáta'akító megvalósítását teszi lehetővé, fokozott megbízhatóságot biztosít, továbbá a kapcsolás vezér’ésfüggö felmelegedését minimális értéken tartja, és a mérőkapcsolás számára áramveszteségek nélküli, 4 mA értékű alapáramot biztosit.

A kitűzött feladatot olyan villamos kapcsolási elrendezés kialakításával oldottuk meg, amelynek önmagában ismert kettős-áramforrása, első áramtükre és kétágú méréstartománykapcsolása van, amelynek egyik ága mérőellenállást, másik ága kcmpenzálóellenállást ta|talmaz.

A találmány szerint a méréstartománykapcsolás kompenzálóellenállást tartalmazó ágára végfokozat csatlakozik, a kettős-áramforrás pedig az első áramtükör tranzisztorainak kollektoraira van kötve. Az első tranzisztor bázis - kollektor - rövidzárral van ellátva. Az első áramtükör mindkét tranzisztorának emittere második, az elsőhöz hasonló felépítésű áramtükrön keresztül a méréstartománykapcsolással van összekötve.

A végfokozat vezérlése céljából a végfokozat az első áramtükör második, bázis - kollektor — rövidzár nélküli tranzisztorának kollektorával van összekötve. Az első áramtükör első, bázis - kollektor — rövidzárral ellátott tranzisztorának emittere a második áramtükör első, bázis - kollektor - rövidzárat nem tartalmazó tranzisztorának kollektorára van kötve, amelynek emittere a méréstar•omány kapcsolás kompenzálóellenállást tartalmazó ágára csatlakozik. Az első áramtükör második, bázis — kollektor - rövidzárat nem tartalmazó tranzisztorának emittere a második áramtükör második bázis - kollektor - rövidzárt tranzisztorának kollektorára van kötve, amelynek emittere a méréstartománykapcsolás méröellenállást tartalmazó ágára csatlakozik. A méréstartománykapcsolás két ágának közös pontja tápfeszültségre van kötve.

A kettős-áramforrás az első áramtükör két tranzisztorának kollektorait azonos árammal táplálja. A méréstartománykapcsolásban jelentkező érzékelőjel-változás, azaz a mérőellenállás értékének megváltozása hatására az egész kapcsolás vezérlése első áramtükör második tranzisztorának emitterén keresztül történik.

A kettős-áramforrás ekkor nagyértékű terhelőellenállásként szerepel, ennek következtében a kapcsolás nagy üresjárási erősítésű feszűltségerősítőként fog működni. A végfokozaton és a méréstartománykapcsolás kompenzálóellenállásán keresztül az első áramtükör tranzisztorainak emitterei az elrendezés üresjárási erősítése által meghatározott maradék értéktől eltekintve azonos potenciáira állnak be.

194 628

A méréstartománykapcsolás kompenzálóellenállásán átfolyó áram tehát érzékelőjel-változásnak, azaz a mérőellenálláson átfolyó megváltozott áramnak felel meg, így a méréstartománykapcsoláson belüli hidegegyensúly helyreállítását eredményezi.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés előnyös kiviteli alakjánál a méréstartománykapcsolás kompenzálóellenállásával zérusponteltoló-ellenállás van sorbakötve. A végfokozat ebben az esetben a kompenzálóellenállás és a zérusponteltoló-ellenállás közös pontjára csatlakozik.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés lehetővé teszi problémamentes kapcsolásintegráció végrehajtását, így a mérőátalakító minimális méretekkel és térfogattal alakítható ki. Ez lehetővé teszi a mérőérzékelők és mérőátalakítók szerkezeti öszszevonását. A mérőátalakító beépíthető a mérőérzékelő, például ellenállás-hőmérő csatlakozóterébe. Ily módon egységjelkimenetű mérőérzékelők állíthatók elő.

A találmány további előnyös hatása, hogy egységjelkimenetű mérőérzékelők számára speciális vezetékekre — például ellenállásméréseknél vagy hőelemekkel végzett méréseknél - nincs szükség, és az egységjelátvitei valamennyi előnye érvényesülhet.

A találmány alkalmazása a mérőátalakító kapcsolások mérőhelyenkénti költségei szempontjából is kedvező.

A találmány alkalmazása növeli a kapcsolás megbízhatóságát is.

A találmány jelentős megtakarítást eredményez azáltal, hogy a platinaellenállás-hőmérők felvezetőelemekkel helyettesíthetők.

A találmány szerinti kapcsolás előnyös hatása továbbá, hogy többcélú alkalmazást tesz lehetővé. Az automatizálástechnikában jelenleg alkalmazott mérőérzékelők például hőmérsékletmérésnél is felhasználhatok.

A találmányt részletesebben a rajz alapján ismertetjük. A rajzon az 1. ábrán a találmány szerinti kapcsolási elrendezés vázlatát;

a 2. ábrán az 1. ábra szerinti kapcsolási elrendezést a mérőtartománykapcsolás példakénti kialakításával;

a 3. ábrán a találmány szerinti kapcsolási elrendezés négyvezető-technikában, illetve távadóknál alkalmazható példakénti kiviteli alakját tüntettük fel·

Amint az l. ábrából kitűnik, a találmány szerinti kapcsolási elrendezés közös talppontú 1 kettősáramforrásból, első és második áramtükörből, 6 méréstartománykapcsolásból és 7 végfokozatból épül fel. Az első áramtükör 2 és 3 tranzisztorokból, a második áramtükör 4 és 5 tranzisztorokból van kialakítva. Az 1 kettős-áramforrás a 2 és 3 tranzisztorok kollektoraira csatlakozik. A 3 tranzisztor bázisa és kollektora rövidzárral van összekötve. A 2 és 3 tranzisztorok emitterei a 4, illetve 5 tranzisztorok kollektoraival vannak összekötve. A 4 tranzisztor bázisa és kollektora ugyancsak rövidzárral van összekapcsolva. A 4 és 5 tranzisztorok emitterei a 6 méréstartománykapcsolásra csatlakoznak. A 6 méréstartománykapcsolás továbbá a végfokozattal van összekapcsolva. A 7 végfokozat a 2 tranzisztor kollektorával van vezérlőjelkapcsolatban.

Amint a 2. ábrából kitűnik, a kétágú 6 méréstartománykapcsolás előnyösen az egyik ágban elrendezett 8 mérőellenállásból, valamint a másik ágban sorbakötött 9 zérusponteltoló-ellenállásból és 10 kompenzálóellenállásból van kialakítva. A 8 mérőellenállás a 4 tranzisztor emitterével, a 9 zérusponteitoló-ellenállás pedig az 5 tranzisztor emitterével van összekötve. A 7 végfokozat a 9 zéruspon tel toló-ellenállás és a 10 kompenzálóellenállás közös pontjára csatlakozik. A 8 mérőellenállás és a 10 kompenzálóellenállás közös pontja tápfeszültségre van kötve.

A 3. ábra szerinti példakénti kiviteli alaknál a mérőellenállás 11 vezetékellenállások révén a második áramtükrön belül van elrendezve.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés a következőképpen működik. Az első áramtükröt az 1 kettős-áramforrás táplálja. Az első áram tükör 3 tranzisztora, valamint a második áramtükör 3 tranzisztorral ellentétes oldali 4 tranzisztora báziskollektor-rövidzárral van ellátva. Ezen intézkedés következtében a 2 tranzisztor bázisáramkorrekciója az 5 tranzisztoron keresztül történik, így a 4 és 5 tranzisztorok emitterein az 1 kettős-áramforrás áramai folynak. A 4 tranzisztor emitterárama a 8 raérőellenálláson, az 5 tranzisztor emitterárama pedig a 9 zérasponteltoló-ellenálláson és a 10 kompenzálóellenálláson folyik keresztül. A méréstartomány kezdetét a 9 zérusponteltoló-ellenállás határozza meg. A 8 mérőellenállás kezdeti kivezérlésekor (az ellenállás növelésekor) az 5 tranzisztor kollektorpotenciálja csökken, és ezzel egyidejűleg a 2 tranzisztor kollektorpotenciálja növekszik. Az l kettős-áramforrás révén a tranzisztorok nagy dinamikus kollektorellenállással dolgoznak, és így feszültségerősítésük is nagy. A 7 végfokozat kompenzálóáramot állít elő, amely a 10 kompenzálóellenálláson feszültségesést eredményez, amely a 8 inérőellenállás ellenállásváltozásának és az 1 ket'ős-áram-fbrrás áramának a szorzatának felel meg, tehát egységárainkéiként továbbítható.

Az áramtükrök kettős elrendezése a bázisáramok és a bázis-emitter feszültségek hőmérsékletkompenzálását szolgálja.

A 4 tranzisztor emitterének potenciálváltozása a mérőellenállás helyett állandó ellenállással is elérhető, ahol azután az áramok egységáramjellé alakíthatók át.

A 4 tranzisztor emitterének potenciálváltozása a 8 mérőellenállás helyett állandó ellenállás soros feszültségtáplálásával is történhet, ahol a feszültségek ugyancsak egységáramjellé alakíthatók.

Lehetséges olyan változat is, ahol a 8 mérőellenállás helyére állandó ellenállás van bekötve, és a 4 és 5 tranzisztorok bázisai közé feszültségforrás van beiktatva, amely az 5 tranzisztor bázispotenciáljának megváltoztatása révén vezérel, és ezáltal a fent

194 628 ismertetett módon kompenzálóáramot hoz létre, amely azután ugyancsak egységáramjellé alakítható át.

Négyvezetőtechnikában, vagy távadóknál a találmány szerint lehetőség van a mérőellenálásnak a második áramtükörbe 11 vezetékellenállások formájában történő beépítésére.

Amennyiben a 2, 3, 4 és 5 tranzisztorok egyformák, úgy a 11 vezetékellenállásokon csak a tranzisztorok áramerősítésével csökkentett áramok folynak keresztül, amelyek hatása önmagát kompenzálja, így mérési hibákat nem okoz.

A 11 vezetékellenáílást a 2 tranzisztor emittervezetékében az 5 tranzisztor feszültségerősítése kompenzálja. A 2 tranzisztor emittervezetékének 11 vezetékellenállását az 5 tranzisztor feszültségerősítése, a 4 tranzisztor kollektorvezetékének 11 vezetékellenállását pedig a 4 tranzisztor feszültségerősítése kompenzálja.

Claims (1)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Villamos kapcsolási elrendezés mérőátalakítók áramstabilizálására, amelynek kettős-áramforrása, első áramtükre és kétágú méréstartománykapcsolása van, amelynek egyik ága mérőellenállást, másik ága kompenzálóellenállást tartalmaz, azzal jellemezve,hogy a méréstartománykapcsolás (6) kompenzálóellenállást (10) tartalmazó ága végfokozattal (7) van összekapcsolva, a kettős-áram5 forrás (1) az első áramtükör tranzisztorainak (2, 3) kollektoraira csatlakozik, ahol az első áramtükör első tranzisztora (3) bázis-kollektor-rövidzárral van ellátva, továbbá az első áramtükör tranzisztorainak (2, 3) emitterei második áramtükör tranzisz10 torainak (4, 5) kollektoraira vannak kötve, ahol a második áramtükör második tranzisztora (4) báziskollektor-rövidzárral van ellátva, továbbá a végfokozat (7) az első áramtükör második tranzisztorának (2) kollektorával van összekötve, a második 15 áramtükör első tranzisztorának (5) emittere a méréstartománykapcsolás (6) kompenzálóellenállást (10) tartalmazó ágára, második tranzisztorának (4) emittere pedig a méréstartománykapcsolás (6) mérőellenállást (8) tartalmazó ágára van kötve.

   ²⁰ 2. Az 1. igénypont szerinti villamos kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy a méréstartománykapcsolás (6) kompenzálóellenállást tartalmazó ágása a kompenzálóellenállással (10) sorosan zérusponteltoló-ellenállás (9) van beiktatva, a vég⁵ fokozat (7) pedig a kompenzálóellenállás (10) és a zérusponteltoló-ellenállás (9) közös pontjára csatlakozik.